1、第四章 病毒與亞病毒,非細(xì)胞生物分成病毒和亞病毒,第一節(jié) 病毒的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能,一、 病毒的一般特性,病毒（Virus）是一類比細(xì)菌更小，能通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器，僅含一種類型核酸（或DNA或RNA），只能在活細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)繁殖的非細(xì)胞形態(tài)的微生物。,病毒的基本特點(diǎn),個(gè)體極小，能通過(guò)濾菌器，形態(tài)多樣，有球狀、桿狀、復(fù)合型。 無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由蛋白質(zhì)、核酸構(gòu)成，一個(gè)病毒體內(nèi)僅含一種核酸，核酸以單鏈或雙鏈形式存在。 生活方式為專性活細(xì)胞內(nèi)寄生，病毒酶系不全，離開(kāi)活體后無(wú)生命特征。 病毒以復(fù)制的方式增殖,包括核酸復(fù)制、核酸蛋白質(zhì)裝配。 對(duì)抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感。,二、病毒的形態(tài)構(gòu)造及化學(xué)組成,1、形態(tài),病

2、毒粒子：成熟的、完整的、具有感染性的病毒顆粒。,衣 殼,核 酸,包膜,刺 突,核衣殼,2、病毒的基本結(jié)構(gòu)：,3病毒的對(duì)稱,三類典型形態(tài)的病毒： 廿面體對(duì)稱的結(jié)構(gòu)(球狀) 螺旋對(duì)稱的結(jié)構(gòu)(桿狀) 復(fù)合對(duì)稱的結(jié)構(gòu)(蝌蚪狀),大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體是由橢圓形的二十面體頭部和螺旋對(duì)稱的尾部組合而成，是病毒中復(fù)合對(duì)稱的代表。,螺旋對(duì)稱的病毒粒子,Tobacco Mosaic Virus,二十面體對(duì)稱病毒粒子,復(fù)合對(duì)稱的病毒粒子,T4 Bacteriophage,三、噬菌體,病毒種類很多，根據(jù)病毒寄生的對(duì)象來(lái)分，有植物病毒、動(dòng)物病毒和微生物病毒。 噬菌體：是病毒中的一種，一般把侵染細(xì)菌、放線菌的病毒叫噬菌

3、體。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌體） 據(jù)Bradley(1967)歸納，噬菌體共有六類形態(tài)。,1、組成：主要由蛋白質(zhì)和核酸組成。 2、基本形態(tài)：蝌蚪形、微球形和纖絲形。,（一）噬菌體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與組成,以大腸桿菌T4噬菌體為例 頭部：廿面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)衣殼構(gòu)成，內(nèi)含一條DNA。 頸部：薄盤(pán)狀，附頸須。 尾鞘：長(zhǎng)95nm, 衣殼粒螺旋對(duì)稱；可伸縮。 尾髓:中空，DNA可由此進(jìn)入細(xì)胞。 基板: 六角形盤(pán)狀物，其上有刺突、尾絲。 刺突: 有吸附功能。 尾絲: 有識(shí)別吸附功能。,大腸桿菌T4噬菌體構(gòu)造,蝌蚪形噬菌體的構(gòu)造,（二）、噬菌體(phage)的繁殖,感染細(xì)胞后,能在寄主細(xì)胞內(nèi)增殖，產(chǎn)生大量子

4、代噬菌體并引起細(xì)菌裂解的噬菌體。,烈性噬菌體（virulent phage）,噬菌體感染細(xì)胞后，將其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以隨宿主DNA的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，在一般情況下，不引起寄主細(xì)胞裂解的噬菌體。,溫和噬菌體（temperate phrage）,1. 烈性噬菌體 的繁殖,Fig. 2: Penetration,Fig. 1: Adsorption,Fig. 4: Late Replication,Fig. 3: Early Replication,Fig. 6: Release,Fig. 5: Maturation,Animation of the Lytic Life

5、 Cycle of a Bacteriophage,Phage T4 infecting its host E. coli cell,噬菌斑與噬菌體效價(jià),噬菌斑,將少量噬菌體與大量敏感菌混合培養(yǎng)在營(yíng)養(yǎng)瓊脂中，在平板表面布滿宿主細(xì)胞的菌苔上,可以用肉眼看到一個(gè)個(gè)透明的不長(zhǎng)菌的小圓斑，稱為噬菌斑。(每個(gè)噬菌斑一般由一個(gè)噬菌體粒子形成的。),噬菌體效價(jià)的測(cè)定,效價(jià)表示每毫升試樣中所含有的侵染性的噬菌體粒子數(shù)，也即噬菌斑形成單位（pfu）數(shù)或感染中心數(shù)。,效價(jià),單層平板法,雙層平板法,電鏡計(jì)數(shù),噬菌體一步生長(zhǎng)曲線,one-step growth curve 定量描述烈性噬菌體生長(zhǎng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線，觀察一

6、群噬菌體感 染一群細(xì)胞所發(fā)生的變化。,測(cè)定一步生長(zhǎng)曲線的步驟 用噬菌體的稀懸液去感染高濃度的宿主細(xì)胞，以保證每個(gè)細(xì)胞至 多不超過(guò)一個(gè)噬菌體吸附。 混合液中加入定量的噬菌體的抗血清，中和尚未吸附的噬菌體。 用培養(yǎng)液稀釋混合液，中止抗血清的作用，適溫培養(yǎng)。 間斷樣進(jìn)行效價(jià)測(cè)定，得一曲線。,一 步 生 長(zhǎng) 曲 線,2、溫和噬菌體與溶源性細(xì)菌,溫和噬菌體：噬菌體感染細(xì)胞后，將其核酸整合（附著）到宿主的核DNA上，并且可以隨宿主DNA的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，在一般情況下，不引起寄主細(xì)胞裂解的噬菌體。 原噬菌體（或前噬菌體）： 即整合在宿主核DNA上的噬菌體的核酸。 溶原性細(xì)菌：指在核染色體上整合有原噬菌體

7、的細(xì)菌?？蛇M(jìn)行正常生長(zhǎng)繁殖,而不被裂解。,溫和噬菌體的繁殖,檢驗(yàn)溶源菌的方法,四、植物病毒,病毒引起的植物病害特征,1、因葉綠體被破壞或不能合成葉綠素，而使葉片發(fā)生花葉、黃化或紅化癥狀。 2、植株發(fā)生矮化、叢植或畸形。 3、形成枯斑或壞死。,Tulip mania 郁金香狂潮,Tulip maniaortulipomaniawas a period in theDutch Golden Ageduring which contract prices forbulbsof the recently introducedtulipreached extraordinarily high level

8、s and then suddenly collapsed. At the peak of tulip mania in February 1637, tulip contracts sold for more than 10 times the annual income of a skilled craftsman. It is generally considered the first recorded speculative bubble (oreconomic bubble). The term tulip mania is now often usedmetaphorically

9、to refer to any large economic bubble (when asset prices deviate fromintrinsic values).,A tulip, known as the Viceroy, displayed in a 1637 Dutch catalog. Its bulb cost between 3000 and 4200 florinsdepending on size. A skilled craftsman at the time earned about 300 florins a year,Anonymous 17th-centu

10、ry watercolor of theSemper Augustus, famous for being the most expensive tulip sold during tulip mania.,五、人類和脊椎動(dòng)物病毒,狂犬病病毒,The Influenza Virus,甲型流感病毒（Influenza A virus），又稱A型流感病毒 乙型流感病毒（Influenza B virus），又稱B型流感病毒 丙型流感病毒（Influenza C virus），又稱C型流感病毒,甲型流感病毒抗原變異情況,流感病毒根據(jù)血凝素HA和神經(jīng)氨酸酶NA的抗原性分為不同的亞型,乙型肝炎病毒,顯微

11、鏡下的天花病毒圖像,SARS病毒圖像,艾滋病病毒模式圖,昆蟲(chóng)病毒,昆蟲(chóng)病毒大體經(jīng)歷了3個(gè)主要階段: 證明病毒是許多昆蟲(chóng)疾病的致病因子； 認(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)病毒的性質(zhì)； 研究病毒與宿主之間的相互關(guān)系。,核型多角體病毒(NPV)，如家蠶NPV，棉鈴蟲(chóng)NPV,松毛蟲(chóng)NPV，春尺蠖NPV,舞毒蛾NPV,斜紋夜蛾NPV，粘蟲(chóng)NPV,質(zhì)型多角體質(zhì)型多角體病毒，簡(jiǎn)稱CPV。我國(guó)對(duì)昆蟲(chóng)質(zhì)型多角體病毒的研究是從家蠶病害的研究開(kāi)始的，現(xiàn)已在30多種昆蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)型多角體病毒。,顆粒體病毒(GV)，如黃地老虎GV，菜粉蝶GV,茶小卷葉蛾GV等,第二節(jié) 亞病毒,凡在核酸和蛋白質(zhì)兩種成分中，只含其中之一的 分子病原體。,類病毒,

12、擬病毒,朊病毒,一、類病毒 viroid,Electron microscopic picture of potato spindle tuber viroid (PSTVd),They solely consist of a small, single-stranded, circular RNA, which is not encapsidated in a protein coat.,Potato spindle tuber viroid gets its name because of the oblong tubers produced from infected plants.,S

13、ymptoms of viroid diseases,A: 番茄矮化病,B:鱷梨日斑病 ,C:菊矮化病 ,D:菊花褪綠斑駁,這些裸露的RNA 分子可以導(dǎo)致許多谷物，水果，觀賞植物，嚴(yán)重的病變，例如：馬鈴薯，番茄，黃瓜，菊花，鱷梨，椰子等,二、擬病毒 virusoid,三朊 病 毒,瘋牛病朊病毒,第三節(jié) 病毒與實(shí)踐,一、噬菌體與發(fā)酵工業(yè) 二、昆蟲(chóng)病毒用于生物防治 三、病毒在基因工程中的應(yīng)用,一、噬菌體與發(fā)酵工業(yè),發(fā)酵周期明顯延長(zhǎng) 碳源消耗緩慢發(fā)酵液清淡 發(fā)酵產(chǎn)物形成緩慢或根本不形成 噬菌體檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)大量噬菌斑 電鏡可看到噬菌體 后果：減產(chǎn) 倒罐,補(bǔ)救方法： 盡快提取產(chǎn)品,加藥抑制,及時(shí)更換菌種,

14、發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)預(yù)防措施,決不使用可疑菌種 嚴(yán)格環(huán)境衛(wèi)生 活菌液嚴(yán)禁排放 通氣加料嚴(yán)控 輪換使用生產(chǎn)菌株； 設(shè)備滅菌 使用抗噬菌體菌株,噬菌體的應(yīng)用,1. 用于鑒定細(xì)菌的分型； 2. 分子生物學(xué)領(lǐng)域的重要實(shí)驗(yàn)工具和最理想的材料； 3. 用于預(yù)防和治療傳染性疾??； 4. 用于篩選抗癌物質(zhì)和檢測(cè)致癌 物質(zhì)； 5. 測(cè)定輻射劑量；,三、病毒在基因工程中的應(yīng)用,噬菌體作為原核生物基因工程的載體 植物DNA病毒作為植物基因工程的載體 動(dòng)物DNA病毒作為動(dòng)物基因工程的載體 昆蟲(chóng)DNA病毒作為真核生物基因工程的載體,三、病毒在基因工程中的應(yīng)用,噬菌體可作為原核生物基因工程的優(yōu)良載體，將外源目的基因?qū)氲胶线m的受體

15、細(xì)胞，從而獲得具有新性狀的 “工程菌” E.coli的噬菌體包括：必需基因參與生命活動(dòng)；非必需基因不影響生命活動(dòng)，可被外源DNA代替 載有外源遺傳因子的重組噬菌體可整合在宿主核基因組上，兩者以一個(gè)整體進(jìn)行同步復(fù)制，使宿主具有新性狀,鈍齒棒桿菌噬菌體,鈍齒棒桿菌（T6-13）是國(guó)內(nèi)廣泛用于谷氨酸生產(chǎn)的菌株，采用此菌及其相近菌株生產(chǎn)的環(huán)境中，普遍發(fā)生噬菌體的污染。導(dǎo)致生產(chǎn)延滯或產(chǎn)酸降低，甚至倒罐，給味精生產(chǎn)造成較嚴(yán)重的損失。目前國(guó)內(nèi)分離的噬菌體在形態(tài)上相似。 根據(jù)血清學(xué)可分成兩型： B271和B275，有四種類型的噬菌斑。為防止噬菌體的侵襲，可在了解菌株對(duì)不同噬菌體的敏感性情況下，輪換使用不同菌株，以避免生產(chǎn)被迫停頓。,丙酮丁醇梭菌噬菌體（Clostridium acetobutylicum phage）,在丙酮丁醇連續(xù)發(fā)酵的工業(yè)生產(chǎn)中，容易受到該噬菌體的侵染，危害極大。常見(jiàn)的異常發(fā)酵有：發(fā)酵停止，不產(chǎn)生氣泡，醪液上層澄清，呈暗黑色，出現(xiàn)睡眠癥。正常發(fā)酵12-18小時(shí)，丙酮產(chǎn)量可達(dá)200mg/L，異常發(fā)酵時(shí)達(dá)到相同水平則需36-42小時(shí)，丁醇量也偏低 ，醪液的蒸餾效率低于