病毒与噬菌体

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噬菌体在自然界广泛存在,在1995年发表的ICTV的病毒分类与命名第 六次报告中共报道了4000余种,分别划归为49个病毒科。
噬菌体共有3种形态。
噬菌体的3种形态:
(一)噬菌体的繁殖 噬菌体的繁殖分为:吸附、侵入、增殖(复制与生 物合成)、成熟(装配)和裂解(释放)5个阶段。
裂解性周期(增殖性周期):烈性噬菌体的繁殖过程。
(3)复合对称的代表-T偶数噬菌体
绝大多数噬菌体为蝌蚪形,现以E.coli T4为例,介绍 蝌蚪形噬菌体的结构:
65nm
95nm
颈环
95nm
24环
大肠杆菌T4噬菌体构造
三、病毒的分类
病毒在自然界分布广、数量多。几乎可以感染 所有的生物,包括各类微生物、植物、昆虫、 鱼类、禽类、哺乳动物和人类。 根据宿主可以分为: 动物病毒 植物病毒 微生物病毒(或称噬菌体)等
四、病毒的检测
病毒的群体形态有:
包含体(inclusion body)
噬菌斑(plaque) 空斑(plaque)
枯斑(lesion)
(1)包含体(inclusion body) 概念:感染病毒的宿主细胞内,出现在光学显微镜下 可见的大小、形态、数量不等的小体,称为包含体。
(在宿主细胞内形成包含体是病毒的特征,不同的病毒其形成的包含体具有不同的 形态、结构和特性。)
(2)二十面体对称的代表-腺病毒(Adenovirus)
具有20个面,30条边和12个顶角。核衣壳由 不同数量的衣壳粒按一定方式排列成对称体。 腺病毒粒子共由252个球形的衣壳粒排列成 一个具有廿面的对称体,线状dsDNA。 噬菌体 X174只有12个衣壳粒,最大的廿面 体是由1,472个衣壳粒组成的昆虫病毒粒子。

吸附(adsorption)
噬菌体对宿主细胞的吸附具高度的特异性。 吸附的机理:尾丝尖端与受体发生共价结合。
影响吸附的因素:噬菌体数量;阳离子浓度;温度;辅 助因子(生物素)等。
自外裂解:大量噬菌体吸附在同一细胞表面并释放众 多的溶菌酶,最终因外在的原因导致细胞裂解。
② 侵入(penetration)
第五节
病毒与噬菌体
疫苗

疫苗是将病原微生物(如细菌、立克次氏体、 病毒等)及其代谢产物,经过人工减毒、灭活或 利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自 动免疫制剂。 • 疫苗保留了病原菌刺激动物体免疫系统的 特性:
• 当动物体接触到这种不具伤害力的病原菌后,免疫系统便会产生
一定的保护物质,如免疫激素、特殊抗体等;当动物再次接触到 这种病原菌时,动物体的免疫系统便会依循其原有的记忆,制造 更多的保护物质来阻止病原菌的伤害。
(一)病毒大小 测定病毒大小的单位是纳米(10-9),多数病毒 的直径在100nm以下: <50 nm 小型病毒 50 nm ~150 nm 中等大小病毒(大多数) > 150nm 大型病毒(最大300 nm) 绝大多数病毒是能通过细菌滤器,须用电镜才能 观察到其具体形态和大小。
病毒大小
牛痘苗病毒 传染性浓泡皮炎病毒 腮腺炎病毒
1、噬菌体定量计数
2、噬菌体的鉴定
(3)蚀斑和感染病灶
在动物细胞培养物上的与噬菌斑类似的空斑, 称为蚀班。
(4)坏死斑:植物病毒在植物叶片上形成的群体 称为坏死斑。
四、噬菌体的形态与结构 噬菌体:是病毒中的一种,一般把侵染细菌、放 线菌、蓝细菌的病毒叫噬菌体,包括噬细菌体、 噬放线菌体、噬蓝细菌体等。 把侵染真菌的病毒 叫噬真菌体。

一、概述

二、病毒的形态结构和化学组分
三、病毒的分类
四、病毒的检测
蛋白质衣壳(Protein coat)
核酸(Nucleic acid)
(一)人类对病毒的发现和认识过程
1892:俄国 伊万诺夫斯基首次发现烟草花叶病毒的感染 因子能通过细菌过滤器。
1898:荷兰 贝哲林克证实该致病因子可以被乙醇从悬液 中沉淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不 出来;给这样的病原体起名叫virus。 1935:美国 斯坛莱从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结 晶,又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分,而只有核 酸具感染和复制能力。 1952:Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA, 开创了病毒分子生物学。
2、病毒的对称体制
三类典型形态的病毒:
•廿面体对称的结构(球状)
•腺病毒 •螺旋对称的结构(杆状) •烟草花叶病毒 •复合对称的结构(蝌蚪状)
大肠杆菌的T偶数噬菌体是由椭
圆形的二十面体头部和螺旋对称 的尾部组合而成,是病毒中复合 对称的代表。
病毒粒子的对称体制
RNA or DNA 螺旋对称
Protein Coat (Capsomers)
21000
粒子装配前的一段时间。
2)裂解期
紧接在潜伏期后的宿主细胞迅速裂解、溶液中噬 菌体粒子急剧增多的一段时间。
3)平稳期
感染后的宿主细胞已全部裂解,溶液中噬菌体数 量达到最高点的时期。
4、溶源性
溶源性:温和噬菌体侵入宿主细菌细胞后,由于 其核酸整合到宿主核基因组上,并随宿主核酸同 步复制,并不引起宿主细胞裂解的特性。子代均 具有溶源性。 都是dsDNA; 温和噬菌体特点 具有整合能力; 具有同步复制能力; 游离态 温和噬菌体存在形式 温和整合态(原噬菌体) 营养态
(三)噬菌体增殖规律的描述方法—一步生长曲线
定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。
(1)一步生长曲线的基本实验步骤
离心术
抗噬菌体血清
培养 定时取样测噬菌斑数 以培养时间为横坐标,以噬菌斑数为纵坐标, 绘出的曲线为一步生长曲线。
(2)一步生长曲线的三个阶段:
潜伏期、裂解期、平稳期
1)潜伏期
噬菌体的核酸侵入宿主细胞至第一个成熟噬菌体
在人类与脊椎动物中广泛寄生着相应的病毒。人类传 染病80%由病毒引起(>300种),脊椎动物病毒> 900种,许多病毒引起人畜共患病。另一些病毒感染 动物后,并不致死宿主细胞,而是引起肿瘤。
T偶数病毒
疱疹病毒
大蚊病毒
流感病毒
烟草花叶病毒
腺病毒
多瘤病毒
脊髓灰质炎病毒
1微米
(二)病毒的形态
多数病毒呈球形或近似球形,杆状,丝状,少数可为 子弹状、砖块状,噬菌体可呈蝌蚪状。
1、病毒粒子的基本结构
衣壳
核髓
被膜 核衣壳
刺突
衣壳粒
A
病毒粒子结构模式图 结构简单的病毒粒子;B 结构复杂的病毒粒子
头部的核酸通过 中空的尾髓压入 细胞内,而蛋白质 外壳则留在细胞外。 尾鞘的收缩性可 明显提高噬菌体 核酸注入的速率。
③ 增殖 (replication)
包括核酸的复制和蛋
白质的生物合成。
增殖是通过噬菌体基
因表达实现的。 核酸的复制与病毒蛋 白质的合成是分开进 行的。
病毒核酸的复制
病毒核酸链接入寄主核酸链
包含体在细胞中的形成部位: 位于细胞核内—如包疹病毒;位于细胞质内—如狂 犬病毒等;胞核内胞质都有—麻疹病毒
包涵体(inclusion body)
意义:
是病毒的聚集体; 是病毒的合成部位; 是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白质
包涵体的实践意义—-病毒鉴定、临床诊断依据。
(2)噬菌斑(plaque) 噬菌斑是指在宿主细菌的 菌苔上,噬菌体使菌体裂 解而形成的空斑。 应用:
病毒核酸复制
④ 成熟(装配) 已合成的各部件进行自行装配成新的噬菌体的过程。
T偶数噬菌体装配过程模式图
⑤ 裂解(释放)
被感染细胞裂解,成熟的子代噬菌体转移到外界。开始 新的生活史。
裂解量:平均每一宿主细胞裂解后所产生的 子代噬菌体数。
有囊膜病毒以“出芽”方式释放
(二)噬菌体与寄主的关系 烈性噬菌体(virulent phage)——感染细胞后, 能在寄主细胞内增殖,产生大量子代噬菌体并引 起细菌裂解的噬菌体。 温和噬菌体(temperate phrage)——噬菌体感 染细胞后,将其核酸整合(插入)到宿主的核DNA 上,并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制, 在一般情况下,不引起寄主细胞裂解的噬菌体。
5)噬菌体在分子生物学研究中的作用 噬菌体现已成为进行分子生 物学研究的较为理想的重要材料。
(二)植物病毒
已知的植物病毒多达700种(1989年),多数是 ssRNA病毒。 形态:杆、丝、球状,一般无包膜。
1619年荷兰画 师描画的有病 郁金香的画像。
植物感染病毒后的主要症状
植物黄萎病
花叶、黄化或红化等症状
植株发生矮化,丛枝或畸形等
形成枯斑或坏死等症状
增殖过程
1、“侵入”方式 借昆虫刺吸式口器进入、通过 伤口或嫁接进入 ,再通过胞 间连丝或输导组织迅速向其它 部位扩散引起普遍感染。 2、脱壳 植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳。 3、核酸的复制和蛋白质的合成 4、装配(成熟)
(三)人类和脊椎动物病毒
(三)病毒特征
1、没有细胞构造,其主要成分仅是核酸和蛋白质两种,故 称分子生物; 每一种病毒只含一种核酸,不是DNA就是 RNA; 2、本身不具有繁殖机制,靠其宿主代谢系统的协助来复 制核酸、合成蛋白质等组分,然后再进行装配而得以增 殖,形成子代; 3、既无产能酶系,也无蛋白质和核酸酶合成系统,只能活 细胞内专性寄生; 4、形态极其微小,必须在电镜下观察,一般具过滤性; 6、在离体条件下,能以无生命的化学大分子状态存在,并 可长期保持其侵染活力; 7、对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感。 8、有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中,并诱发潜 伏性感染。
溶源性与溶源性细菌
• 溶源性细菌:含有原噬菌体的细菌称为溶源性细菌 (lysogenic bacteria)或溶源化细胞(lysogeniccell)。 溶源菌是一类能和温和噬菌体长期共存,一般不会出现有 害影响的细胞。
• 溶源性(溶源现象):是温和噬菌体侵入宿主细菌细胞后, 由于其核酸整合到宿主核基因组上,并随宿主核酸同步复 制,并不引起宿主细胞裂解的特性。 • 凡能引起溶源性的噬菌体即为温和噬菌体。
复合对称
(A) Filamentous (B) Complex (C) Eicosahedral (D) Enveloped Lipid envelope
二十面体对称
(1)螺旋对称的代表-烟草花叶病毒 (tobaco mosaicvirus,TMV)
有三种类型:纤维状、直杆状和弯曲杆状。衣壳形似一中空柱, 内包核酸,衣壳粒和核酸呈螺旋对称形排列。由95%衣壳Pr和 5%SSRNA组成。蛋白质衣壳由衣壳粒(2130个)一个紧挨一个 地呈螺旋排列而成,ssRNA位于衣壳内侧螺旋状沟中。
(四)噬菌体:
专性寄身于微生物的病毒,有三种基本类型。 由核酸和蛋白质组成,侵入宿主体内会出现两种反应:裂 解反应和溶源性反应。
二、病毒(virus)的构造
(一)病毒大小 (二)病毒的形态构造 (三)化学组成
病毒粒子(virus particle) :指成熟的、结构 完整的、有侵染性的病毒个体。在电子显微镜 下呈特定的形态。
• 溶源性广泛存在于各种细菌中,如大肠杆菌、假 单胞菌、沙门氏菌、链球菌、芽孢杆菌、棒杆菌、 弧菌和极毛杆菌等。 • 溶源性菌株命名:在敏感菌株的名称后面加一括 号,其中写上溶源性噬菌体,例如E.coli K12(λ)。
溶源性细菌的测定
பைடு நூலகம்1)将少量溶源菌与大量敏感性的指示菌相混合; 2)与琼脂培养基混匀后倒平板; 3)经培养后溶源菌长出如图菌落。
噬菌体的应用
噬菌体会给人类造成损失,利用微生物进行发
酵的工业常深受其害。但是,由于噬菌体的某 些生物学特性,使其在人类的生产实践和生物
学基础理论研究中都有一定价值。可概括为以
下几方面。
1)用于鉴定未知细菌 在医学上,有些难鉴别的病原菌,利用噬菌 体对宿主细胞的高度专化性的敏感性,不仅可鉴定到菌种,而且 可鉴定到菌型。 2)用于临床 治疗某些传染性疾病。 如果将噬菌体制剂与抗生素或 者磺胺药物配合应用,则效果更好。 3)检验植物病原菌 4)测定辐射剂量 利用噬菌体可以检验由种子携带的植物病原菌。 某些噬菌体(如T2)对辐射剂量的反应敏感而精确。
1971后:陆续发现了各种亚病毒—类病毒、朊病毒、拟病 毒。
(二)概况
病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组 成的超显微“非细胞型生物”,其本质是一种只
含DNA或RNA的遗传因子,能以感染态和非感染态
两种状态存在。 病毒(virus),拉丁语的原意是“毒素”。
病毒和病毒颗粒、病毒粒、病毒体(virijon)是其同义词。
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