病毒学.docx

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病毒学

•第二章病毒的形态与结构

第一节病毒的形态与大小

第二节病毒的组成与功能

第三节病毒颗粒形态的对称性

•本章重点

1.病毒的主要形态

2.病毒的结构模式图

3.病毒核酸、蛋白、脂类的功能

•第一节病毒的形态与大小

一、研究病毒形态与结构的意义

二、病毒的形态特征

1、电子显微术

电镜的分辨率0.4-1nm（4-10Å）。

目前，已鉴定的病毒有2500种。

（1）球状病毒，大多数球状病毒是由核酸和蛋白亚单位构成的一个立方对称的二十面体。

（大部分的动物病毒和少数植物病毒）

（2）杆状病毒（主要见于植物病毒、昆虫病毒以及部分动物病毒）

（3）砖形病毒，有功能不明的“侧体”结构痘病毒。

（4）具有球状头部的病毒（噬菌体）

（5）弹状病毒（植物病毒、昆虫病毒和动物病毒）

（6）封于包涵体（inclusionbody或inclusion）内的昆虫病毒

病毒在增殖的过程中，常使寄主细胞内形成一种蛋白质性质的病变结构，在光学显微镜下可见。

多为圆形、卵圆形或不定形。

一般是由完整的病毒颗粒或尚未装配的病毒亚基聚集而成；少数则是宿主细胞对病毒感染的反应产物，不含病毒粒子。

有的位于细胞质中（如天花病毒包涵体），有的位于细胞核中（如疱疹病毒），或细胞质、细胞核中都有（如麻疹病毒）。

有的还具有特殊名称，如天花病毒包涵体叫顾氏（Guarnieri）小体，狂犬病毒包涵体叫内基氏（Vegri）小体。

昆虫病毒可根据包涵体的形状、位置而分为细胞质型多角体病毒、核型多角及颗粒体病毒等。

包埋体（occlusionbody）：

专指含有病毒颗粒的蛋白质结晶结构，是包涵体的一种特殊形式，见于病毒感染的昆虫、螨及甲壳动物的细胞，大小0.5-24um。

由病毒颗粒、结晶基质蛋白及可能含糖的外膜组成。

•二、病毒的大小

不同类型的病毒大小差异很大，成熟的病毒其大小通常用纳米（nm）表示，较大的病毒（痘病毒）300-450X170-260nm，较小的病毒直径仅18-20nm（植物或昆虫病毒）

•第二节病毒的组成与功能

一、病毒的组成

•二、病毒核酸及其功能

1、病毒核酸的结构特点:

①病毒基因组大小相差较大，与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小。

②每种病毒只含有一种核酸，或为DNA，或为RNA。

③病毒的基因组大都由一分子双链或单链构成，但少数RNA病毒及个别DNA病毒基因组则由若干核酸片段组成。

④基因重叠即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子。

⑤病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的。

⑥噬菌体基因是连续的，而有一些真核生物病毒的基因排列是不连续的。

⑦病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或转录单元。

⑧除了反转录病毒以外，其它病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次。

2、病毒DNA的结构

除多DNA病毒科（Polydnaviridae）外，DNA病毒基因组一般不分节段，以双股线状为主。

基因组末端往往含有重复的冗余序列，也称末端同向重复序列。

如果病毒基因组双链DNA的末端冗余用核酸外切酶处理，可产生黏性末端，再经退火可形成多联体分子，进一步切割退火处理，能产生双连环状DNA分子。

循环排列-----它是一些病毒基因组的线状双链DNA具有相同的基因序列，但若以不同的核苷酸为起点进行排列，可以产生末端序列不相同的线状分子。

如果将这种核酸先变性，后退火，从而形成具有粘性末端的线状双链DNA，再由两个粘性末端连接，产生环状分子。

倒转末端重复序列

　　末端反向重复序列-----是指存在于病毒基因组两端的反向互补重复序列，这样的基因组经过变性、退火处理，可以形成有部分双链区的线状环；或者产生锅柄样的结构。

在大肠杆菌T偶数噬菌体中，DNA的胞嘧啶（C）有些由5-羟甲基胞嘧啶代替。

3、病毒RNA的结构

RNA分极性，病毒RNA多数为ssRNA，ssRNA有（+）链和（-）链的区别，（+）RNA基因组与mRNA极性相同，（-）RNA基因组与mRNA极性相反。

（+）RNA的5'端有“帽子”结构，3’有“尾巴”结构。

“尾巴”结构短于真核生物，但赋予病毒RNA的侵染能力（披膜病毒科的甲病毒），脊髓灰质炎病毒的RNA首尾缺一则无侵染性。

（-）RNA病毒一般具有“三无一有”：

5‘端无“帽”或“假帽”结构；3’端无（A）n“尾”；裸露的（-）RNA无侵染性；病毒都有依赖于RNA的RNA聚合酶。

RNA基因组分节段包括两类：

一类是基因组的个片段包含在同一病毒颗粒内，如正粘病毒、呼肠孤病毒、布尼亚病毒等；另一类是病毒基因组各片段分别包含在相应的不同分体之内，外形结构相似，共同构成完整的病毒颗粒，有的分装在两种颗粒中称二分体基因组，如豇豆花叶病毒，有的分装在3种颗粒中称三分体基因组，如黄瓜花叶病毒和雀麦花叶病毒。

4、病毒核酸的功能

①病毒DNA所携带的遗传信息流向符合中心法则，且都依赖宿主的酶系统，其mRNA的转录和DNA复制多在细胞核内进行（痘病毒例外）。

②RNA病毒的RNA同样具有遗传性。

③个别病毒的（-）RNA基因组中，具有“双义RNA”（ambisense）的罕见特点。

如布尼病毒及砂粒病毒，其单股RNA部分节段为负链，部分节段为正链。

④感染性核酸（infectiousnucleicacid）：

某些病毒（噬菌体、部分植物病毒和动物病毒）的核酸具有侵染性，感染宿主细胞后可组装出新的病毒粒子。

传染性核酸不分节段，本身能作为mRNA，或者能利用宿主的RNA聚合酶转录病毒的mRNA。

如冠状病毒、微RNA病毒、疱疹病毒等。

•三、病毒蛋白质及其功能

1、病毒的蛋白质

结构蛋白：

系指构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。

包括壳体蛋白、包膜蛋白和毒粒酶等。

每种蛋白质通常都由许多相同的亚单位组成，这样，病毒有限的核酸所携带的有限的遗传信息就能编码种类少但数量多、相对分子量相似或相同的蛋白质亚单位。

非结构蛋白：

指由病毒基因组编码的，在病毒复制或基因表达调控过程中具有一定功能，但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。

（噬菌体的溶菌酶，流感病毒的神经氨酸酶）

2、病毒蛋白功能

⑴壳体蛋白：

　　壳体蛋白是构成病毒壳体结构的蛋白质，由一条或多条多肽链折叠形成的蛋白质亚基，是构成壳体蛋白的最小单位。

功能：

①构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。

②无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、进入，决定病毒的宿主嗜性，同时还是病毒的表面抗原。

⑵包膜蛋白：

　　构成病毒包膜结构的病毒蛋白质，包括包膜糖蛋白和基质蛋白两类。

功能：

①是病毒的主要表面抗原，它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生，有些还介导病毒的进入。

②还可能具有凝集脊椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶等活性。

③基质蛋白构成膜脂双层与核衣壳之间的亚膜结构（见于放转录病毒和痘病毒中），具有支撑包膜、维持病毒形态等功能。

⑶毒粒酶：

毒粒酶根据功能大致分为两类：

T4噬菌体的溶菌酶参与病毒进入、释放等过程

逆转录病毒的逆转录酶参与病毒的大分子合成

•四、病毒的脂质与功能

病毒脂质的主要成分是磷脂，来源于宿主细胞，存在于病毒的囊膜中。

病毒脂类存在与病毒的吸附和侵入有关，对有机溶剂敏感，除去脂质会破坏病毒的侵袭性（痘病毒与昆虫的红色病毒例外），原因为：

1、脂质或脂蛋白可能作为病毒入侵与细胞结合所必需。

2、位于有囊膜病毒内部的核蛋白在侵染时易受酶的破坏。

3、有机溶剂不仅能萃取脂质，还会使核蛋白变性。

•五、病毒的糖类和其他成分

•糖是病毒核酸的组成成分

•囊膜病毒的囊膜上存在一些糖蛋白，其中糖基与红细胞的凝集活性有关。

•病毒中还发现有多胺（广泛存在各类细胞中）和金属。

•第三节病毒颗粒形态结构的对称性

•螺旋对称壳体

有些负链RNA动物病毒，如正黏病毒中的流感病毒，副黏病毒中的麻疹病毒以及弹状病毒中的水疱性口炎病毒和狂犬病毒均为（-）RNA与一些碱性蛋白质结合形成螺旋结构的核衣壳，再包以脂蛋白的外膜。

•二十面对称壳体具有20个三角形面和12个顶的立方体，形成一个封闭的蛋白质的鞘。

因二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称结构。

•二十面体对称的代表-腺病毒（Adenovirus）

•复合对称体，仅少数病毒壳体为复合对称结构。

壳体由头部和尾部组成，包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。

具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体

•习题

1.病毒的基本结构如何？

画出模式图

2.病毒的核衣壳的对称型有哪些？

各有什么特点？

3.阐述病毒核酸及蛋白的特点

4.如何确定病毒是否有囊膜？

依据何在？

•第三章病毒的分类与命名

第一节病毒分类与命名的沿革

第二节病毒的命名

第三节病毒的分类原则

第四节病毒分类系统

•本章重点

1.病毒分类机构

2.病毒分类原则

3.病毒的分类系统

1961年以前，这个时期是各自研究领域的科学家提出或建立一些分类系统，进展缓慢，缺乏国际间的协作。

1962-1966年，建立了国际病毒学命名委员会（InternationalCommitteeonNomenclatureofViruses,ICNV）

1966-1970年，Wildy任国际病毒学命名委员会主席期间，组织国际间协作，发表了ICNV的第一次报告。

1971-现在，病毒分类与命名的工作得到了巩固和发展，国际病毒学命名委员会更名为国际病毒学分类委员会（InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses,ICTV）

•一、1961年以前

各研究领域独立进行病毒分类与命名

（一）植物病毒分类

Johnson和Hoggan（1935）：

1、病毒的传播方式及昆虫介体

2、自然的寄主范围及鉴别寄主

3、在活体外的存活期

4、致死温度

5、症状特点

•

（二）动物病毒分类法

•二、1962-1966年

1966年在莫斯科举行的第九届国际微生物学代表会议上，成立国际病毒命名委员会（InternationalCommitteeonNomenclatureofViruses;ICNV）。

下设4个小组委员会：

•动物病毒小组委员会

•植物病毒小组委员会

•无脊椎动物病毒小组委员会

•噬菌体小组委员会

1963年国际微生物命名委员会病毒分会根据安德鲁斯（Andrewes）提出的分类建议提出了新的8项分类原则：

①核酸的类型、结构和分子量；

②病毒粒子的形状和大小；

③病毒粒子的结构；

④病毒粒子对乙醚、氯仿等脂溶剂的敏感性；

⑤血清学性质和抗原关系；

⑥病毒在细胞培养上的繁殖特性；

⑦对除脂溶剂以外的理化因子的敏感性；

⑧流行病学的特征。

•三、1966-1970年

1970年8月，在第十届国际微生物学代表大会上，报告了国际病毒命名委员会的第一次报告。

将当时了解得比较清楚的500多种病毒分为RNA和DNA病毒两大类，描述并划定了43个属及其成员。

其中动物病毒22个属，还确定了两个科，乳多空病毒科和细小病毒科；植物病毒15个组群；细菌病毒分成6个组群。

•四、1971-现在

•1973年5月，在伦敦召开的ICNV执行委员会上，国际病毒命名委员会改为国际病毒分类委员会（InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses,ICTV）。

•1995年国际病毒分类委员会第六次报告中，植物病毒不再采用组、亚组，而统一采用科、属、种的分类系统。

同时将病毒分为3大类：

DNA病毒、DNA及RNA反转录病毒、RNA病毒。

•2005年，国际病毒分类委员会发布了第八次病毒分类报告。

在这个长达1259页的报告中，将目前ICTV所承认的5450多个病毒归属为3个目、73个科、11个亚科、289个属、1950多个种。

在亚病毒感染因子下设类病毒、卫星体和朊毒，其中类病毒有2个科、7个属；卫星病毒有2个亚组，卫星核酸有3个亚组；朊毒分为哺乳动物朊毒和真菌朊毒。

第八次报告的特点:

1、进一步明确了“种”作为病毒分类系统中的最小分类阶元，在每一个确定种下面列出了至少一个、至多几十个不同的分离物以及它们在GenBank上的登录号。

2、增加了许多反映病毒基因序列同源性关系的系统树图。

3、将原子分辨率的粒子三维结构插入到相应的科或属中，使读者对病毒粒子空间结构有更详细的了解。

有关病毒分类的论文及信息在ICTV的官方期刊“Archives[a:

kaivz]ofVirology”发表，1990年前“Intervirology”是其官方期刊。

•第二节病毒的命名

（一）一般规则

（1）病毒分类和命名应该是国际性的，并且普遍适用于所有的病毒。

（2）国际病毒分类系统采用目（order）、科（family）、亚科（subfamily）、属（genus）、种（species）、分类阶元。

（3）ICTV不负责病毒种以下的分类和命名，病毒种以下的血清型、基因型、毒力株、变异株和分离株的名称由公认的国际专家小组确定。

（4）人工产生的病毒和实验室构建的杂种病毒在病毒分类上不予考虑，其分类由公认的国际专家小组负责。

（5）只有在病毒代表种的特性得到了充分了解和在公开出版物上进行过描述，才能确定建立一个分类阶元，以便与其他类似的分类阶元相区别。

（6）当病毒有明确的科、而分属未确定时，这一病毒种在分类学上称为该科的未确定种（unassignedspecies）。

（7）与规则2各分类阶元相关联，并得到ICTV批准的名称是唯一可以接受的。

•

（二）关于分类单元的命名规定

•在分类单元和病毒的命名中不遵循优先律。

•在提出新的分类单元时不使用人名。

•在提出新名称时，不使用下标、上标、连字符、斜线和希腊字母。

•新名称不应与已通过的名称重复。

•病毒名称由ICTV认定，其命名与细菌不同，不再采用拉丁文双名法，而是采用英文或英语化的拉丁文，只用单名。

目、科、亚科、属分别用拉丁文后缀“-virales”、“-viridae”、“-virinae”和“-virus”，并采用斜体。

•（三）关于种的规定

•一个病毒种应是一类具有多种共同特征的病毒，并组成一个正在复制的世代谱系，且在生态位中占有特定的位置。

1、病毒种应当是群体，是类别。

2、病毒种所共有的特征不是一种而是多种。

3、病毒种是演化谱系中某时期的一分子。

4、病毒种应当占据某特定生态位。

•一新种不能确定，或不能将这一新种确定到已设立的属中时，新种将作为暂定种。

•种名必须赋予种恰如其分的鉴别特征。

•（四）关于属的规则

•属是具有某些共同特征的种。

•属名应是一个以“---virus”结尾的单词。

Lyssavirus（狂犬病毒属）T4likeviruses（T4样病毒属）

•通过一个新属名的同时，必须承认一个代表种。

•鉴定一个种的归属时，有用的特征

•基因组序列相关性

•天然寄主范围

•细胞和组织的趋向性

•致病性和细胞病理学

•传播方法

•病毒蛋白的抗原性

•（五）关于亚科的规则

•亚科是一群具有某些共同特征的属，这一分类单元只在需要解决复杂等级结构问题时才使用亚科。

•亚科名应是一个以“---virinae”结尾的单词。

Parvovirinae（细小病毒亚科）

•（六）关于科的规则

•科是一群具有某些共同特征的属（不管这些属是否组成了亚科）

•科名应是一个以“---viridae”结尾的单词。

Parvoviridae（细小病毒科）

•区分属或科

•毒粒形态

•基因组结构

•复制方法

•结构蛋白和非结构蛋白的数目和大小

•（七）关于目的规则

•目是一群具有某些共同特征的科。

ICTV对病毒目的建立持谨慎态度，仅限于已有足够的证据说明其系统演化的相关性的病毒科。

•目名应是一个以“---virales”结尾的单词。

•有尾噬菌体目（Caudovirales）

•单分子负链RNA病毒目（Mononegavirales）

•成套病毒目（Nidovirales）

•（八）关于亚病毒因子的规则

类病毒

•有关病毒的分类规则，适用于类病毒的分类。

•类病毒的分类单元的规范词尾是：

种“viroid”、属“viroid”、亚科“viroinae”、科“viroidae”。

其他亚病毒因子

•卫星体和朊病毒不按病毒分类，采用任意分类（arbitraryclassification），这种任意分类对专门领域的研究工作者似乎是有用的。

•（九）关于书写的规则

•在规范的分类学惯例，病毒目、科、亚科、属的认可名称，均用斜体印刷，名称的第一个字母需大写。

Adenoviridae（腺病毒科）

•种的名称用斜体印刷，第一个词的首字母需大写，除专有名词或专有名词的一部分之外，其他词首字母一律不大写。

Humanimmunodeficiencyvirus1（人免疫缺陷病毒1型）

•规范的惯例，各分类单元正式的描述是

…Reovirideae（科）,…Phytoreovirus（属）,…Woundtumorvirus（种）

呼肠孤病毒科，植物呼肠孤病毒属，伤瘤病毒

•未通过或暂定的名称均印成标准体，并在西文中缀以-like字样。

T1-likeviruses（T1样噬菌体属）

•第三节病毒的分类原理及依据

稳定性：

是指病毒名称及其隶属关系一旦确定下来，就应该尽可能的保留。

实用性：

是指病毒分类体制应该对病毒学研究领域是有用的。

认可性：

是指病毒分类阶元和名称应该为病毒学研究者乐意接受和使用，所以，认可性也是实用性的必然结果。

灵活性：

是指病毒分类阶元可以依据某些新发现而进行重新修订和再确定。

依据：

主要以病毒粒子特性、抗原性质和病毒生物学特性等作为依据。

病毒粒子特性：

①病毒形态：

如大小、形状、包膜和包膜突起的有无，衣壳结构及其对称性;

②病毒生理生化和物理性质：

如分子量，沉降系数，浮力密度，病毒粒子在不同pH、温度、Mg2+、Mn2+、变性剂、辐射中的稳定性；

③病毒基因组，如基因组大小、核酸类型、单双链、线状或环状，正负链，G+C所占的比例、核苷酸序列等；

④病毒蛋白，如结构蛋白和非结构蛋白的数量、大小以及功能和活性，氨基酸序列等

⑤病毒脂类含量和特性；

⑥碳水化合物含量和特性；

⑦病毒基因组组成和复制。

病毒抗原性质：

包括病毒血清学性质与其抗原的关系。

病毒生物学特性：

包括病毒天然的宿主范围；

病毒在自然状态下的传播与媒介体的关系；

病毒的地理分布，致病机理，组织嗜亲性；

病毒引起的病理和组织病理学特点。

•第四节病毒分类系统

•国际病毒分类委员会第七次报告（1999）认可病毒4000种，设有3个病毒目。

将所有已知的病毒根据核酸类型分为：

DNA病毒——单股DNA病毒，

DNA病毒——双股DNA病毒，

DNA与RNA反转录病毒，

RNA病毒——双股RNA病毒，

RNA病毒——正单链RNA病毒，

RNA病毒——负单链RNA病毒，

裸露RNA病毒（真菌病毒，+ssRNA与其编码的RNA依赖的RNA聚合酶结合在一起，存在于细胞质中）

类病毒

（亚病毒因子）

•第8次报告动物病毒新增4个科

•线头病毒科（Nimaviridae）白斑病毒属（Whispovirus）白斑综合征病毒Ⅰ型（WhitespotsyndranevirusⅠ）

•双顺反子病毒科（Dicistroviridae）桃拉综合征病毒（TSV）

•杆状套病毒科（Romviridae）黄头病毒（YHV）

•芜菁黄花叶病毒科（Tymoviridae）

病毒分类中文译名不统一的问题由来已久，一个科、属往往有好几个名称。

有的含义基本相同只是用词的差别，如：

小RNA病毒科、微RNA病毒科；反转录病毒科、逆转录病毒科；杯状病毒科、嵌杯病毒科；布尼亚病毒科、布尼安病毒科；狂犬病病毒属、狂犬病毒属；慢病毒属、慢性病毒属；细胞质弹状病毒属、质型弹状病毒属；细胞核弹状病毒属、核型弹状病毒属等。

损病毒引起，无论是感染允许细胞还是非允许细胞都不能完成复制循环。

⑵限制性感染：

因细胞的瞬时性允许产生，其结果或是病毒持续存在于受染细胞内不能复制，直到细胞成为允许性细胞，才开始复制，或是一个细胞群体中仅有少数细胞产生病毒子代。

•第四章病毒的侵染与复制

第一节病毒复制研究的实验系统

第二节病毒的复制周期

第三节病毒的异常复制

第四节朊病毒

•本章重点

1.烈性噬菌体繁殖的一般过程

2.一步生长曲线

3.病毒核酸的复制

4.朊病毒的复制与致病机理

•

复制（replication）:

病毒感染细胞后，在病毒核酸控制下合成病毒的核酸与蛋白质等成分，然后在宿主细胞的细胞质内或核内装配成病毒颗粒，再以各种方式释放到细胞外，感染其他细胞，这种增殖方式叫复制。

•第一节病毒复制研究的实验系统

一、噬菌体—细菌培养系统

1、细菌容易培养，数目易于控制。

2、形成噬菌斑容易观察。

3、实验重复快。

其相关研究为植物病毒和动物病毒的复制所借鉴。

2、一步生长曲线

一步生长曲线是定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。

（1）实验设计依据：

通常噬菌体和细菌的混合比例为1:

10，保证1个菌体只被1个噬菌体感染,避免二次吸附；细菌群体被噬菌体同步感染。

取样（每5min）

离心除去细菌

上清加入敏感菌液中

适当稀释混合液

涂布

计数噬菌斑

•一步生长曲线

MOI:

multiplicityofinfection，感染复数。

传统的MOI概念起源于噬菌体感染细菌的研究。

其含义是感染时噬菌体与细菌的数量比值，也就是平均每个细菌感染噬菌体的数量。

噬菌体的数量单位为pfu。

一般认为MOI是一个比值，没有单位，其实其隐含的单位是pfunumber/cell。

后来MOI被普遍用于病毒感染细胞的研究中，含义是感染时病毒与细胞数量的比值。

三、动物病毒—动物细胞培养系统

20世纪50年代才建立动物细胞体外连续培养技术。

体外培养细胞只能近似地反应动物机体内病毒的复制过程。

空斑方法

相当数量的病毒不能在细胞培养物中生长

植物细胞去掉细胞壁，而仍有代谢活性的原生质部分称为原生质体，20世纪70年代建立。

原生质体的离体存活能力、生理活性不十分理想，有些植物原生质体的分离、培养与维持还十分困难。

目前尚不如动物细胞那样成熟和方便。