五年制病毒学总论寻萌.pptx
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1、1第二篇第二篇 病毒学病毒学免疫与病原生物学系免疫与病原生物学系寻萌寻萌2病毒(病毒(virus)o是一类形体微小,结构简单,只含一种类型是一类形体微小,结构简单,只含一种类型核酸核酸(DNA或或RNA),必须在活细胞内以,必须在活细胞内以复复制制方式增殖的方式增殖的非细胞型微生物非细胞型微生物,对抗生素不,对抗生素不敏感。敏感。3病毒与人类关系极为密切:病毒与人类关系极为密切:o人类传染病人类传染病75%由病毒引起。由病毒引起。o有些病毒传染性极强,流行很广,有效药物有些病毒传染性极强,流行很广,有效药物少,可引起世界大流行;少,可引起世界大流行;o有些病毒可引起持续性感染;病后可出现后有些
2、病毒可引起持续性感染;病后可出现后遗症;遗症;o与某些肿瘤、自身免疫性疾病和胎儿畸形发与某些肿瘤、自身免疫性疾病和胎儿畸形发生密切相关;生密切相关;o新病毒不断被发现。新病毒不断被发现。4第二十二章第二十二章 病毒的基本性状病毒的基本性状5一、病毒的形态、结构和分类一、病毒的形态、结构和分类(一)大小和形态(一)大小和形态 病毒体(病毒体(virion):完整的成熟病毒颗粒,):完整的成熟病毒颗粒,是细胞外的结构形式,具有典型的形态结构是细胞外的结构形式,具有典型的形态结构和感染性。和感染性。1.大小:以纳米(大小:以纳米(nm)作为计量单位。)作为计量单位。20300nm,可通过滤菌器(可通
3、过滤菌器(0.45m)。)。观察工具:电子显微镜观察工具:电子显微镜6葡萄球菌(1000nm)牛痘病毒300250nmABCDEFG立克次体450nm衣原体390nmA、大肠杆菌噬菌体、大肠杆菌噬菌体 (65 95nm)B、腺病毒、腺病毒 (70nm)C、脊髓灰质炎病毒、脊髓灰质炎病毒 (30nm)D、乙脑病毒、乙脑病毒 (40nm)E、蛋白分子、蛋白分子 (10nm)F、流感病毒、流感病毒 (100nm)G、烟草花叶病毒、烟草花叶病毒(300nm)72.形态形态o球形(近似球形)球形(近似球形)如人类及动物病毒如人类及动物病毒o杆形杆形 如植物病毒如植物病毒o丝状丝状 如埃博拉病毒如埃博拉病
4、毒o弹形弹形 如狂犬病病毒如狂犬病病毒 o砖形砖形 如痘病毒如痘病毒o蝌蚪形蝌蚪形 如细菌病毒(噬菌体)如细菌病毒(噬菌体)8(二)结构(二)结构o基本结构基本结构核心(核心(core)衣壳(衣壳(capsid)包膜(包膜(envelope)核衣壳(核衣壳(nucleocapsid)91.核心核心 核酸,构成病毒基因组。核酸,构成病毒基因组。少量非结构功能性蛋白质。少量非结构功能性蛋白质。2.衣壳衣壳 蛋白质。保护核酸免受破坏,介导核蛋白质。保护核酸免受破坏,介导核 酸进入宿主细胞。抗原性。酸进入宿主细胞。抗原性。由壳粒组成。壳粒数目和排列方式不由壳粒组成。壳粒数目和排列方式不同:同:螺旋对称
5、型螺旋对称型20面体立体对称型面体立体对称型复合对称型复合对称型1020面体立体对称型面体立体对称型螺螺旋对称型旋对称型复合对称型复合对称型11o无包膜病毒体,称裸露病毒(无包膜病毒体,称裸露病毒(naked virus)o带有包膜的病毒体,称包膜病毒带有包膜的病毒体,称包膜病毒(enveloped virus)3.包膜包膜 在成熟过程中,核衣壳在成熟过程中,核衣壳 以以出芽方式出芽方式穿过宿主胞膜穿过宿主胞膜 或核膜向细胞外释放时获得。或核膜向细胞外释放时获得。表面有不同形状突起,称为表面有不同形状突起,称为 包膜子粒或刺突(包膜子粒或刺突(spike)。)。由病毒基因由病毒基因编编 码。码
6、。刺突包膜12包膜的性质和功能:包膜的性质和功能:o保护核衣壳。保护核衣壳。o构成病毒的表面抗原,具抗原性,诱发免疫构成病毒的表面抗原,具抗原性,诱发免疫应答。应答。o与病毒入侵细胞和感染性有关。与病毒入侵细胞和感染性有关。o对干燥、热、酸和脂溶剂敏感,对干燥、热、酸和脂溶剂敏感,乙醚能破坏乙醚能破坏包膜而灭活病毒,常用来鉴定病毒有无包膜包膜而灭活病毒,常用来鉴定病毒有无包膜。13(三)化学组成(三)化学组成1.核酸核酸 o位于病毒体的中央,其化学成分为位于病毒体的中央,其化学成分为DNA或或RNA;o只含一种核酸,分为只含一种核酸,分为DNA病毒和病毒和RNA病毒。病毒。o构成形式多样:线形
7、或环状(闭环、缺口环)构成形式多样:线形或环状(闭环、缺口环)双链双链DNA(dsDNA)单链单链DNA(ssDNA)双链双链RNA(dsRNA)单链单链RNA(ssRNA):单正链:单正链 单负链单负链 分节段分节段RNAo是病毒感染、增殖、遗传和变异的物质基础。是病毒感染、增殖、遗传和变异的物质基础。分节段RNA142.蛋白质蛋白质o病毒的主要组成部分。由病毒基因组编码。病毒的主要组成部分。由病毒基因组编码。(1)结构蛋白()结构蛋白(structure protein):):衣壳蛋白、包膜蛋白和基质蛋白。衣壳蛋白、包膜蛋白和基质蛋白。功能:功能:保护病毒核酸保护病毒核酸 参与病毒的感染过
8、程参与病毒的感染过程 具有良好抗原性,可特异性诊断。具有良好抗原性,可特异性诊断。(2)非结构蛋白()非结构蛋白(non-structure protein):):包括:包括:病毒编码的酶类病毒编码的酶类 存在于被感染细胞中的特殊功能蛋白存在于被感染细胞中的特殊功能蛋白153.脂类和糖类脂类和糖类o主要存在于包膜上,大部分来自宿主细胞膜。主要存在于包膜上,大部分来自宿主细胞膜。16二、病毒的增殖二、病毒的增殖特点:特点:o必须在易感的活细胞内进行。由宿主细胞提必须在易感的活细胞内进行。由宿主细胞提供病毒缺乏的酶系统、能量及原料和生物合供病毒缺乏的酶系统、能量及原料和生物合成的场所。成的场所。o
9、以以自我复制自我复制方式进行。以病毒基因为模板进方式进行。以病毒基因为模板进行核酸复制和蛋白质合成,再装配成子代病行核酸复制和蛋白质合成,再装配成子代病毒体。毒体。17(一)病毒的复制周期(一)病毒的复制周期o从病毒进入宿主细胞开始,经基因组复制,从病毒进入宿主细胞开始,经基因组复制,到最后释放出子代病毒,称为一个到最后释放出子代病毒,称为一个复制周期复制周期(replication cycle)。)。1.吸附吸附(Adsorption)2.穿入穿入(Penetration)3.脱壳脱壳(Uncoating)4.生物合成生物合成(Biosynthesis)5.装配与释放装配与释放(Assemb
10、ly and Release)18吸附吸附静电结合静电结合特异性结合特异性结合19穿入穿入吞饮吞饮无包膜病毒无包膜病毒核酸直接进入核酸直接进入无包膜病毒、无包膜病毒、噬菌体。噬菌体。20融合融合有包膜病毒有包膜病毒21脱壳脱壳病毒核衣壳进入细胞,经细胞溶酶体作用,蛋白病毒核衣壳进入细胞,经细胞溶酶体作用,蛋白衣壳被水解,释放出基因组核酸,并进入细胞的衣壳被水解,释放出基因组核酸,并进入细胞的一定部位。一定部位。22生物合成:生物合成:o早期阶段:基因转录、翻译,产生必须的早期阶段:基因转录、翻译,产生必须的复制复制酶酶和抑制细胞正常代谢的和抑制细胞正常代谢的非结构蛋白非结构蛋白(早期蛋(早期蛋
11、白);白);o晚期阶段:病毒核酸开始复制,产生病毒晚期阶段:病毒核酸开始复制,产生病毒结构结构蛋白蛋白(晚期蛋白)。(晚期蛋白)。o无完整病毒,不能用血清学方法检测,隐蔽期。无完整病毒,不能用血清学方法检测,隐蔽期。23分为分为7大类型:大类型:o双链双链DNA病毒病毒o单链单链DNA病毒病毒o单正链单正链RNA病毒病毒o单负链单负链RNA病毒病毒o双链双链RNA病毒病毒o逆转录病毒逆转录病毒o嗜肝嗜肝DNA病毒(病毒(DNA逆转录病毒)逆转录病毒)24双链DNA病毒(dsDNA)25o装配部位装配部位 DNA病毒病毒 细胞核内细胞核内 RNA病毒病毒 细胞质内细胞质内o成熟方式成熟方式o释放
12、方式释放方式 破胞释放破胞释放 出芽释放出芽释放 细胞间传播细胞间传播装配与释放装配与释放2627(二)病毒的异常增殖(二)病毒的异常增殖1.缺陷病毒缺陷病毒(defective virus)o由于病毒基因组不完整或某一基因位点改变,由于病毒基因组不完整或某一基因位点改变,不能单独复制出完整有感染性的病毒颗粒,称不能单独复制出完整有感染性的病毒颗粒,称为缺陷病毒。为缺陷病毒。o该病毒在复制时,需要伴随着另一种病毒以弥该病毒在复制时,需要伴随着另一种病毒以弥补缺陷病毒的不足,使之增殖出完整的病毒体。补缺陷病毒的不足,使之增殖出完整的病毒体。这种有辅助作用的病毒被称为辅助病毒。这种有辅助作用的病毒
13、被称为辅助病毒。oHDV与与HBVo腺病毒伴随病毒与腺病毒腺病毒伴随病毒与腺病毒282.顿挫感染顿挫感染(abortive infection)o由于宿主细胞不能为病毒提供复制的必要条由于宿主细胞不能为病毒提供复制的必要条件,导致进入的病毒不能复制出完整的具有件,导致进入的病毒不能复制出完整的具有感染性的病毒颗粒,称为顿挫感染。感染性的病毒颗粒,称为顿挫感染。o该细胞称为该病毒的非容纳细胞。该细胞称为该病毒的非容纳细胞。o人腺病毒人腺病毒 人胚肾细胞(容纳细胞)人胚肾细胞(容纳细胞)猴胚肾细胞(非容纳细胞)猴胚肾细胞(非容纳细胞)29三、病毒的干扰现象三、病毒的干扰现象o定义:两种病毒感染同一
14、种细胞时,常发生定义:两种病毒感染同一种细胞时,常发生一种一种V抑制另一种抑制另一种V复制的现象,称为复制的现象,称为干扰干扰现象现象。o类型:异种类型:异种V间干扰;间干扰;同种同种V间干扰间干扰 同型同型V间干扰;间干扰;同株同株V间干扰间干扰(自身干扰自身干扰)灭活病毒干扰活病毒灭活病毒干扰活病毒30o机制:机制:1.干扰素(干扰素(interferon,IFN)产生。)产生。2.竞争干扰:第一种竞争干扰:第一种V破坏细胞表面受体阻止破坏细胞表面受体阻止另一种另一种V的吸附和穿入。两种的吸附和穿入。两种V竞争同一底竞争同一底物或同一复制部位。物或同一复制部位。3.改变宿主细胞代谢途径。改
15、变宿主细胞代谢途径。4.阻止第二种病毒阻止第二种病毒mRNA的翻译。的翻译。5.缺陷干扰颗粒缺陷干扰颗粒(DIP)干扰同种正常病毒。干扰同种正常病毒。31o干扰现象的医学意义:干扰现象的医学意义:干扰现象能阻止、中断发病,也可以使感染终干扰现象能阻止、中断发病,也可以使感染终止,导致宿主康复。止,导致宿主康复。在使用疫苗预防病毒性疾病时,要注意疫苗病在使用疫苗预防病毒性疾病时,要注意疫苗病毒间的干扰和与野病株之间的干扰,避免影响毒间的干扰和与野病株之间的干扰,避免影响疫苗的免疫效果。疫苗的免疫效果。32四、病毒的遗传与变异四、病毒的遗传与变异o病毒的基因组较简单,基因数仅病毒的基因组较简单,基
16、因数仅3-10个,增殖个,增殖速度极快。速度极快。o为充分利用核酸,多种基因常以为充分利用核酸,多种基因常以互相重叠互相重叠的形的形式存在,即基因中的编码序列外显子之间有重式存在,即基因中的编码序列外显子之间有重叠。叠。o病毒基因转录与翻译在细胞内进行,其基因组病毒基因转录与翻译在细胞内进行,其基因组具有真核细胞基因组特征,含有内含子,具有具有真核细胞基因组特征,含有内含子,具有转录后的剪切和后加工过程。转录后的剪切和后加工过程。33(一)基因突变(一)基因突变o常发生基因组碱基序列置换、缺失或插入,引常发生基因组碱基序列置换、缺失或插入,引起基因突变。自发突变。起基因突变。自发突变。o物理因
17、素(紫外线或物理因素(紫外线或射线射线)或化学因素可诱)或化学因素可诱发突变。发突变。o由基因突变而导致病毒表型性状改变的毒株称由基因突变而导致病毒表型性状改变的毒株称为突变株。为突变株。o病毒空斑的大小、病毒颗粒形态、抗原性、宿病毒空斑的大小、病毒颗粒形态、抗原性、宿主范围、营养要求、细胞病变及致病性改变。主范围、营养要求、细胞病变及致病性改变。341条件致死性突变株条件致死性突变株 只能在某种条件下增殖,只能在某种条件下增殖,而在另一种条件下不能增殖的病毒株。而在另一种条件下不能增殖的病毒株。例:温度敏感性突变株例:温度敏感性突变株(ts):o 低温低温28-35(容许性温度容许性温度)复
18、制增殖复制增殖o 高温高温37-40(非容许性温度非容许性温度)死亡。死亡。o 具有毒力减弱,但免疫原性保持的特点,可制具有毒力减弱,但免疫原性保持的特点,可制备成较理想的活疫苗。例如:小儿麻痹糖丸,备成较理想的活疫苗。例如:小儿麻痹糖丸,甲肝病毒疫苗。甲肝病毒疫苗。352缺陷型干扰突变株(缺陷型干扰突变株(DIM)因病毒基因组中因病毒基因组中碱基缺失突变引起,所含核酸明显减少,并发碱基缺失突变引起,所含核酸明显减少,并发生结构重排,其特点:生结构重排,其特点:o可自然发生。可自然发生。高感染复制传代时发生。高感染复制传代时发生。o不能单独复制,必须在辅助病毒(通常是野毒不能单独复制,必须在辅
19、助病毒(通常是野毒株)存在时才能复制,并干扰野毒株的增殖;株)存在时才能复制,并干扰野毒株的增殖;o 与某些慢性疾病的发病机制有关。与某些慢性疾病的发病机制有关。363宿主范围突变株(宿主范围突变株(hr突变株)突变株)指病毒基因组指病毒基因组的改变,影响了对宿主细胞的感染范围,可感的改变,影响了对宿主细胞的感染范围,可感染野生型毒株不能感染的细胞,用于制备减毒染野生型毒株不能感染的细胞,用于制备减毒疫苗,如狂犬疫苗和麻风疫苗。疫苗,如狂犬疫苗和麻风疫苗。4耐药突变株耐药突变株 因编码病毒酶基因的突变,降低因编码病毒酶基因的突变,降低了病毒酶对药物的亲和力或作用,使病毒对药了病毒酶对药物的亲和
20、力或作用,使病毒对药物不敏感。物不敏感。37(二)基因重组与重配(二)基因重组与重配o重组重组(recombination):):两种两种有亲缘关系有亲缘关系的病毒感的病毒感染同一细胞时,发生基因染同一细胞时,发生基因重组,产生具有两个亲代重组,产生具有两个亲代特征的子病毒,并能继续特征的子病毒,并能继续增殖。增殖。o重组时病毒核酸则通过分重组时病毒核酸则通过分子断裂交叉连接,使核酸子断裂交叉连接,使核酸分子内部重新排列。分子内部重新排列。38o重配重配(reassortment):):分节段的分节段的RNA病毒病毒基因基因组之间(如流感病毒),组之间(如流感病毒),通过交换通过交换RNA节段
21、,使节段,使子代基因组发生变异,子代基因组发生变异,这种过程称为重配。发这种过程称为重配。发生率高于重组。生率高于重组。39(三)基因整合(三)基因整合o指病毒基因组与宿主细胞基因组的整合指病毒基因组与宿主细胞基因组的整合(integration)。)。o多种多种DNA病毒、逆转录病毒均有整合宿主细胞病毒、逆转录病毒均有整合宿主细胞染色体的特性。染色体的特性。o既可引起病毒基因的变异,也可引起宿主细胞既可引起病毒基因的变异,也可引起宿主细胞染色体基因的改变,导致肿瘤的发生。染色体基因的改变,导致肿瘤的发生。40(四)病毒基因产物的相互作用(四)病毒基因产物的相互作用 两种病毒感染同一细胞时,可
22、发生病毒基因两种病毒感染同一细胞时,可发生病毒基因产物的相互作用,产生子代病毒的表型变异。产物的相互作用,产生子代病毒的表型变异。1.互补作用(互补作用(complementation)和加强作)和加强作用用 两种病毒感染同一细胞时,其中一种病毒的两种病毒感染同一细胞时,其中一种病毒的基因产物促使另一病毒增殖。基因产物促使另一病毒增殖。野生株与缺陷病毒或灭活病毒之间,甚至两野生株与缺陷病毒或灭活病毒之间,甚至两种缺陷病毒之间,产生感染性子代病毒。种缺陷病毒之间,产生感染性子代病毒。412.表型混合与核壳转移表型混合与核壳转移 两种病毒感染同一细胞时,两种病毒感染同一细胞时,o一种病毒的子代核酸
23、被另一病毒所编码的衣壳一种病毒的子代核酸被另一病毒所编码的衣壳或包膜包裹,发生耐药性或细胞亲嗜性的改变,或包膜包裹,发生耐药性或细胞亲嗜性的改变,仅基因产物发生交换仅基因产物发生交换表型混合;表型混合;o无包膜病毒发生的表型混合无包膜病毒发生的表型混合核壳转移。核壳转移。o获得的新性状不稳定,经细胞传代后可恢复为获得的新性状不稳定,经细胞传代后可恢复为亲代表型。亲代表型。o应通过传代确定新性状的稳定性,区分是基因应通过传代确定新性状的稳定性,区分是基因重组还是表型混合。重组还是表型混合。42五、理化因素对病毒的影响五、理化因素对病毒的影响o病毒受理化因素作用后,失去感染性称灭活病毒受理化因素作
24、用后,失去感染性称灭活(inactivation)。)。o灭活的病毒仍能保留其他特性,如抗原性、灭活的病毒仍能保留其他特性,如抗原性、红细胞吸附、血凝及细胞融合等。红细胞吸附、血凝及细胞融合等。43一、物理因素一、物理因素1.温度:多耐冷不耐热;温度:多耐冷不耐热;大多数病毒大多数病毒5060 30分钟即灭活。分钟即灭活。热使衣壳蛋白、包膜蛋白变性,病毒不热使衣壳蛋白、包膜蛋白变性,病毒不能吸附宿主细胞。复制酶被破环。能吸附宿主细胞。复制酶被破环。2.pH:多在:多在pH5-9的范围内,比较稳定;的范围内,比较稳定;3.射线和紫外线:射线和紫外线:射线:致死性灭活;射线:致死性灭活;紫外线:灭
25、活后可复活紫外线:灭活后可复活(光复活光复活)。44二、化学因素二、化学因素1.脂溶剂:有包膜病毒敏感,乙醚作用最佳脂溶剂:有包膜病毒敏感,乙醚作用最佳2.酚类:蛋白变性酚类:蛋白变性3.氧化剂、卤素及其化合物:病毒都很敏感氧化剂、卤素及其化合物:病毒都很敏感4.抗生素与中草药:抗生素与中草药:抗生素:无作用;抗生素:无作用;中草药:板蓝根、大青叶、大黄、黄芪等有中草药:板蓝根、大青叶、大黄、黄芪等有 一定的抑制作用;一定的抑制作用;45o94个科,个科,22个亚科,个亚科,395个属个属o分类的依据分类的依据1核酸类型与结构(核酸类型与结构(DNA或或RNA,单链或双链、分子量、,单链或双链
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