第四章 病毒基因组
第四章 病毒的增殖(1)
病毒受体的特点: ▲宿主特异性:如猪瘟病毒只感染猪
HIV
▲细胞特异性:如牛白血病毒只感染牛的B淋巴细胞
▲病毒的特异性:不同科属的病毒在同一细胞上有不同的受体
2-病毒的增殖过程
侵入与吸附是一个连续过程 目前发现病毒侵入细胞有3种方式： ①病毒直接转入：
小RNA病毒、肠道病毒及鼻病毒。 心病毒和口蹄疫病毒由于衣壳相对疏松， “A”粒子在穿过胞膜时，被彻底裂解，结果以 RNA及12～14S蛋白亚单位形式释入胞浆。
7.内质网
8.高尔基体 9.糖蛋白合成
10.装配
11
病毒在细胞内的感染过程中，细胞内合成的病毒成分有时不 能装配成完整的病毒粒子，这种现象称为不全增殖。 缺损病毒——病毒往往由于病毒基因组缺乏一个或一个以上 病毒复制过程中较为重要的基因，导致病毒复制不能正常进 行。 缺损病毒具有下列5种形式。 (1) 依赖辅助病毒的缺损病毒： 大多数病毒均可产生这类缺损病毒。常指的DI(de-fective interfering) 病毒粒子，就属这种形式。 DI 病毒的基因缺陷 程度差异较大，最高时可达90％。 在有辅助病毒感染的情况下， DI 病毒缺陷基因的产物能在 辅助病毒增殖过程中得到补偿。
4-亚病毒
1982年普什纳（Prusiner）证明引起羊搔痒病的病原是一种分 子量为27kDa的蛋白质，他称之为蛋白侵染子（Prion）或朊病 毒，感染后引起亚急性海绵样脑病的中枢神经系统疾病。
目前至少有6种人和动物的慢性病与此有关，如人的库鲁病 (Kuru) 和克-雅氏病(Creutzfeldt-Jakob)以及羊的痒疫、貂的传 染性脑病和近年发现的牛海绵状脑病(又称疯牛病)、鹿的搔痒病 等。
3-病毒的不全增殖和缺损病毒
缺损病毒在许多情况下，对正常病毒的感染起干扰作用。 缺损病毒主要有下列几方面生物学意义： (1) 基因转移与表达： 缺损的乳多空病毒和腺病毒，经常携带的少量宿主细胞基因 转移给另一些细胞，并且有所表达。 (2) 毒力调节： 尤其是DI粒子和卫星病毒，具有明显的干扰完整病毒复制的 作用，起着减弱完整病毒感染力的作用。 乳鼠长期被呼肠孤病毒感染后，体内具有大量缺损病毒，显 然是机体对病毒感染的一种抵抗形式的产物。 (3) 病毒与宿主的进化： 缺损病毒转化的细胞，已将病毒的插入基因作为自身成分代 代相传。同样，许多病毒携带部分细胞基因，继续传给子代 病毒。 病毒与细胞这种基因互用无疑在病毒和宿主的进化上起着重 要作用。
微生物学第四章
第四章病毒名词解释：毒粒：病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染形式卫星病毒：是寄生于与之无关的辅助病毒的基因产物的病毒。
朊病毒：又称“普利昂”或蛋白侵染子，是一类不含核酸和传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而使宿主致病。
类病毒：一类只含RNA一种成分，专性寄生在活细胞内德分子病原体。
噬菌斑：噬菌斑在菌苔上形成的“负菌落”。
枯斑：植物病毒在植物叶片上形成的枯斑。
空斑：由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的。
病毒的感染单位：能够引起宿主或细胞一定特异性反应的病毒最小剂量。
病毒的效价：表示每毫升式样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数。
半数效应剂量：以实验单元群体中的半数个体出现某一感染反应的病毒剂量来确定病毒样品的效价。
血凝抑制实验：根据特异性的病毒抗体与病毒表面有血凝活性的蛋白质结合，可抑制病毒血细胞凝集反应的实验。
中和抗体：能抑制相应抗原的生物学活性的特异性抗体。
包膜：有些复杂的病毒，其核衣壳外还被一层蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖着，这些膜就是包膜。
一步生长曲线：定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。
增值性感染：这类感染发生在病毒能在其体内完成复制循环的允许细胞内，并以有感染性子代产生为代表。
非增殖性感染：这类感染由于病毒或是细胞的原因，致使病毒的复制在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻，结果导致病毒感染的不完全循环。
流产感染：是一类普遍发生的非增殖性感染，有①依赖于细胞的流产感染：病毒感染的细胞是病毒在其内不能复制的非允许细胞②依赖于病毒的流产感染：由基因组不完整的缺损病毒引起的。
限制性感染：因细胞的瞬时允许性产生的，其结果或是病毒持续存在于受染细胞内不能复制，直到细胞成为允许细胞，病毒才能繁殖，或是一个细胞群体中仅有少数细胞产生病毒子代。
潜伏感染：是受染细胞内有病毒基因组持续存在，但无感染性病毒颗粒产生，而且受染细胞不会被破坏。
分子生物学本5-病毒基因组特点及功能
连接点的数量随细菌生长状况和不
同的生活周期而异
在 DNA链上，与 DNA 复制、转录
有关的信号区域与细胞膜优先结合
大肠杆菌模式图
细菌染色体基因组结构的特点（三）
3. 具有操纵子结构： 结构基因为多顺反子，若干个功能 相关的结构基因串联在一起，受同 一个调节区的调节，可以一起转录 为含多个mRNA的分子 数个操纵子还可以由一个共同的调 节基因（ regulatorygene ）即调节 子（regulon）所调控
外壳蛋白（或被膜）的功能是
• 识别和侵袭特定的宿主细胞
• 保护病毒基因组不受核酸酶的破坏
病毒基因组的结构特点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8.
病毒基因组基因组很小，且大小相差较大 病毒基因组可以由DNA组成，或由RNA组成 多数RNA病毒的基因组是由连续的RNA链组成 基因重叠 基因组的大部分可编码蛋白质，只有非常小的 一部份不编码蛋白质 形成多顺反子结构 病毒基因组都是单倍体（逆转录病毒除外） 噬菌体（细菌病毒）的基因是连续的，而真核 细胞病毒的基因是不连续的
三、细菌基因组结构与功能
细菌染色体基因组结构的特点（一）
1. 形成类核（nucleoid）：
由一条环状双链 DNA 分子组成细 菌的染色体，并相对聚集在一起， 形成一个较为致密的区域
类核无核膜与胞浆分开，类核的中 央部分由RNA和支架蛋白组成，外 围是双链闭环的DNA超螺旋
细菌染色体基因组结构的特点（二）
2. 病毒基因组只有一种核酸组成：DNA 或RNA
乳头瘤病毒 腺病毒 脊髓灰质炎病毒 呼肠孤病毒
基因组 DNA DNA RNA RNA
病毒基因组的结构和生物学特点
病毒基因组的结构和生物学特点病毒是一类由蛋白质壳和核酸组成的微生物，它的寄生生活方式是寄生在细胞内，寄生对象包括细菌、病毒和真核生物中的细胞。
病毒作为一类常见的人类病原体，与许多传染性疾病、癌症等疾病存在着密切的联系。
病毒基因组的结构和生物学特点是未来研究病毒学领域的重要热点，在此我们简单介绍其相关内容。
一、病毒基因组结构病毒基因组的结构复杂多样，一般分为DNA和RNA两种类型。
病毒基因组大小和结构也不同，一般来说，DNA病毒的基因组大小在几千到几十万碱基对，而RNA病毒的基因组大小通常为几千到几万碱基对。
病毒基因组的结构也可分为一条或多条分子，长度可为数千碱基对至300,000碱基对。
此外，病毒基因组还可能为环形、线性或分散型，或以某种方式整合到宿主染色体中。
二、病毒基因组的生物学特点病毒基因组的生物学特点是研究病毒学的前提，其主要特点如下：1. 编码的蛋白质数量有限病毒基因组的大小有限，病毒编码的蛋白质数量也相对较少。
一般来说，一个细菌或一个真核细胞可以编码数百个蛋白，而大多数病毒只编码几个到数十个蛋白。
2. 基因重叠为减少基因数量，一些病毒的基因可能会存在重叠现象。
即一个基因在转录和翻译过程中可以编码两个或多个不同的蛋白，这种方案可以有效压缩病毒基因组，提高了复制效率，但同时也增加了基因识别和解析的难度。
3. 病毒的寄生繁殖病毒需要寄生在细胞内才能完成复制。
先通过病毒抗原与宿主细胞表面的受体结合，然后病毒核酸或整个病毒进入宿主细胞内，利用宿主细胞的生物合成机制合成自己的蛋白和核酸，最终释放出新的病毒颗粒。
4. 病毒的变异和临床表现的多样性病毒的基因组在复制时容易出现变异，从而导致病毒之间的巨大差异，其临床表现具有多样性。
如同一类型的病毒，在不同的宿主内感染后，会表现出不同的临床特点，这也是病毒致病机理的难点。
5. 对于病毒的反应较少目前还没有对所有类型的病毒都能掌握有效的治疗或预防手段。
病毒的长期寄生、变异、繁殖和存在于宿主内的多种方式，使得病毒致病机制异常复杂，因此对病毒感染的治疗和预防也相应变得越发困难。
第四章：病毒的命名和分类
二.病毒的命名规则
(一)一般规则: 一般规则:
1.病毒的分类和命名应是国际性的,应普遍 .病毒的分类和命名应是国际性的, 适用于所有病毒; 适用于所有病毒 2. 通用的病毒分类系统采用目,科,亚科, 通用的病毒分类系统采用目 亚科, 属和种的等级制度, 属和种的等级制度 , 在种的命名尚不完善 的情况下, 许多病毒可用国际通用的俗名. 的情况下 , 许多病毒可用国际通用的俗名 .
型别/分离地点 分离序号 分离时间( 年代) 型别 分离地点/分离序号 分离时间 ( 年代 ) 分离地点 分离序号/分离时间 (血凝素和神经氨酸酶序号) 血凝素和神经氨酸酶序号) e.g A/Hongkong/1/68(H3N2) ( ) A/京科 京科/1/56(H1N1) 京科 ( ) H:hemagglutinin 血凝素 : N:neuraminidase 神经氨酸酶 :
7.在细胞培养中的生长特性
对细胞种类的特异性; 对细胞种类的特异性; 病毒蛋白的聚集场所; 病毒蛋白的聚集场所; 病毒粒子的装配场所; 病毒粒子的装配场所; 病毒粒子成熟和释放的部位和性质. 病毒粒子成熟和释放的部位和性质.
8.抗原性
与其他相关病毒的血清学关系
9.生物学特性
自然宿主范围,传播方式,传播介体, 自然宿主范围,传播方式,传播介体,地理 分布,致病性及与疾病的关系; 分布,致病性及与疾病的关系; 组织嗜性和组织病理学. 组织嗜性和组织病理学.
10.不使用上标,下标,连字符,斜杠和希腊字 .不使用上标,下标,连字符, 母. 11.新名称不应与已通过的名称有重复,应选用 .新名称不应与已通过的名称有重复, 与正在使用的或过去使用的名称不相近的名称. 与正在使用的或过去使用的名称不相近的名称. 12.如果缩拼词对病毒学家有意义,且得到公认 .如果缩拼词对病毒学家有意义, 的国际专家组的推荐,可以接受作为类的名称. 的国际专家组的推荐,可以接受作为类的名称.
病毒基因组
病毒基因组的预测方法
• 基因预测软件：如：GeneMark、Glimmer等
• 非编码RNA预测软件：如：RNAscan、findRNA等
• 重复序列预测软件：如：RepeatMasker、TRF等
病毒基因组的实验技术与应用
病毒基因组的实验技术
• 基因克隆：将病毒基因克隆到宿主细胞中，研究病毒基因的功能
RNA病毒基因组
• 以单链或双链RNA为遗传物质
• 基因组大小差异较大，从几千到几十万个核苷酸不等
• 如：冠状病毒、流感病毒、丙肝病毒等
⌛️
逆转录病毒基因组
• 以单链RNA为遗传物质，需通过逆转录酶转录成DNA
• 基因组大小一般为几万个核苷酸
• 如：人类免疫缺陷病毒、白血病病毒等
病毒基因组的组成元素及其功能
病毒基因组与病毒性疾病诊断的关系
病毒基因组在病毒性疾病诊断中的应用
病毒基因组在病毒性疾病诊断中的意义
• 基于病毒基因组的检测技术：如：PCR、qPCR、基因芯
• 提高病毒性疾病诊断的准确性：通过病毒基因组检测，
片等
准确识别病毒类型
• 基于病毒基因组的诊断方法：如：病毒基因分型、病毒
• 提高病毒性疾病诊断的敏感性：通过病毒基因组检测，
病毒基因组变异对病毒致病性的影响
• 病毒毒力：变异可能导致病毒毒力的改变，如：增强或减弱
• 病毒潜伏期：变异可能影响病毒在宿主体内的潜伏期
• 病毒致病谱：变异可能导致病毒致病谱的改变，如：引起新的疾病或影响已有疾病
的严重程度
03
病毒基因组的研究方法与技术
病毒基因组的测序技术与策略
病毒基因组的测序技术
• 病毒基因组重组：病毒基因组在复制过程中发生重组
第四章 病毒和亚病毒
dsRNA病毒
+ssRNA病毒
-ssRNA病毒
逆转录病毒
亚病毒因子
第二节 病毒的形态和结构
病毒的大小
病毒的形态
3类典型形态的病毒
及代表 病毒的化学组成
一、病毒的大小
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。
1971后：陆续发现了各种亚病毒——类病毒、朊病毒和 拟病毒。
一、病毒的特点和定义
病毒区别于其他生物的主要特征 ：
形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般可 通过细菌滤器； 无细胞构造，其主要成分仅是核酸和蛋白质两种； 每一种病毒只含有一种核酸； 既无产能酶系也无蛋白质合成系统，需借助宿主细胞的 合成酶进行增殖，不存在个体生长和二均等分裂等细胞 繁殖方式； 在宿主的活细胞内专性寄生； 在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可 形成结晶； 对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
★ 测定大小的单位是纳 米（10－9)，多数病毒的 直径在100nm以下（10200nm） ★ 绝大多数病毒能通过 细菌滤器 ★ 须用电镜才能观察到 其具体形态和大小 A、E.coli噬菌体(65×95nm) B、腺病毒(70nm) C、脊髓灰质炎病毒(30nm) D、乙脑病毒(40nm) E、蛋白分子(10nm) F、流感病毒(100nm) G、烟草花叶病毒
病毒是一种比较原始的、有生命特
征的、能自我复制和专性寄生细胞 内的非细胞生物。
第四章：病毒
Receptor S合成。 噬菌体核酸进入宿主细胞后，会控制宿主细 胞的合成系统，然后以噬菌体核酸中的指令 合成噬菌体所需的核酸和蛋白质。
病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病 毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和 核酸。
④装配：DNA分子的缩合——通过衣壳包裹DNA而形 成头部——尾丝及尾部的其它部件独立装配完成—— 头部与尾部相结合——最后装上尾丝，至此，一个个 成熟的形状、大小相同的噬菌体装配完成。
有助于分子生物学研究。分子生物学和基因工程中 使用的工具酶和载体很多来源于病毒。 禽肿瘤病毒的反转录酶、噬菌体T4产生的T4 DNA 聚合酶、T4 连接酶、T4 和T4多核苷酸激酶等是基 因工程上的重要工具酶。
第二节：病毒的结构与增殖
一、病毒的概念
病毒是形体微小，没有细胞结构，专性活 主寄生，只含有一种核酸，可以通过细菌 过滤器的一类生物的统称。
引起人体发生多种不可治愈的感染和肿瘤， 最后导致被感染者死亡的一种严重传染病。
传播途径： 1、性接触传播 2、血液传播 3、母婴传播
12月30日下午，胡锦涛和其来到北京佑安医 院和艾滋病人握手 鼓励患者战胜病魔 。
桂希恩，武汉大学中南医院教授1999年对河南艾滋病村的发现震 惊中国，震惊世界。他因此获得“贝利—马丁奖”
3. 坏死斑 一些植物病毒会在植物组织上形成坏死斑。
第三节：病毒的研究方法
4. 血凝现象及干扰现象 血凝现象：带有血凝素的病毒能凝聚一定种类不 同动物或禽类的红细胞。 干扰现象：两种不同的病毒同时或先后感染同一 宿主细胞时，一种病毒抑制另外一种病毒增殖现 象。 5.其它方法 电镜技术 热、紫外线、脂溶剂等对病毒感染性作用。 免疫学 分子杂交、序列测定、PCR技术。
第四章 病毒的吸附侵入与脱壳
在膜融合过程中，病毒包膜和细胞膜都会发生一定 的变化，如细胞膜的流动性改变；在病毒包膜糖蛋 白的影响下，细胞膜上一些蛋白分子产生聚集，主 要是病毒受体迁移形成受体位点或受体区；细胞膜 上的脂质分子重排以及病毒包膜和细胞膜脂质分子 发生交换。
四. 直接侵入
病毒直接侵入的方式大致可分为三种类型：
侵入是感染的第二阶段。
所谓病毒侵入是指病毒通过不同方式进入宿主细胞 的过程。 有4种不同的方式：注射式、细胞内吞、膜融合以 及其他特殊的侵入方式。
一.注射式侵入
一般为有尾噬菌体的侵入方式。当有尾噬菌体侵入 时，它往往通过其尾部收缩将衣壳内的DNA基因注
入宿主细胞内，T偶数噬菌体如T2、T4就是以这种 方式进入细胞的。
3.影响病毒吸附的环境因素
病毒吸附过程除了受病毒的吸附蛋白和特异性的
细胞受体带电荷状态和分子结构影响外，还受许 多环境吸
附效率也越高，主要是由两个方面的因素引起：
A. 温度越高，病毒吸附蛋白与细胞受体之间的碰
撞次数愈多，病毒粒子在细胞表面吸附的机会也越 大；
病毒3型的受体为肾上腺素受体。
2.细胞受体位点
概念:是指由一个或几个受体单位组成，并能有效 地结合一个病毒粒子的细胞表面结构称为细胞受体
位点。由于病毒细胞受体位点往往是由几个受体单 位构成，因而受体位点的结合特性是多价的，并且 对病毒粒子的结合力远远大于细胞受体单位。
(1)受体位点是通过受体单位与病毒吸附蛋白分子
(2)也有一些无包膜病毒的脱壳不是一步完成的， 如呼肠孤病毒粒子具有双层衣壳，当病毒经细胞内 吞作用进入细胞后，首先被溶酶体中的酶水解脱掉 外衣壳，形成中间次病毒颗粒（ISVP），然后ISVP 进一步脱壳生成病毒核心。
中科院考研851微生物学笔记第四章病毒与亚病毒
非细胞生物：分为病毒和亚病毒两大类。
其中亚病毒又分类病毒、拟病毒/卫星与朊病毒；拟病毒又细分为卫星病毒和卫星核酸；朊病毒分颈椎动物与真菌朊病毒。
一、病毒（virus）/病毒粒子/病毒颗粒1、定义：指一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。
2、特点：①不具细胞结构；②只含一种类型的核酸作为遗传信息载体（DNA 或RNA）；③以复制方式繁殖，不能在无生命的培养基中增殖；④缺乏完整的酶系统和能量合成系统，不含有功能性核糖体或其他细胞器；⑤严格的细胞内寄生；⑤对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
3、宿主范围：病毒具有宿主专一性，病毒识别蛋白/反受体（VAP）是一种毒粒表面的结构蛋白分子，可以特异性识别宿主细胞受体并与之结合。
由此病毒可分为噬菌体、植物病毒、动物病毒。
4、形态结构：（个体微小，单位常以nm表示）1）病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。
核酸位于它的中心，称为核心或基因组, 蛋白质包围在核心周围，形成衣壳。
衣壳是由许多壳粒所构成。
核心和衣壳合称核衣壳①衣壳/蛋白质外壳/壳体：指由蛋白质亚基或颗粒排列形成的有规则的壳样结构，是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作用。
②壳粒：由一种或几种病毒蛋白形成的寡聚体，通常为5聚体或6聚体。
③核衣壳/核壳体：指衣壳与病毒核酸结合而成的复合物，无包膜病毒的核衣壳就是病毒体④包膜：指围绕核衣壳的双层脂质膜，由脂类、蛋白质和寡聚糖组成。
有的包膜上还长有刺突等附属物。
包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性和侵入等功能有关。
2）壳体结构：①螺旋对称壳体（如烟草花叶病毒TMV、狂犬病毒）；②二十面体对称壳体（如腺病毒、脊髓灰质炎病毒）；③复合对称壳体（如痘病毒、大肠杆菌T偶数噬菌体）5、化学组成：主要是核酸和蛋白质，包膜蛋白和某些裸露蛋白还有类脂和糖类等1）核酸：病毒核酸有四种存在类型：双链DNA（dsDNA）、单链DNA（ssDNA）、双链RNA（dsRNA）、单链RNA（ssRNA）；除dsRNA外其他均有环形和线性之分，单链还有正链和负链的极性之分2）蛋白质：包括结构蛋白（衣壳蛋白、包膜蛋白）和非结构蛋白（病毒基因组编码，在复制表达调控中有一定功能，但不结合与病毒颗粒中的蛋白质）✦毒粒酶：参与病毒感染复制的酶，分为①参与病毒侵入、释放等过程（如T4的溶菌酶）；②参与病毒大分子合成（如逆转录病毒的逆转录酶）3）脂类：主要存在于包膜，以磷脂和胆固醇为主4）糖类：核糖/脱氧核糖、糖蛋白、糖脂等二、典型病毒:病毒主要分为三类：噬菌体、动物病毒、植物病毒●噬菌体：是原核微生物的病毒，包括噬细菌体、噬放线菌体、噬蓝细菌体。