第三章 非细胞型微生物—病毒和亚病毒
1898年荷兰人贝哲林克（Beijerinck）认为烟草花叶病的感染因子是比细菌小的有传染性的活的液体，并起名为病毒（virus）。
非细胞型生物特点：非细胞的大分子—分子生物；细胞内的生物态和细胞外的非生物态—“生活周期”；只含一种甚至没有核酸。
第一节 病毒
病毒的概念：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。
即在宿主体内呈感染态（活细胞内专性寄生），依赖宿主的代谢系统获取能量、合成蛋白质和复制核酸，再通过核酸与蛋白质的装配而实现其大量繁殖；在离体条件下，能以无生命的生物大分子长期存在，并可保持其侵染活性。
一形态构造和化学成分
成熟的，结构完整的，具有感染性的单个病毒称作病毒粒或病毒体(virion),也称病毒粒子或病毒颗粒（virus particle）。
（一）大小和形态
病毒的直径一般为100nm上下（20～200 nm）(1 nm = 10-3 μm)，最大的痘苗病毒约300nm，脊髓灰质炎病毒仅28nm。
粗略认为病毒、细菌和真菌这三类微生物个体直径比约为1：10：100。大多数病毒呈球形或近似球形，杆状，少数砖块状、子弹状，丝状，噬菌体可呈蝌蚪状。
（二） 组 成 （参考课本P65图）
1 核酸
核酸组成各种病毒的核心。一种病毒只含有一种类型的核酸，DNA或RNA 。
核酸可以是单股的，可能是双股的；可以是线状的，也可以是环状的。大多数病毒粒子中只含有一个核酸分子。少数 RNA 病毒含 2 个或 2 个以上的核酸分子，它们一起构成病毒的基因组，如流感病毒。
病毒核酸 ( 基因组 ) 储存着病毒的遗传信息，控制着其遗传变异、增殖和对宿主的感染性等。病毒核酸类型多样，是病毒系统分类中最可靠的分子基础。
2 壳体(caspsid)
即衣壳，是指围绕病毒核酸并与之紧密相连的蛋白质外壳，它由许多衣壳粒 (capsomere) 组成。衣壳粒是指在电子显微镜下可以辨认的组成壳体的形态学亚单位，由一个或多个多肽分子组成。
壳体的作用是构成病毒粒子主要支架结构和抗原成分，保护病毒核酸，决定病毒感染的特异性等。
3 包膜 (envelope)
也称囊膜。指包被在病毒核壳体外的一层含蛋白质或糖蛋白的脂质双层膜。囊膜表面往往具有突起物，称刺突 (spike) 。囊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。
（三） 病毒的对称体制及其典型代表
根据衣壳粒排列方式的不同将病毒分为三种对称类型：
1 螺旋对称
衣壳粒沿着螺旋形的核酸链对称排列，TMV (tabacoo mosaic virus) 是其代表。
TMV外形呈直杆状，长300nm，宽15nm，中空（内径4nm）。由95%的衣壳蛋白和5%的ssRNA组成。衣壳含有2130个皮鞋状的蛋白亚基——衣壳粒。衣壳粒以逆时针方向绕核酸作螺旋状排列，共围130圈。ssRNA由6390个核苷酸构成，以等螺距排列于蛋白质衣壳内，每3个核苷酸与1个衣壳粒结合。
2 20面体对称
核酸浓集成球形或近似球形，外周的衣壳粒排列成20面体对称。腺病毒(adenovirus)是其代表。
腺病毒外形呈“球状”，实为一典型的20面体，直径70～80nm，具有12个角，20个面和30条棱。核心由36500bp的线状dsDNA构成。
3 复合对称 （参考课本P67图）
病毒结构较复杂，既有螺旋对称又有20面体对称。E.coli T 偶数噬菌体（T2、T4、T6）是其代表。
T4噬菌体由头部、颈部和尾部三部分构成，呈蝌蚪状。头部呈椭圆形20面体对称，长95nm，宽65nm，由212个衣壳粒组成，衣壳内有线状dsDNA核心，由175000bp构成。头相联处有一简单的颈部，包括颈环和颈须。尾部呈螺旋对称，由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝组成。
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（四） 病毒的群体形态
1 包涵体 (inclusion body)
是指在某些感染病毒的宿主细胞中,出现光镜下可见的大小、形态和数量不等的小体。根据包涵体特点，将其分为4类：病毒的聚集体；病毒的合成部位；病毒蛋白及病毒感染有关的蛋白；非病毒性包涵体。
包涵体在实践上的应用：①病毒病的辅助诊断；②昆虫生物防治。
2 噬菌斑(plaque)
将少量噬菌体和大量敏感细菌与琼脂培养基在平皿中混匀，适温下培养数小时后，会在长满细菌的菌苔上出现一个个肉眼可见的有一定形状、大小、边缘和透明度的斑点，即噬菌斑。
二 原核生物的病毒———噬菌体
噬菌体(bacteriophage, phage) ，即原核生物的病毒，包括噬细菌体(bacteriophage) 、噬放线菌体和噬蓝细菌体等。它们广泛分布于自然界，凡有原核生物活动之处，几乎都有其相应的噬菌体存在。
（一） 噬菌体的形态（参课本P68，了解）
（二） 噬菌体的繁殖
噬菌体的繁殖一般分为五个阶段：吸附、侵入、增殖（复制和生物合成）、成熟（装配）和裂解（释放）。凡在短时间内能连续完成这五个阶段而实现其增殖的噬菌体，称烈性噬菌体(virulent phage)，反之则称温和噬菌体(temperate phage)。
1 吸附 噬菌体侵染寄主细胞的第一步为吸附。敏感的细菌细胞表面具有噬菌体吸附的特异性受体。一种细菌可以被多种噬菌体感染，这是因为宿主细胞表面对各种噬菌体有不同的吸附受体。吸附过程也受环境因子的影响，如 pH 、温度、离子浓度等都会影响到吸附的速度。
2 侵入 即注入核酸。
3 增殖包括核酸的复制和蛋白质的合成。
4 成熟 或装配
5 裂解或释放
裂解量(burst size)：平均每一宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体数量。
自外裂解 ：由于大量噬菌体吸附于同一宿主细胞表面并释放大量溶菌酶而从外部裂解细胞，不产生子代噬菌体的裂解。
（三） 噬菌体效价的测定
效价(titre, titer)，表示单位体积试样中所含的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位(plaque-forming unit, pfu)或感染中心数。常用双层平板法测定。
（四） 一步生长曲线（参考课本P72－73）
定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称一步生长曲线或一级生长曲线(one step growth curve)。它可反应每种噬菌体的3个重要特征参数——潜伏期(latent phase)、裂解期(rise phase)和裂解量(burst size)。
1 潜伏期
指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个成熟噬菌体粒子装配前的一段时间。
潜伏期又可分为两段：隐晦期，指在潜伏期前期人为的用氯仿等裂解宿主细胞后，此裂解液仍无侵染性的一段时间；胞内累积期，指即潜伏后期，在隐晦期后，人为地裂解细胞后，其裂解液已呈现侵染性的一段时间。
2 裂解期
在潜伏期后的宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子数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，溶液中噬菌体效价达到最高点的时期。
4 裂解量
平均裂解量= 平稳期plaque数 / 潜伏期plaque数
(五) 溶源性（lysogeny）
是温和噬菌体侵入宿主细胞后产生的一种特性，又称溶源现象。
1 温和噬菌体(temperate phage)
凡吸附并侵入宿主细胞后，噬菌体的基因组只整合到宿主的基因组上，并可长期随宿主基因组的复制而进行同步复制，一般情况下并不引起宿主细胞裂解的噬菌体称温和噬菌体或溶源噬菌体(lysogenic phage)。
温和噬菌体的特点：①dsDNA；②具有整合的能力——处于整合态的噬菌体称前或原噬菌体（prophage）；③ 同步复制能力。
温和噬菌体的存在形式：① 游离态；②整合态；③营养态。
2 溶源菌 (lysogen or lysogenic bacteria)
指在基因组上整合有前噬菌体并能正常复制而不被裂解的细菌，如E.coli K12(λ)。
温和噬菌体感染细菌使之成为溶源菌的过程，称溶源化(lysogenization)。
溶源菌的特性：① 自发裂解；② 诱导 ，又称诱发裂解；③ 免疫性，又称超感染免疫性等；④ 复愈，又称非溶源化；⑤ 溶源转变。
三、人类免疫缺陷病毒（HIV）简介
HIV—Human Immunodeficiency Virus，是获得性免疫缺陷综合症（Acquired Immune Deficiency Syndrome，AIDS）即艾滋病的病原物。
1983年6月法国巴斯德研究所的巴雷-西诺希(Françoise Barré-Sinoussi)和路克-蒙塔尼(Luc Montagnier)首次从一例慢性淋巴腺病的男性同性恋病人的淋巴结中分离到一株新的逆转录病毒—艾滋病病毒，当时称淋巴腺病相关病毒，他们也因此获得2008年年诺贝尔生理学或医学奖。
1986年7月25日，世界卫生组织（WHO）发布公报，国际病毒分类委员会会议决定，将艾滋病病毒改称为人类免疫缺陷病毒（ HIV）。
HIV主要有两种类型:HIV-1和HIV-2，两者核苷酸序列相差超过40%， 绝大多数艾滋病由HIV-1所致。
12月1日 World AIDS Day
1 形态构造 （参考课本p75）
HIV(1型)呈球形，直径为100～120nm。最外层是脂蛋白包膜，其中嵌有gp120和gp41两种病毒特异的糖蛋白。前者构成包膜表面的刺突，后者为跨膜蛋白。病毒内部为20面体对称核衣壳，内含病毒RNA、核衣壳蛋白、逆转录酶、整合酶和蛋白酶。HIV基因组由2条相同的正链RNA在5′端通过氢键互相连接成二聚体。基因组全长9700b。
2 侵染过程
HIV进入人体后主要侵染CD4+的T淋巴细胞和单核巨噬细胞亚群。细胞表面的CD4+分子是HIV的主要受体。另需辅助受体CCR5协助才能使病毒包膜与细胞膜产生有效的融合。
本章思考题：
1.名词解释：病毒粒子、衣壳、包涵体、cfu和pfu、烈性噬菌体、温和噬菌体、溶源转变、溶源菌、溶源性、一步生长曲线、自外裂解、裂解量、前噬菌体、亚病毒、朊病毒。
2.非细胞型微生物有何特点，主要包括哪些类型？
3.举例说明真病毒对称体制有哪些？
4.比较烈性噬菌体与温和噬菌体的生活周期。
5.简述一步生长曲线的主要内容及其生物学意义。
6.比较类病毒、拟病毒和朊病毒的特点。
7.图示T4 phage的形态结构。
