病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與分類2016版

1、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與分類,課程內(nèi)容,病毒概念(concept)病毒大小(size)病毒結(jié)構(gòu)(structure)病毒形態(tài)(morphology)病毒命名(nomenclature)病毒分類(classification)參考資料與思考題目,病毒-virus,沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，專性寄生在活的敏感宿主體內(nèi)，可通過細(xì)菌濾器，一般在0.2μm以下的超微小微生物，須在電鏡下觀察。,病毒與其他微生物的比較,病毒大小以nm計(jì)，動(dòng)物病毒以痘病毒最大

2、，為100*200*300nm。口蹄疫病毒最小，直徑為10nm。植物病毒以馬鈴薯Y病毒最大，為750*12nm，南瓜花葉病毒最小，為22nm。,1. 病毒的大小,Science. 2010 Aug 27;329(5995):1071-5.Crystal structure of human adenovirus at 3.5 A resolution.,150nm 大型病毒,納米(nanometer)

3、 :10-9m, 10-3?m埃米(Angstrom):10-10m,,,,,,,,,,,,,,,葡萄球菌(1000nm）,,,,,,,,,牛痘病毒300×250nm,A,B,C,D,E,F,G,立克次體450nm,,,衣原體390nm,A、大腸桿菌噬菌體 ( 65 ×95nm ),B、腺病毒 (70nm ),C、脊髓灰質(zhì)炎病毒 (30nm ),D、乙腦病毒

4、 ( 40nm ),E、蛋白分子 (10nm ),F、流感病毒 ( 100nm ),G、煙草花葉病毒,The size of viruses,2. 病毒的結(jié)構(gòu),Capsid protein,Nucleocapsid,Naked capsid virus,=,,+,Nucleocapsid,Lipid membrane, glycoproteins,Enveloped virus,+,,virion,nu

5、cleocapsid,envelopespike,nucleic acidDNA or RNA,capsid,,,Virion: The complete virus particle.Capsid: The protein coat that surrounds nucleic acid.Nucleocapsid: The nucleic acid plus the capsid.,,衣 殼,,,核 酸,,,包 膜,,

6、刺 突,核衣殼,完整病毒分兩部分：蛋白質(zhì)衣殼和核酸內(nèi)芯，兩者構(gòu)成核衣殼。完整的具有感染力的病毒體叫病毒粒子。一種是不具被膜的裸露病毒粒子；另一種是在核衣殼外面有包膜(囊膜)包圍所構(gòu)成的復(fù)雜病毒粒子。,1.蛋白質(zhì)衣殼：由一定數(shù)量的衣殼粒（由一種或幾種多肽鏈折疊而成的蛋白質(zhì)亞單位）按一定的排列組合構(gòu)成的病毒外殼，稱蛋白質(zhì)衣殼。由于衣殼粒的不同排列組合，使病毒有三種對稱性構(gòu)型。 (1)立體對稱型：外觀為球狀，實(shí)際為20面體，呈立體多面體，

7、如腺病毒等； (2)螺旋對稱型：衣殼粒一個(gè)接一個(gè)地呈螺旋對稱排列而成，核酸存在于螺旋狀溝中，如煙草花葉病毒； (3)復(fù)合對稱型：頭部為立體對稱，尾部為螺旋對稱，如大腸桿菌T系噬菌體。 蛋白質(zhì)的功能：保護(hù)病毒使其免受環(huán)境因素的影響；決定病毒感染的特異性；病毒蛋白質(zhì)還有致病性、毒力和抗原性。,2.核酸：核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸DNA兩種類型，每種病毒只含一種類型。噬菌體大多含DNA，植物病毒大多數(shù)含RNA。 核酸

8、的功能是決定病毒遺傳、變異和對敏感宿主細(xì)胞的感染力。3.包膜：如痘病毒、冠狀病毒具有包膜，除含有蛋白質(zhì)和核酸外，還含類脂質(zhì)和多糖。,3. 病毒的形態(tài),病毒的形態(tài)多樣，依種類不同而異。動(dòng)物病毒的形態(tài)有球形、卵圓形、磚形等，植物病毒的形態(tài)有桿狀、絲狀、球狀等，噬菌體的形態(tài)有蝌蚪狀、絲狀。,球形顆粒桿狀顆粒復(fù)雜形狀顆粒,電鏡,,人、動(dòng)物和真菌病毒多呈球狀，少數(shù)為彈狀或磚狀植物病毒和昆蟲病毒多線狀和桿狀，少數(shù)為球狀,細(xì)菌病毒即噬菌體

9、，部分為蝌蚪狀，部分為線狀或球狀,磚形（痘病毒）,子彈形（狂犬病病毒）,蝌蚪形（噬菌體）,桿狀（煙草花葉病毒）,DNA病毒,正鏈RNA病毒,負(fù)鏈RNA病毒,Capsid symmetry,Icosahedral,Helical,Naked capsid,Enveloped,Icosahedral naked capsid viruses,Helical naked capsid viruses,Tobacco mosaic vi

10、rusElectron micrograph,Tobacco mosaic virusModel,RNA,Protein,,,Icosahedral enveloped viruses,Herpes simplex virusElectron micrograph,Herpes simplex virusNucleocapsid cryoEM model,Helical enveloped viruses,Influneza A

11、 virusElectron micrograph,ParamyxovirusElectron micrograph,典型病毒粒子核衣殼形態(tài),廿面體對稱結(jié)構(gòu) (球狀)螺旋對稱結(jié)構(gòu) (桿狀)復(fù)合對稱結(jié)構(gòu) (蝌蚪狀),1.廿面體對稱的結(jié)構(gòu)特征:,1)球或近球形；2)高倍電鏡下為多面體, 具20個(gè)等邊三角形和 12個(gè)頂點(diǎn)；3)多面多角多棱,是多顆 粒按一定方式對稱排 列形成,在角上為五鄰

12、 體(penton) ，面上為 六鄰體(hexon)。,,,廿面體對稱結(jié)構(gòu)的形成原因:,廿面體對稱結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、更合理:1)從拓補(bǔ)學(xué)看，廿面體容積最大；2)最小單位面所需亞基少，利于遺傳節(jié)約； 3)亞基易于對稱排列，等價(jià)或準(zhǔn)等價(jià)成鍵結(jié)合。,2.螺旋對稱的結(jié)構(gòu)特征:,形狀多為桿狀、纖維狀、彎曲桿狀,螺旋對稱的主要特點(diǎn)：,1）長形的衣殼粒螺旋狀排列，形成中空的圓柱體，衣殼粒間為準(zhǔn)等價(jià)結(jié)合，直徑取決于蛋白亞基的特征，長度取決

13、于核酸分子長度；2）核酸埋嵌在衣殼粒之間的壁內(nèi)，以多個(gè)弱鍵與蛋白質(zhì)亞基相連。此方式可控制螺旋排列，增加殼體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；3）此形狀多為RNA病毒，具螺旋對稱的動(dòng)物病毒多有包膜。,3.復(fù)合對稱的結(jié)構(gòu)特征:,大腸桿菌T4噬菌體是復(fù)合對稱代表，由橢圓形的二十面體頭部和螺旋對稱的尾部組合而成。,4. 病毒的特殊形態(tài),包涵體(inclusion body),噬菌斑(plaque),空斑(plaque),枯斑(lesion),,（1）包涵體（i

14、nclusion body）,概念：感染病毒的細(xì)胞中，完整病毒和未裝配的病毒亞基的聚合體，少數(shù)為宿主細(xì)胞對病毒感染的反應(yīng)產(chǎn)物，在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)的異常染色區(qū)域稱為包涵體。在細(xì)胞質(zhì)中為嗜酸性，在細(xì)胞核中為嗜堿性。,（2）包涵體的特點(diǎn):,1)包涵體內(nèi)含或不含病毒粒子；2)包涵體具有感染性；3)不同病毒包涵體大小、形狀、組成、染色性不同。,（3）檢測病毒包涵體的意義:,1）作為病毒性疾病的輔助診斷依據(jù)： 顧氏小體(Guan

15、rnieri body):天花病毒包涵體 內(nèi)基氏小體(Negri body):狂犬病毒包涵體 X-體(X-body):煙草花葉病毒包涵體2）用于生物防治。,2.噬菌斑(plaque）,概念：將少量噬菌體與大量敏感菌混合培養(yǎng)在營養(yǎng)瓊脂中，由于噬菌體不斷裂解細(xì)菌，在平板上形成一個(gè)個(gè)透明圓斑，稱為噬菌斑。(每個(gè)噬菌斑一般是由一個(gè)噬菌體粒子形成)應(yīng)用: 噬菌斑可用于檢出、分離、純化噬菌體和進(jìn)行噬菌體的計(jì)數(shù)。

16、,,,3.空斑或病斑,概念：空斑或病斑是動(dòng)物病毒感染細(xì)胞而產(chǎn)生的特殊形態(tài)；在覆蓋薄層瓊脂的單層細(xì)胞上，病毒感染細(xì)胞增殖后的病毒粒子擴(kuò)散至鄰近細(xì)胞，最終形成與噬菌斑類似的空斑。若單層細(xì)胞被腫瘤病毒感染，則細(xì)胞劇增產(chǎn)生與菌落類似的病灶稱病斑。應(yīng)用：檢測空斑或病斑可用于有活性的病毒粒子記數(shù)，染色可區(qū)分死活細(xì)胞。,4. 枯斑,概念：枯斑是植物病毒感染植物細(xì)胞形成的；枯斑在葉片上可見。應(yīng)用：通過測定枯斑數(shù)目可測定植物病毒的數(shù)目。,國際病毒

17、分類委員會（ICTV）(International Committee on Taxonomy of Viruses),分類單元：目（order） 套式病毒目（Nidovirales） 科（family） 冠狀病毒科（Coronaviridae） 屬（genus） 冠

18、狀病毒屬（Coronavirus） 種（species） SARS coronavirus,4. 病毒的命名,病毒名稱書寫規(guī)則,不采用拉丁文雙名法，而是英文或英語化的拉丁文，只用單名.目、科、屬分別用拉丁文后綴“-virales”、“-viridae”、“-virus” 如Circoviridae 環(huán)狀病毒科 Circovirus 環(huán)狀病毒屬

19、,病毒名稱依據(jù),- the disease they causepoliovirus, rabies virus- the type of diseasemurine leukemia virus- geographic locationsSendai virus, Coxsackie virus- their discoversEpstein-Barr virus- how they were

20、originally thought to be contracteddengue virus (“evil spirit”), influenza virus (the “influence” of bad air)- combinations of the aboveRous Sarcoma virus,5. 病毒的分類,http://www.ictvonline.org/,2011 9th report: 2284

21、 species,349 genera, 19 subfamilies, 87 families, 6 orders,病毒分類系統(tǒng),分類系統(tǒng):目、科（亞科）、屬和種分類階元構(gòu)成?？坪蛯偈遣《痉诸愊到y(tǒng)的最主要單位。目: 病毒目是一群具有某些共同特征的科組成，目名的詞尾為 “-virales”?？? 病毒科是一群具有某些共同特征的屬組成?？泼脑~尾為 “-viridae”，“科”下面可以設(shè)立或不設(shè)立亞科。亞科名的詞尾為“-v

22、irinae”。,屬　 病毒屬是一群具有某些共同特征的種組成。其屬名的詞尾為“-virus”，但在設(shè)立一個(gè)新的病毒屬時(shí)必需有一個(gè)同時(shí)被承認(rèn)的代表種(type species)。 種　 病毒種的命名不是單純由某一個(gè)分類特征、而是由多原則分類特征決定的，包括病毒的基因組組成、病毒顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化特性和血清學(xué)性質(zhì)等。,病毒的分類依據(jù),核酸的性質(zhì)與結(jié)構(gòu) 病毒粒子的大小、形狀 衣殼對稱性和殼粒數(shù)目 有無包膜

23、 對理化因素的敏感性 抗原性 生物學(xué)特性,病毒的分類方法-1,根據(jù)宿主不同分類 動(dòng)物病毒、植物病毒、昆蟲病毒、細(xì)菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒（噬藻體）、真菌病毒（噬真菌體）根據(jù)核酸類型分類： DNA病毒、RNA病毒根據(jù)有無包膜分類： 有包膜病毒、無包膜病毒臨床分類 呼吸道病毒、消化道病毒、肝炎病毒、蟲媒病毒、出血熱病毒、腫瘤病毒,dsDNA病毒ssDNA病毒dsR

24、NA病毒+ssRNA病毒-ssRNA病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒亞病毒因子,,2011年第9次報(bào)告：6目，87科、19亞科、349屬、2284種,病毒的分類方法-2,Taxonomy of the Order Mononegavirales,a V, vertebrate; I, insect; P, plant.,Classification of Human Viruses,,Major diseases caused by human

25、viruses,DNA病毒,類型 分類特點(diǎn) 病毒科名DNA病毒 雙鏈DNA、有包膜 痘病毒科 皰疹病毒科 雙鏈DNA、無包膜 腺病毒科

26、 乳多空病毒科 單鏈DNA、無包膜 細(xì)小病毒科,,,,類型 分類特點(diǎn) 病毒科名RNA病毒 雙鏈RNA、分節(jié)、無包膜

27、 呼腸病毒科 雙RNA病毒科 負(fù)單鏈RNA、不分節(jié)、有包膜 副粘病毒科

28、 彈狀病毒科 負(fù)單鏈RNA、分節(jié)、有包膜 正粘病毒科 布尼亞病毒科

29、 沙粒病毒科 正單鏈RNA、不分節(jié)、無包膜 小RNA病毒科 杯狀病毒科

30、 星狀病毒科 正單鏈RNA、不分節(jié)、有包膜 冠狀病毒科 黃

31、病毒科 披膜病毒科,RNA病毒,,,,類型 分類特點(diǎn) 病毒科名 逆轉(zhuǎn)錄病毒 雙鏈DNA、不分節(jié)、有包膜 嗜

32、肝DNA病毒科 單鏈RNA、不分節(jié)、有包膜 逆轉(zhuǎn)錄病毒科,逆轉(zhuǎn)錄病毒,,,,DNA病毒科重要病毒,RNA病毒科重要病毒,,,,The Baltimore classification system,Based on the

33、 method of viral mRNA synthesis,,dsDNAssDNA(+)ssRNA(-)ssRNAdsRNARNA retroDNA retro,The seven “Baltimore” replication classes,RNA viruses,,DNA viruses,亞病毒（subviruses）,概念：不具有完整的病毒結(jié)構(gòu)的一類病毒稱之為亞病毒，包括類病毒、擬病毒、朊病毒

34、等。,亞病毒,類病毒（viroid）,朊病毒（prion）,,擬病毒（virusoid）/衛(wèi)星病毒,1.類病毒(Viroid),裸露的單鏈RNA,專性細(xì)胞內(nèi)寄生的最小分子生物.RNA為閉合環(huán)狀,形似棒狀.核酸分子量約為100000道爾頓,350個(gè)核苷酸。借宿主細(xì)胞內(nèi)依賴DNA的RNA聚合酶Ⅱ以非對稱的模型復(fù)制.較耐熱,90℃下仍存活.主要感染植物，可通過種子傳播.例如番茄簇頂病、柑橘裂皮病、菊花矮化病、菊花褪綠斑駁病、黃瓜白

35、果病、椰子死亡病和酒花矮化病等.,2.擬病毒(Virusoid),一類包裹在真病毒粒體中的有缺陷的類病毒，又被稱為“類類病毒”（viroid-like）、殼內(nèi)病毒或病毒衛(wèi)星（satellite），被寄生的病毒稱為輔助病毒.單鏈環(huán)狀RNA分子.依賴于輔助病毒復(fù)制，干擾輔助病毒的復(fù)制，與輔助病毒序列無同源性，二者單獨(dú)接種都不能感染和復(fù)制，合在一起才可以感染和復(fù)制.借助宿主細(xì)胞內(nèi)依賴于RNA 的RNA聚合酶以滾環(huán)方式進(jìn)行復(fù)制.如絨毛煙

36、斑駁病毒（VTMoV）、苜蓿暫時(shí)性條斑病毒 (LTSV) 、莨菪斑駁病毒 (SNMV) 、地下三葉草斑駁病毒 (SCMoV).,3.朊病毒(Prion),一類能侵染動(dòng)物并在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的小分子無免疫性的疏水蛋白質(zhì),亦稱蛋白質(zhì)感染因子.電鏡下呈桿狀顆粒，直徑25nm，長100～200nm。桿狀顆粒不單獨(dú)存在，總是呈叢狀排列.可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化性紊亂疾病，如克雅氏綜合癥,庫魯病,羊瘙癢癥,致死性家族失眠癥,瘋牛病等.,參考書目,1

37、. Virus Taxonomy: Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. 2011, Amsterdam: Elsevier/Academic Press. 2. Fields Virology (6ed) 2013, Lippincott Williams & Wilkins,思考題,簡述病毒殼體結(jié)構(gòu)對稱形式。