第三章 病毒和亚病毒
第二节 亚病毒
亚病毒, 凡在核酸和蛋白质两种成分种,只含有
其中之一的分子病原体,称为亚病毒。该名词最
早是由 Lwoff提出( 1981年)。
有三类:
类病毒、拟病毒、朊病毒
第三章 病毒和亚病毒
一、类病毒 ( Viroid)
类病毒:只含有 RNA一种化学组分、专性细胞内寄生的分子病原
体 。
1、发现,马铃薯纺锤形块茎病 ( potata spindle tuber disease,
PSTD)是 1922年在美国发现的,它可使马铃薯减产 20~70%。
我国于 1960年时在黑龙江省发现,减产极其严重。
? 1967~1971年在美国工作的瑞士学者 Dimer发现,患 PSTD的块
茎抽提物经超离心和凝胶电泳后,出现一条比一般病毒分子更
小的 10S的区带 (TMV19S) 。经一系列试验后,证明它是一个
没有衣壳包裹的 RNA分子,经过电镜观察,发现它是一条长
50nm的棒状 dsRNA分子,他称它为 STV。
? 从此,一类新的病原体 — 类病毒就被广泛承认并进行了深入的
研究。在 1977~1988年间陆续发现的类病毒已有 18种,例如番茄
散顶病、柑橘裂皮病、菊花矮化病、菊花褪绿斑驳病、黄瓜白
果病、椰子死亡病和酒花矮化病等的类病毒。
第三章 病毒和亚病毒
2、特点:可以认为,类病毒是当今所知道的最小、只含
RNA一种成分、专性细胞内寄生的分子生物。现把类病毒
的特点及其与病毒的比较列在表 4-4中。
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3、结构:大量实验证明,PSTV呈棒形结构,是一个裸露的闭
合环状 ssRNA分子。整个环由 2个互补的半体所组成,其一含
179个核苷酸,另一含 180个核苷酸,两者间有 70%的碱基以
氢键方式结合,共形成 122个碱基对。整个棒状结构中有 27个
内环,最大的螺旋分段含有 8个碱基对,最大的内环含有 12个
核苷酸。
马铃薯纺锤形块茎类病毒 (PSTV)的结构模型。
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4、类病毒发现的意义:
? 对生物学家来说,类病毒的发现为他们探索生命起源提供
了一个新的低层次上的 好对象 ;
? 对分子生物学家来说,类病毒是研究最重要生物大分子的
结构与功能的 绝好材料 ;
? 对病理学家来说,类病毒的发现,为他们揭开人类和动、
植物的各种传染性疑难杂症的病因带来了 新的希望 ;
? 对哲学家来说,类病毒的发现,为他们长期以来有关生命
本质的认识将带来 革命性的影响 。
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二、拟病毒 ( virusoids)
拟病毒 又称类类病毒 或病毒卫星, 可认为是一类包裹在真病毒粒子
中的有缺陷的类病毒。
1.发现,1981年 Randles等在绒毛烟中分离到一种直径为 30nm的二十
面体病毒,称 绒毛烟斑驳病毒( VTMoV)。
? 在鉴定该病毒时,发现其基因组除含一种大分子线状 ssRNA(称
RNA-1)外,还含有一种类似于类病毒的 环状 ssRNA分子 (称 RNA-2)
及它的 线状形式 (称 RNA-3)。 进一步研究表明,对 VTMoV的 RNA-
1和 RNA-2进行单独接种时,都不能感染和复制,只有把两者合在
一起时才可以感染和复制。因此,这种环状 ssRNA分子是一种类
似于类病毒的新型 RNA分子,于是 Haseloff等( 1982)将这种包被
于病毒衣壳内的环状 RNA分子称为拟病毒。
? 至 1986年,已发现的拟病毒除 VTMoV外,还有苜蓿暂时性条斑病
毒 (LTSV),莨菪斑驳病毒 (SNMV)和地下三叶草斑驳病毒 (SCMoV)。
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现将它们的核酸和蛋白质组成列在表 4-5中。
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? 拟病毒极其微小,一般仅由裸露的 RNA或 DNA 组成。被
拟病毒“寄生”的真病毒又称辅助病毒,拟病毒则成为它
的“卫星”病毒。
? 拟病毒它是一些必须依赖辅助病毒才能复制的小分子核酸
片段,它被包装在辅助病毒的壳体中,本身对于辅助病毒
的复制不是必需的,而且它与辅助病毒的基因组无明显的
同源性。拟病毒利用辅助病毒的复制酶进行复制,犹如病
毒利用宿主细胞的能量、原料及酶进行复制一样。故可认
第三章 病毒和亚病毒
2、关于拟病毒的复制机制
? 拟病毒的复制是以自身侵染性 RNA分子为模板,借助寄主
细胞内依赖于 RNA的 RNA聚合酶进复制。
? 具体过程是:先以滚环方式合成一条高分子量多拷贝的负
链 RNA,再以负链为模板合成一系列的正链 RNA,于是形
成了一个双链的复制中间体,然后在从复制中间体上产生
线状的 ssRNA-3分子,ssRNA-3再在 RNA连接酶的作用下
环化成 RNA-2这种拟病毒分子。
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3、拟病毒的研究至少有以下四个方面的意义:
① 有助于探索核酸的结构与功能,拟病毒是一种低分子量
的侵染性核酸分子,因而易于进行细致的化学组分和结
构分析;通过拟病毒与类病毒的结构与功能的比较,对
核酸的结构与功能的比较,对核酸的结构与功能可能会
得到更深入的了解。
② 有助于探索拟病毒与辅助病毒( RNA-1) 间的相互关系:
拟病毒必须依靠辅助病毒的存在才能复制,而辅助病毒
的复制却不需要拟病毒的存在。拟病毒的存在可以影响
辅助病毒的产量和改变辅助病毒在宿主上的症状及反应
的程度。
第三章 病毒和亚病毒
③ 利用拟病毒这类低分子 RNA来组建新的弱毒疫苗,拟病
毒与普通类病毒的差异在于它的侵染对象不是高等植物
或动物,而是小小的植物病毒。根据拟病毒的存在可影
响辅助病毒的产量和改变辅助病毒在宿主上的症状和反
应程度的原理,有可能用它来人工组建具有防病功能的
弱化疫苗。
④ 对拟病毒的深入研究,也有助于进一步探索病毒的本质
和生命起源等重大生物学理论问题。
第三章 病毒和亚病毒
三、朊病毒
朊病毒( Prion,virino) 又称“普列昂”或蛋白质侵染因子。
朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无
免疫性的疏水蛋白质。
1.发现:羊瘙痒病是绵羊和山羊的一种中枢神经系统退化性
紊乱疾病,具有脱毛、皮肤瘙痒、失去平衡和后肢麻痹等
症状。其病原是经过近两个世纪的研究仍未解决的一个谜。
自从发现类病毒后,有人就联想起动物中亦有相应类病毒
存在的可能。
? 1982年,美国的 S,B,Prusiner 终于发现羊瘙痒病的病原
是一种蛋白质,称为朊病毒。
? 牛海绵状脑病、人的克 -雅氏病和库鲁病等。
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2.发现及其研究的意义:
? 朊病毒的发现在生物学界引起震惊,因为它与目前公认的
,中心法则, 即生物遗传信息流的方向是, DNA → RNA →
蛋白质, 的传统观念发生抵触,因而有可能是分子生物学
的发展带来革命性的影响,同时还有可能为弄清一系列疑
难传染性疾病的病原,带来新的希望。
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3.结构特点:
? 蛋白质颗粒约由 250个氨基酸组成,大小仅为最小病毒的
1%。
? 朊病毒在电子显微镜下呈杆状颗粒,直径 25nm,长
100~200nm,杆状颗粒不单独存在,总是呈丛状排列,
每丛大小和形状不一,多时可含 100个。
4.朊病毒与真病毒的主要区别,5点参阅教材 p78
5.朊病毒的致病机制,是一类不含核酸的传染性蛋白质
分子,因能引起宿主体内现成的蛋白质分子发生与其相
似的构象变化,从而使宿主致病。有关朊病毒的本质至
今还有不同的看法,只有依靠进一步改进实验手段和通
过深入的研究才有可能作出可靠的结论。
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第三节 病毒与实践
一、噬菌体与发酵工业
1、当发酵液受噬菌体严重污染时会出现的现象:
①发酵周期明显延长;
②碳源消耗缓慢;
③发酵液变清,镜检时,有大量异常菌体出现;
④发酵产物的形成缓慢或根本不形成;
⑤用敏感菌作平板检查时,出现大量噬菌斑;
⑥用电子显微镜观察时,可见到有无数噬菌体粒子
存在。
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2、预防噬菌体污染的措施:
①决不使用可疑菌种;
②严格保持环境卫生;
③ 决不排放或随便丢弃活菌液;
④注意通气质量
⑤加强管道及发酵罐的灭菌
⑥不断筛选抗性菌种,并经常轮换生产菌种
⑦严格执行会客制度
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3、一旦污染噬菌体,及时采取合理措施,
①尽快提取产品,如发现污染时发酵液中的代谢产物含
量已很高,应及时提取或补加营养并接种抗噬菌体菌
种后再继续发酵,以挽回损失;
②使用药物抑制,目前防治噬菌体污染的药物还很有限,
在谷氨酸发酵中,加入某些金属螯合剂可一直噬菌体
的吸附和侵入;加入 1~2μg/ml金霉素、四环素或氯霉
素等抗生素或 0.1%~0.2%的“吐温 60”“吐温 20”或聚
氧乙烯烷基醚等表面活性剂均可抑制噬菌体的增殖或
吸附;
③及时改用抗噬菌体生产菌株。
第三章 病毒和亚病毒
二、昆虫病毒用于生物防治
昆虫病毒用于生物防治的优点:
( 1)致病力强,使用量少;
( 2)专一性强,安全可靠;
( 3)抗逆性强,作用久长;
( 4)生产简便,成本低廉
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三、病毒在基因工程中的应用
1、噬菌体作为原核生物基因工程的载体
E.coli 的 λ噬菌体,是目前研究得最为详尽的双链 DNA噬
菌体。其作为遗传工程载体有很多优点:
①遗传背景十分清楚;
②载有外源遗传因子的重组 λ噬菌体
③宿主范围狭窄,使用安全;
④ λ-DNA的两端具有由 12核苷酸组成的粘性末端,可用
以构建科斯质粒
⑤ λ噬菌体及由它构建成的载体感染效率几乎达到 100%
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2、动物 DNA病毒作为动物基因工程的载体
? 可作为载体的动物病毒有 SV40,人的腺病毒、
牛乳头瘤病毒、痘苗病毒载体及 RNA病毒等,以
SV40研究最多。
3、植物病毒作为基因遗传工程的载体
? 目前研究最多的是花椰菜花叶病毒
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4、昆虫 DNA病毒作为真核生物基因工程的载体
昆虫杆状病毒的许多优点:
( 1)具有在细胞核内复制的 cccDNA;
( 2) 不侵染脊椎动物,故对人畜具有可靠的安全性;
( 3)核型多角体蛋白基因是病毒的非必要基因区,它带有很强的启
动子,可是这个基因表达产物达到宿主细胞总蛋白量的 20%或虫
体干重的 10%,
( 4)因为外源 DNA的插入不会影响病毒的繁殖,却丧失了形成多角
体的能力,因此可作为重组病毒的选择标记;
( 5)对外源基因有很大容量,可插入长达 100kb的 DNA片段;
( 6)有强启动子作为病毒的晚期启动子,故任何外源基因产物,包
括对病毒有毒性的产物也不影响病毒的繁殖与传代;
第三章 病毒和亚病毒
? 研究进展:
目前,把人 ?-干扰素基因插入苜蓿丫纹夜蛾核多角体
病毒蛋白基因的启动子区域后,已获得了草地夜蛾的 ?-
干扰素高产细胞株;利用同一种载体,还有人高水平地
表达了 E.coli的 β -半乳糖苷酶;此外,利用家蚕核型多角
体病毒作载体,高效表达人 α-干扰素的工作也取得了很
好的成果。我国正在构建国内特有的柞蚕多角体病毒和
棉铃虫多角体病毒的载体系。
第三章 病毒和亚病毒
作业题:
1,什么是病毒?它有何特点?
2,病毒粒子有哪些对称方式?并举例说明。
3,以 E.coli T4噬菌体为例说明烈性噬菌体的侵染增值过程。
4,什么是一步生长曲线?简述各时期的特点并说明其特征参
数。
5,什么是噬菌体效价?如何测定?
6,比较烈性噬菌体和温和噬菌体的区别。
7,什么是温和噬菌体、溶源菌?温和噬菌体存在方式有哪些?
8,说明检验某菌株是否溶源菌的方法。
9,何谓亚病毒?有那些类型?并说明其特点。