第八讲噬菌体与阮病毒课件.ppt

1、噬菌体与阮病毒噬菌体与阮病毒噬菌体噬菌体l噬菌体的感染周期l噬菌体的突变型及其互补测验l烈性噬菌体的同源重组l温和噬菌体的同源重组l噬菌体的非同源重组 噬菌体共有六类形态：噬菌体共有六类形态：T-系噬菌体系噬菌体T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从按发现的先后顺序进行从T1-T7编号。编号。至今已作过电镜观察的噬菌体至今已作过电镜观察的噬菌体至少有至少有28502850种（株），其中种（株），其中27002700种是有尾的。种是有尾的。噬菌体的感染周期噬菌体的感染周期l感染周期：是指噬菌感染周期：是指噬菌体从吸附细菌

2、到子代体从吸附细菌到子代噬菌体从宿主细菌细噬菌体从宿主细菌细胞中放出来的过程。胞中放出来的过程。1、烈性噬菌体的感染周期、烈性噬菌体的感染周期l大肠杆菌T4噬菌体：由头、尾两部分组成，外：蛋白质外壳内部：DNA分子。l侵染过程：lT4噬菌体DNA上约有160个基因，已定位的有70多个基因，装配成完整的噬菌体的全部信息也都在此DNA上。lT4噬菌体的基因的表达：T4噬菌体的侵染过程噬菌体的侵染过程T4噬菌体的基因的表达：噬菌体的基因的表达：l早前期基因表达早前期基因表达多为调节基因，启动自身基因表达，而抑多为调节基因，启动自身基因表达，而抑制大肠杆菌细胞的制大肠杆菌细胞的DNA合成。合成。l晚前

3、期基因表达晚前期基因表达是与是与DNA复制有关的基因。其产物是：复制有关的基因。其产物是：核酸酶：降解大肠杆菌的核酸酶：降解大肠杆菌的DNA，为自己，为自己DNA合成提供游离的合成提供游离的核苷酸；核苷酸；DNA复制有关的酶：大量合成新复制有关的酶：大量合成新T4DNA。l晚期基因表达晚期基因表达是控制形态发生过程的基因；编码噬菌体结是控制形态发生过程的基因；编码噬菌体结构蛋白的基因。其产物是大部分直接参与外壳的建成和少数具构蛋白的基因。其产物是大部分直接参与外壳的建成和少数具有酶的作用。有酶的作用。l包装完成后，由噬菌体裂解基因表达，产生裂解酶。消化宿包装完成后，由噬菌体裂解基因表达，产生裂

4、解酶。消化宿主细胞壁。主细胞壁。噬菌现象噬菌现象l液体培养基液体培养基 混浊混浊 澄清澄清l固体培养基中，出现噬斑（固体培养基中，出现噬斑（plaque）l一定体积内的噬斑形成单位数目（一定体积内的噬斑形成单位数目（pfu）2、温和噬菌体的感染周期、温和噬菌体的感染周期l噬菌体：宿主是大肠杆菌原原噬噬菌菌体体噬菌噬菌体体DNA大肠大肠杆菌杆菌DNA整合溶源性细菌 噬菌体基因的表达：噬菌体基因的表达：l先是早期基因和部分晚期基因的表达先是早期基因和部分晚期基因的表达 产物产物阻遏蛋白。阻遏蛋白。作用作用调节或抑制自身其它基因的表达。调节或抑制自身其它基因的表达。l噬菌体的整个基因组整合到宿主染色

5、体的特定区域，噬菌体的整个基因组整合到宿主染色体的特定区域，噬菌体的大部分基因处于失活状态，随宿主染色体噬菌体的大部分基因处于失活状态，随宿主染色体一起复制。一起复制。溶源性细菌具有溶源性细菌具有2个重要特性：个重要特性：l免疫性：由于溶源性细菌产生一种阻遏蛋白（免疫性：由于溶源性细菌产生一种阻遏蛋白（I）。）。这种阻遏蛋白不但可抑制原噬菌体这种阻遏蛋白不但可抑制原噬菌体DNA复制。也可抑复制。也可抑制再度感染的同类噬菌体制再度感染的同类噬菌体DNA的复制。故能抵抗同类的复制。故能抵抗同类噬菌体的超感染。噬菌体的超感染。l可诱导性：原噬菌体的自发诱导，每一代可能有可诱导性：原噬菌体的自发诱导，

6、每一代可能有1/10000溶源性细菌被裂解，释放出大量溶源性细菌被裂解，释放出大量 噬菌体（噬菌体（裂裂解周期）。解周期）。温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期类病毒与阮病毒类病毒与阮病毒类病毒一种不具有蛋白质外壳、仅由一个裸露的大约由一种不具有蛋白质外壳、仅由一个裸露的大约由350个核苷酸个核苷酸组成的单链环状组成的单链环状RNA病原体。通常通过种子或花粉传播感染病原体。通常通过种子或花粉传播感染高等植物。类病毒高等植物。类病毒RNA能作为自身的模板，利用宿主细胞的能作为自身的模板，利用宿主细胞的酶进行复制，产物是子代链的多联体，经过自身切割形成新酶进行复制，产物是子

7、代链的多联体，经过自身切割形成新的类病毒的类病毒RNA基因组。最早的类病毒是基因组。最早的类病毒是1971年发现的马铃薯年发现的马铃薯纺锤块茎病类病毒。纺锤块茎病类病毒。至今所知的最小、最简单的病毒；仅含一种成分至今所知的最小、最简单的病毒；仅含一种成分RNA；（病；（病毒为毒为106Da 类病毒为类病毒为105Da）能在敏感细胞内自我复制，不）能在敏感细胞内自我复制，不需要辅助病毒。迄今已发现的类病毒已有需要辅助病毒。迄今已发现的类病毒已有18种，其中多为植种，其中多为植物类病毒。物类病毒。卫星病毒卫星病毒 卫星病毒是指一些必须依赖辅助病毒进行复卫星病毒是指一些必须依赖辅助病毒进行复制的病毒

8、。含小分子单链制的病毒。含小分子单链RNA片段片段。本身。本身对辅助病毒的复制不是必须的。对辅助病毒的复制不是必须的。存在卫星病毒和拟病毒两种类型。存在卫星病毒和拟病毒两种类型。卫星病毒与类病毒的异同l同：均为单链环状同：均为单链环状RNA，分子量，分子量105Dal异：异：类病毒类病毒卫星病毒卫星病毒生存状态生存状态细胞内寄生细胞内寄生辅助病毒伴生辅助病毒伴生形状形状环状环状环状有时呈线状环状有时呈线状感染性感染性具有感染性具有感染性伴有辅助病毒时有伴有辅助病毒时有感染性感染性朊病毒(PRION“(PRION“普列昂”)能侵染动物宿主细胞能侵染动物宿主细胞在宿主细胞内复制在宿主细胞内复制小分

9、子量、无免疫性、疏水蛋白质小分子量、无免疫性、疏水蛋白质找不到基因组的传染病找不到基因组的传染病l蛋白质的重要意义l蛋白质蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。l蛋白质占人体重量的蛋白质占人体重量的16.3%，即一个，即一个60kg重的成年人其体内重的成年人其体内约有蛋白质约有蛋白质9.8kg。人体内蛋白质的种类很多，性质、功

10、能。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。体内不断进行代谢与更新。l蛋白质的一级结构与功能蛋白质的一级结构与功能l蛋白质的功能，都与它的蛋白质的功能，都与它的一级结构和空间结构一级结构和空间结构密切相关。密切相关。一级结构是空间结构的基础。一定的蛋白质结构决定特一级结构是空间结构的基础。一定的蛋白质结构决定特定的功能。定的功能。l同种生物来源的蛋白质，有时存在两种或两种以上的形同种生物来源的蛋白质，有时存在两种或两种以上的形式，它们的氨基酸序列差异往往很细微，通常只有一二

11、式，它们的氨基酸序列差异往往很细微，通常只有一二个氨基酸残基或其他基团的差别，所以称个体差异。个个氨基酸残基或其他基团的差别，所以称个体差异。个体差异在某些情况下可引起功能的明显变化，有时甚至体差异在某些情况下可引起功能的明显变化，有时甚至可能引起疾病的发生，如可能引起疾病的发生，如分子病分子病。分子病分子病l血红蛋白病l异常血红蛋白是由于基因突变的结果。基因突变引起血红蛋白一级结构的改变，主要变现在血红蛋白多肽的某一氨基酸被取代，多肽链中有一个或几个氨基酸的缺失或插入，其中以单一氨基酸的取代较为多见。l蛋白质构象蛋白质构象l具有完整一级结构的多肽或蛋白质，只有当其折叠形成正确具有完整一级结构

12、的多肽或蛋白质，只有当其折叠形成正确的三维空间结构才可能具有正常的生物学功能。的三维空间结构才可能具有正常的生物学功能。l蛋白质折叠（蛋白质折叠（protein folding）是指多肽链在核蛋白体上合）是指多肽链在核蛋白体上合成的同时或合成之后，根据热力学与动力学的原理，或在分成的同时或合成之后，根据热力学与动力学的原理，或在分子伴侣的辅助下，卷曲形成特点的三维结构或构象的过程。子伴侣的辅助下，卷曲形成特点的三维结构或构象的过程。l尽管一条多肽链在理论上可以折叠成多种不同的构象，但在尽管一条多肽链在理论上可以折叠成多种不同的构象，但在一定条件下只有一种构象才是稳定的和具有生理活性的。一一定条

13、件下只有一种构象才是稳定的和具有生理活性的。一旦蛋白质形成了错误的空间结构，将丧失生物学功能，还会旦蛋白质形成了错误的空间结构，将丧失生物学功能，还会引起相关疾病。引起相关疾病。羊瘙痒病羊瘙痒病(scrapie of sheep and goat)：在欧洲已流行：在欧洲已流行了近了近300300年（第一个被发现的年（第一个被发现的TSETSE）,感染动物表现为感染动物表现为消瘦、步态不稳、脱毛、麻痹等，因病羊由于瘙痒消瘦、步态不稳、脱毛、麻痹等，因病羊由于瘙痒而常在围栏上摩擦身体而得名，病死率极高。而常在围栏上摩擦身体而得名，病死率极高。细胞基因细胞基因细菌细菌噬菌体噬菌体搔痒病紫外线对核酸有

14、修饰作用紫外线对核酸有修饰作用紫外线照射造成基因突变紫外线照射造成基因突变，使病毒失活，细胞生长，使病毒失活，细胞生长停滞，或形成肿瘤停滞，或形成肿瘤但羊搔痒病病原不受紫外但羊搔痒病病原不受紫外线的影响线的影响羊搔痒病 一种蛋白质：一种蛋白质：PrP，245个氨基酸组成，是正个氨基酸组成，是正常细胞基因的产物常细胞基因的产物 正常细胞生产正常细胞生产PrPc，分布于细胞表面，参与细，分布于细胞表面，参与细胞吸收铜离子胞吸收铜离子 在特定情况下，在特定情况下，PrPc经修饰后变成经修饰后变成PrPSc PrPSc能将能将PrPc转化为转化为PrPSc PrPSc能凝聚成纤维状沉淀能凝聚成纤维状沉

15、淀 纤维状沉淀造成神经细胞凋亡纤维状沉淀造成神经细胞凋亡lprion 是一种不含核酸和脂类的疏水性糖蛋白，分是一种不含核酸和脂类的疏水性糖蛋白，分子量为子量为2730103，因此又称为，因此又称为PrP2730。l两种不同的分子构型：两种不同的分子构型：l细胞朊病毒蛋白细胞朊病毒蛋白(cellular PrP,PrPC)：三维结：三维结构具有构具有42%的的-螺旋，螺旋，3%的的折叠。存在于正常折叠。存在于正常组织及感染动物的组织中，是正常基因的产物，组织及感染动物的组织中，是正常基因的产物，通常情况下是无害的。对蛋白酶通常情况下是无害的。对蛋白酶K敏感。敏感。l羊痒疫朊病毒蛋白羊痒疫朊病毒蛋

16、白(scrapie prion protein,PrPSC)：-螺旋占螺旋占30%，折叠高达折叠高达43%，仅存，仅存在于感染动物的组织中，与致病和传染有关。对在于感染动物的组织中，与致病和传染有关。对蛋白酶蛋白酶K有抗性。有抗性。正常与异常PrP的结构正常正常异常异常43螺旋螺旋3折叠折叠34螺旋螺旋43折叠折叠PrPSc的感染淋巴细胞或神经细胞PrPSc与与PrPC相互作用相互作用PrPSc进入细胞，将进入细胞，将PrPC转化为转化为PrPScPrPSc分布到细胞表面分布到细胞表面，将其它细胞的，将其它细胞的PrPC转化为转化为PrPSc释放释放PrPSc，传播疾病，传播疾病细胞死亡释放细

17、胞死亡释放PrPSc，传播感染；部分传播感染；部分PrPSc聚集成纤维状结构聚集成纤维状结构Prusiner与他的诺贝尔奖(1997)斯坦利斯坦利普鲁辛纳普鲁辛纳（2）朊病毒与疯牛病 俗称疯牛病俗称疯牛病(mad cow disease):1986年首次在英国年首次在英国报道。该病潜伏期报道。该病潜伏期45年，发病初期表现为体质变年，发病初期表现为体质变差，体重减轻，产奶量下降等非特异性症状。随后差，体重减轻，产奶量下降等非特异性症状。随后神经系统症状逐步明显，出现运动失调、震颤等，神经系统症状逐步明显，出现运动失调、震颤等，由于病牛常表现出感觉过敏、恐惧甚至狂乱，因此由于病牛常表现出感觉过敏

18、、恐惧甚至狂乱，因此俗称俗称“疯牛病疯牛病”。疯牛病的传播用动物残渣，包括动物尸体经加工后制成用动物残渣，包括动物尸体经加工后制成“肉骨粉肉骨粉”作为饲料作为饲料朊具有很强的抗热性能，难以完全灭活朊具有很强的抗热性能，难以完全灭活疯牛病无法引起生物体免疫系统疯牛病无法引起生物体免疫系统的警觉，并可以自由地从的警觉，并可以自由地从一个物种传播到一个物种传播到另外一个物种。另外一个物种。（3）朊引起的人的疾病 库鲁病库鲁病(Kuru disease):仅发生在巴布新几内亚东部仅发生在巴布新几内亚东部高地的土著人中的一种进行性小脑退行性疾病。本病高地的土著人中的一种进行性小脑退行性疾病。本病以寒战样

19、震颠为突出的临床表现而得名。以寒战样震颠为突出的临床表现而得名。潜伏期漫长潜伏期漫长(430年年),发病大多在发病大多在69个月内死亡。个月内死亡。以小脑共济失调为主要临床特征，患者早期出现发抖、以小脑共济失调为主要临床特征，患者早期出现发抖、震颤、发音困难、舞蹈症及肌阵挛等。晚期发展为痴震颤、发音困难、舞蹈症及肌阵挛等。晚期发展为痴呆，肢体完全瘫痪，最终因吞咽困难、衰竭、感染而呆，肢体完全瘫痪，最终因吞咽困难、衰竭、感染而死亡。死亡。lKuru病：人海绵状脑病病：人海绵状脑病l发生于太平洋岛国巴布亚新几内亚的发生于太平洋岛国巴布亚新几内亚的Kuru地区地区l当地有食用死人的陋习当地有食用死人

20、的陋习l陋习被制止后，疾病也随之终止陋习被制止后，疾病也随之终止巴布亚新几内亚朊病毒的化学特性l对蛋白酶对蛋白酶 (蛋白酶蛋白酶 K 胰蛋白酶胰蛋白酶)、氨基酸化学修饰剂、氨基酸化学修饰剂(碳碳酸二乙酯酸二乙酯)、变性剂、变性剂(尿素、十二烷其硫酞钠等尿素、十二烷其硫酞钠等)敏感敏感l蛋白质越纯蛋白质越纯 其侵染性越强；其侵染性越强；l分子量：分子量：2730 kDa;l电镜下呈杆状直径为电镜下呈杆状直径为25nm长为长为100200nm丛状排列丛状排列(达达100个个)朊病毒的结构l电镜下呈杆状颗粒，直径电镜下呈杆状颗粒，直径25nm，长，长125150nml杆状颗粒呈丛状排列，每丛从几十至上百杆状颗粒呈丛状排列，每丛从几十至上百l蛋白质分子量为蛋白质分子量为2.7万万3万，无免疫原性万，无免疫原性朊病毒的致病性l导致动物中枢神经系统退化、紊乱等疾病导致动物中枢神经系统退化、紊乱等疾病l使动物出现使动物出现 脱毛、皮肤骚痒、失去平衡和后脱毛、皮肤骚痒、失去平衡和后肢麻痹等症状肢麻痹等症状l可以传染给人类可以传染给人类