1.3--3.病毒的复制与非增殖性感染

.病毒的复制与非增殖性感染3第一节病毒的一步生长曲线同学们好，今天我们来学习病毒学比较重要的一章一一病毒的复制与非增殖性感染我们已经知道，病毒是严格细胞内寄生物，它只能在活细胞内繁殖病毒进入细胞后，具有感染性的毒粒消失，存在于细胞内的是有繁殖性的病毒基因组病毒的繁殖是病毒基因组复制与表达的结果,这是一种完全不同于其他生物的繁殖方式我们把病毒这种特殊的繁殖方式称作复制，具体的过程是病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外

一、病毒的复制周期、一步生长曲线1one stepgrowth curve接下来我们首先要学习一下病毒的复制周期，这里有一个非常重要的曲线，叫做一步生长曲线与细菌的生长曲线类似，一步生长曲线是病毒特征性的繁殖曲线这是研究病毒复制的一个经典实验，最初是为研究噬菌体的复制而建立的，以后推广到动物病毒和植物病毒的复制研究中年，麦克斯•德尔布吕克和埃默里•埃利斯利用大肠杆菌及其噬1939菌体进行了该实验，这个实验标志着分子病毒学、分子生物学毒的这种感染形式就称为增殖性感染与之对应的另一种感染为非增殖性感染，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在此过程中，由于病毒与细胞的相互作用，虽然亦可能导致细胞发生某些变化，甚至产生细胞病变，但在受染细胞内，不产生有感染性的病毒子代病毒的非增殖性感染有三种类型流产感染、限制性感染和潜伏感染流产感染是一类普遍发生的非增殖性感染，按照发生的原因，可分为依赖于细胞的流产感染和依赖于病毒的流产感染如果病毒感染的细胞是病毒在其内不能复制的非允许细胞，那么就会导致流产感染的发生，这就是依赖于细胞的流产感染允许细胞与非允许细胞的划分是相对于某一特定的病毒而言的，一种病毒的允许细胞可能是另一种病毒的非允许细胞比如猴肾细胞是的允许细胞，但人腺SV40病毒感染猴肾细胞就会导致流产感染发生另一种流产感染是依赖于病毒的流产感染这类流产感染是由基因组不完整的缺损病毒所引起的这类病毒因为一个或多个病毒复制必需基因有缺损，丧失了其功能，所以它们无论是感染允许细胞还是非允许细胞，都不能完成复制循环非增殖性感染的第二种类型是限制性感染这类感染是因为细胞的瞬时允许性产生的，结果有两种一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；二是一个细胞群体中仅有少数细胞产生病毒子代比如人乳头瘤病毒可以感染上皮细胞，并且其早期基因的转录可在受染的各分化期的上皮细胞中进行，但由于其晚期基因转录仅能在分化成熟的鳞状上皮细胞中进行，所以只有进入终末分化的鳞状上皮细胞才有病毒增殖这就属于刚才所说的第一种情况，当宿主细胞称为允许细胞后病毒才能增殖非增殖性感染的第三种类型是潜伏感染这类感染的显著特征是在受染细胞内有病毒基因组持续存在，但并无感染性病毒颗粒产生,而且受染细胞也不会被破坏这种携带有病毒基因组但不产生有感染性病毒的细胞称作病毒基因性细胞潜伏感染的另一个极端情况是由于病毒基因组的功能表达导致宿主基因表达的改变，以致正常细胞转化为恶性细胞我们在刚才讲到的依赖于病毒的流产感染时提到了一个概念一一缺损病毒下面我们就来详细说下这个缺损病毒从某种意义而言，所有的病毒都是缺损的，因为它们都只能寄生于活细胞内进行复制，然而缺损病毒的复制还需要其他病毒基因组或病毒基因的辅助活性，否则即是在活细胞内也不能复制不同的缺损病毒的来源和基因组的缺损表现都不相同，而且病毒基因组往往可能因为严重缺损而丧失全部生物学功能有生物学活性的缺损病毒包括四类干扰缺损病毒或称为干扰缺损颗粒、卫星病毒、条件缺损病毒和整合的病毒基因组干扰缺损病毒或称干扰缺损颗粒，缩写为颗粒，这是病毒复制时DI产生的一类亚基因组的缺失突变体无论是动物病毒，还是植物病毒或噬菌体在自然感染或实验感染时，都可能产生各自相关的颗粒DI颗粒基因组有缺损，不能完成复制循环，必须依赖与其同源的完DI全病毒提供其复制必需而又缺失了的基因产物才能复制同时，由于DI基因组比其完全病毒小，复制更迅速，所以在与其完全病毒共感染时更占据优势，从而干扰完全病毒的复制颗粒干扰标准病毒的复制可能就是某些病毒分离、培养困难的原DI因之一颗粒在机体的病毒持续性感染的形成中也可能起着重要作用DI第二种缺损病毒是卫星病毒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与颗粒类似，卫星病毒的基因组是缺损的，它DI必须依赖于辅助病毒才能复制与颗粒不同的是，它们不是由其辅助DI病毒的基因缺失产生的，而是存在于自然界中的一种绝对缺损病毒卫星病毒的形态结构和抗原性都与辅助病毒不同，两者的基因组也很少有同源性卫星病毒现在划归于亚病毒因子这一大类中第三种缺损病毒是条件缺损病毒这是一类基因组发生了突变的病毒条件致死突变体，它们在允许条件下能够正常繁殖，在非允许条件或称限制条件下导致流产感染发生某些条件缺损病毒也能干扰野生型病毒复制，它们的许多生物学行为与颗粒相似DI第四种缺损病毒是整合的病毒基因组许多温和噬菌体和肿瘤病毒感染宿主细胞后，因病毒与细胞的性质，病毒基因组整合于宿主染色体，并随细胞分裂传递给子代细胞,这类感染称之为整合感染除了慢性肿瘤病毒和非缺损的急性肿瘤病毒外，病毒整合RNA RNA感染的细胞没有感染性的病毒产生只有在一定条件下，整合在宿主染色体的病毒基因组才能转入复制循环，产生有感染性的病毒颗粒温和噬菌体和一些动物病毒都可以将病毒基因组整合到宿主染色体上大多数噬菌体感染宿主细胞，都能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，这类噬菌体的裂解循环一般都是由烈性噬菌体引起的另一些噬菌体除了能以裂解循环在宿主细胞内繁殖外，还能以溶源状态存在以溶源状态存在的噬菌体不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生，这一现象称作溶源性现象能够导致溶源性发生的噬菌体称作温和噬菌体或溶源性噬菌体在大多数情况下，温和噬菌体的基因组都整合于宿主染色体中,也有少数是以质粒形式存在的整合于细菌染色体或以质粒形式存在的温和噬菌体基因组称作原噬国体0在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，可以启动裂解循环，产生成熟的病毒颗粒具体过程可以看一下这张图以上就是本章的学习内容，请同学们课后认真复习，重点掌握病毒的一步生长曲线、病毒复制周期以及病毒非增殖性感染的类型和分子遗传学的建立麦克斯德尔布吕克因此荣获年诺贝尔生理及・1969医学奖这个经典实验的具体步骤是这样的、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；

1、几分钟后，加入抗噬菌体的抗血清，用来中和未吸附的噬菌体；

2、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌3体感染其它细胞；、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量进行4计数）；、以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特5征性的繁殖曲线左边这张图就是病毒的一步生长曲线从图上可以看出，噬菌体复制可以分为三个阶段、吸附期游离的噬菌体吸附到宿主细胞

1、潜伏期从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时间2不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计、裂解期随着菌体不断破裂，新噬菌体数目增加，直到最高3值这里除了潜伏期外，还有一个特征性数据就是裂解量裂解量是每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目通过一步生长曲线测定，噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个在这张图上，我们看到在潜伏期前期还可以划分出一个隐蔽期在研究病毒在受染细胞内复制的动力学性质时发现，在潜伏期的前一段，受染细胞内检测不到感染性病毒，而在后一阶段，感染性病毒在受染细胞内的数量急剧增加因此，我们把自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感染性病毒的时间定义为隐蔽期不同病毒的隐蔽期长短不同，例如，动物病毒的隐蔽期为DNA5〜20小时，动物病毒为小时RNA2〜10隐蔽期病毒在细胞内存在的动力学曲线呈线性函数，而非指数关系，从而证明子代病毒颗粒是由新合成的病毒基因组与蛋白质经装配成熟，而不是通过双分裂方式产生的、病毒的复制周期2接下来我们看一下完整的病毒复制周期应该包括哪几个步骤病毒的复制周期，也叫做复制循环是从病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程病毒的复制周期按照所发生的事件顺序可以分为五个阶段

①吸附；

②侵入；

③脱壳；

④病毒大分子的合成，包括病毒基因组的表达与复制；

⑤装配与释放其中病毒的吸附、侵入和脱壳又称作病毒感染的起始

二、病毒的复制周期下面我们就具体来学习一下这几个阶段

二、病毒感染的起始首先是病毒感染的起始病毒感染细胞，毒粒必须吸附于细胞表面并进入细胞，经脱壳释放病毒基因组、吸附1感染起始的第一步就是吸附吸附是病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病毒附着于细胞表面，这是启动病毒感染的第一阶段病毒毒粒表面的病毒吸附蛋白能够特异性地识别细胞受体，并且与受体蛋白发生不可逆的结合病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性,相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围左边这两张图就是分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体动物宿主细胞及细菌表面病毒受体的存在可通过生化、遗传等实验证明，但至今仍未发现植物病毒的细胞受体存在，所以植物病毒进入宿主细胞的方式与动物病毒和噬菌体有很大的区别、侵入2动物病毒或噬菌体与其宿主发生不可逆吸附后，就要进入细胞开始其复制周期侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤不同的病毒-宿主系统的病毒侵入机制不同有尾噬菌体是以注射的方式将噬菌体核酸注入细胞，这个过程我们可以看一下图7-7首先噬菌体的尾丝吸附在宿主细胞表面，然后尾钉固定，接下来尾鞘收缩，尾管穿入细胞，最后头部的核酸通过中空的尾管注入到细胞中噬菌体的这种入侵方式会导致一种特殊的现象当大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，会使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解动物病毒能以下列不同的机制进入细胞、完整病毒穿过细胞膜的移位方式

1、毒粒包膜与细胞质膜的融合，病毒的内部组分释放到细胞质中

2、利用细胞的内吞功能进入细胞，这种侵入方式又称病毒入胞，以3内吞方式进入的病毒颗粒累积在细胞质小泡内，通过包膜与小泡膜的融合将内部组分释放入细胞质中、以抗体依赖的增强作用，即病毒与亚中和浓度的病毒特异性抗体4结合，形成的病毒-抗体复合物通过与细胞表面的免疫球蛋白受体的结合进入细胞图示为前三种动物病毒进入细胞的方式因为植物有角质化或蜡质化的表皮和坚硬的细胞壁，所以植物病毒只能通过因人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞、脱壳3病毒进入细胞后，要除去包膜和壳体，并且释放出病毒核酸，这个过程就是脱壳，它是病毒基因组进行复制和功能表达所必需的感染事件病毒与细胞受体的相互作用所引起的病毒壳体蛋白的重排对于病毒脱壳是至关重要的，而且脱壳过程与蛋白酶、热裂解等因素有关偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的，仅有病毒核酸及结合蛋白进T-入细胞，壳体留在细胞外动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，其脱壳过程也较复杂不管具体的脱壳过程如何，最终的结果都是病毒的毒粒消失，病毒失去原有的感染性，病毒复制进入潜伏期

三、病毒大分子的合成病毒完成吸附、侵入和脱壳的过程，也就完成了病毒感染的起始,接下来就要进行病毒大分子的合成病毒大分子的合成是通过病毒基因组的复制与表达完成的，这一过程中所发生的各种病毒复制事件存在着强烈的时序性病毒复制的时序性主要表现为基因组转录的时间组织，即病毒基因组的转录是分期进行的根据病毒大分子合成过程中所发生事件的顺序，可以将此过程划分为三个连续的阶段病毒早期基因的表达、病毒基因组的复制和病毒晚期基因的表达按照病毒核酸类型的不同，可分为双链、单链、单链正义DNA DNA、单链反义和双链共五种核酸类型，其中单链正义有RNA RNA RNARNA两种复制途径，其余四种核酸类型均为一种复制途径，因此一共有五种核酸六条途径不管是哪一种核酸类型，病毒生物合成的第一步都是病毒的合mRNA成，然后是病毒复制所需要的特异性酶的合成，接下来是病毒核酸的复制，最后是病毒蛋白质外壳的合成这六种途径的具体过程大同小异，同学们可以课后自学

四、病毒的装配与释放病毒完成其生物大分子的合成后，就要进行装配和释放了在病毒感染的细胞内，新合成的毒粒结构组分以一定的方式结合,组装成完整的病毒颗粒，这个过程就叫做病毒的装配，也叫病毒的成熟或形态发生然后成熟的子代病毒颗粒依一定途径释放到细胞外，病毒的释放标志病毒复制周期结束对于有些病毒，特别是有包膜病毒而言，这两个过程有着十分密切的联系我们先看一下噬菌体的装配与释放，这是一个极为复杂的自T4我装配的过程，包括四个完全独立的亚装配途径，从左边这张图可以看出，这四个亚装配途径分别是、无尾丝的尾部装配

1、头部的装配

2、尾部与头部的自发结合

3、单独装配的尾丝与前已装配好的颗粒相连4这四个装配步骤通过一系列绝对有序的装配反应进行，其中每一种结构蛋白在装配时都发生了构型的改变，为后一种蛋白质的结合提供了可识别位点而且前头部的装配还需脚手架蛋白的参与，这些蛋白在结构完成后被除去包括噬菌体在内的大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放T4丝杆噬菌体不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装，这是一种病毒与宿主细胞的共生关系有包膜动物病毒的装配首先是形成核壳，然后在细胞膜芽出成熟过程中获得包膜，而且这一过程往往与病毒释放同时发生有些病毒是在从宿主细胞内膜芽出的过程中从核膜、高尔基体膜、粗面内质网等膜上获得包膜，比如疱疹病毒有的是从宿主细胞质膜芽出的过程中裹上包膜，如流感病毒植物病毒中的烟草花叶病毒的装配是病毒自我装配的经典范例从图上可以看出,壳体蛋白质亚基首先形成的双层圆盘,然TMV20S后圆盘与靠近的基因组端的特异性装配起始序列结合而转变TMV RNA3,成螺旋，穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环随着蛋RNA白质亚基不断加入，螺旋壳体首先向端生长，端包装完成后，再RNA5,5,向端延伸至核壳成熟3,植物病毒通过植物的维管进行长距离运动，它们在细胞之间的运动则通过胞间连丝进行，这个过程需要病毒编码的运动蛋白的参与有些植物病毒的运动蛋白与胞间连丝结合可增大胞间连丝的孔径，这样就可以允许病毒颗粒或病毒核酸通过胞间连丝在细胞间扩散;有的植物病毒的运动蛋白可以取代胞间连丝，形成利于病毒在细胞间扩散的管状结构最后我们再总结一下病毒的复制周期病毒要完成它的复制周期，首先要完成吸附、侵入和脱壳这三个步骤，这是病毒感染的起始，接下来是病毒大分子的合成，这里包括早期基因的表达、病毒核酸复制和晚期基因的表达，最后是病毒的装配与释放，至此，病毒的一个完整的复制周期就完成了请同学们课后重点复习病毒的一步生长曲线，并且与我们之前学过的细菌的生长曲线做比较病毒的非增殖性感染

3.2同学们好，今天我们来继续学习病毒的非增殖性感染在上一节中，我们学习了病毒的复制周期，在一个完整的复制周期中，病毒在允许细胞内最后产生了具有感染性的子代病毒，那么病。