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第十三章

第十三章. 病毒. Viruses. General characteristics of viruses. Viruses : 非活的生命體 or 活的生命體 ? Viruses : 相當微小 ( 可被過濾 ), 且為 obligatory intracellular parasites. 需活的宿主以供生殖 . Viruses 本質 : 1. 含單一類型核酸 , 即 DNA or RNA. 2. 含包圍住核酸的蛋白外殼 . 3. 使用胞內的合成機器 , 以供其增殖 .

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第十三章

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Presentation Transcript

  1. 第十三章 病毒 Viruses

  2. General characteristics of viruses • Viruses : 非活的生命體 or 活的生命體 ? • Viruses : 相當微小(可被過濾), 且為obligatory intracellular parasites. 需活的宿主以供生殖. • Viruses 本質 : 1. 含單一類型核酸, 即DNA or RNA. 2. 含包圍住核酸的蛋白外殼. 3. 使用胞內的合成機器, 以供其增殖. 4. 造成特殊結構之合成, 使病毒的核酸轉移至其他cell.

  3. Host range : • Host rang : 指virus 感染宿主細胞的範圍(spectrum). • 大多數virus只感染單一宿主之專一類型的細胞. • 能感染細菌的virus稱「噬菌體」(bacteriophages, phages). • 病毒特定的宿主, 由病毒是否具專一性附著宿主細胞之條件, 及在宿主細胞內之因子能否供病 毒增殖所需決定.

  4. Viral size : • 由電子顯微鏡確定, 一般比細菌小. • 長度介於 20~14,000 nm. Fig. 13.1

  5. Viral structure : • Virion : 具感染力,由核酸及蛋白外殼組成. • Nucleic acid : 1. 一個 virus 含單一核酸, 即 DNA or RNA. 2. Virus 核酸可為單股 or 雙股, 如雙股 DNA, RNA or 單股 DNA, RNA.

  6. Capsid and envelope : 1. Virus的核酸由稱「衣殼(capsid)」的蛋白質封套所包圍. 2. 每一capsid由殼粒(capsomeres)的蛋白質次單位組成. 3. 殼粒排列形態可作為某類病毒特性. 4. Capsid 會被envelope覆蓋, envelope由一些脂質, 蛋白質, 醣類等組成. Fig. 13.2a Fig. 13.2b Fig. 13.3a

  7. 5. 依 virus 類型, 封套可被或不被 spikes 所覆蓋. Spikes為醣類與蛋白質之complex, 其可做為virus鑑定依據, 如流感病毒之spikes具凝集RBC能力, 除結合RBC外, 亦能形成橋樑, 此現象稱hemagglutination. 6. 無封套覆蓋外殼之病毒, 稱nonenveloped viruses. 其衣殼具保護病毒核酸免受nuclease作用. 7. 宿主被病毒感染時, 宿主系統被刺激而產生 抗體(為一種protein & viruses表面蛋白反應).

  8. General morphology : 衣殼可由電子顯微鏡 & X-ray 結晶圖像顯示 • Helical viruses 似桿狀, 堅固或柔軟狀. 核酸存在中空, 圓柱狀呈螺紋結構之衣殼內, 如狂犬病病毒 & 伊波拉出血熱病毒. • Polyhedral viruses • 動物, 植物與細菌之 virus 均為多面形或多邊形. • 衣殼呈二十面體(icosahedron), 為具20個 三角形面與12個角之多面體, 每一面殼粒 均呈等邊三角形. 如乳腺病毒 & 小兒麻痺病毒. Fig. 13.4 Fig. 13.2a Fig. 13.2b

  9. Enveloped viruses 衣殼被封套覆蓋, 病毒呈略圓, 當螺旋狀或多面形病毒被封套包圍後, 則稱「enveloped helical viruses」(如流感病毒, Influzenavirus 屬) or 「enveloped polyhedral viruses」(如單純疱疹病毒, Simplexvirus 屬). • Complex viruses 1. Bacterial viruses 具複雜Str. , 稱 complex viruses, 如噬菌體. 2. 噬菌體衣殼呈多面形, 尾鞘呈螺旋狀, 頭部含核酸. 3. 另一複雜形病毒為痘病毒. Fig. 13.5

  10. Taxonomy of viruses • 最古老病毒分類以徵候學(symptomatology)為基礎, 但今已不適用. • 1996年, ICTV (International Committee on the Taxonomy of Viruses)依據 : (1) 核酸種類, (2) 複雜策略, (3) 形態學等, 將viruses歸類成科, 科名字尾以~viridae表示; 屬名字尾用~virus表示. ICTV 分類有二例外 : 複雜型噬菌體(另置一目) & 負股 RNA (-RNA)之封套病毒(為單負病毒科, Monoegavirales). • Viral species : 為一群具相同遺傳訊息 及生態學範圍之病毒.

  11. The isolation, cultivation, and identification of viruses • Growing bacteriophages in the laboratory 1. Bacteriophages 能生長在含細菌之液體 media or solid media. Solid media 能以 plaque method 進行 viruses 之測定及定量. 2. 將 bacteriophages, host, agar mix., 倒入含 agar 之solid media中, 再將 viruses 與細菌之mixture慢慢凝固為約一cell厚度之薄層  病毒斑 (plaques). 3. Plaque-forming units(PFU) 表示病毒濃度. Fig. 13.6

  12. Growing animal viruses in the laboratory 1. In living animals 如小白鼠, 兔子, 天竺鼠. 黑猩猩 : HIV-1 Lentivirus 屬病毒 : 與免疫缺陷疾病有關. 2. In embryonated eggs 最廣泛應用於病毒之分離與培養, 並常作為病毒培 養供製造疫苗. Fig. 13.7

  13. 3. In cell cultures (1) 以酵素處理動物組織切片, 分開各個單獨細胞. (2) 當病毒感染單層細胞後會降低細胞之繁殖稱細胞病變效應(cytopathic effect; CPE). (3) Primary cell lines, diploid cell lines, continuous cell lines… Fig. 13.8 Fig. 13.9

  14. Viral identification 1. Electronic microscopy, West-blotting 2. Restriction gragment length polymorphisms (RFLP) 3. Polymerase chin reaction (PCR)

  15. Viral multiplication • Multiplication of bacteriophages 1. 有二種可替代之機制進行增殖, 即 lytic cycle (宿主會被溶解死亡) or lysogenic cycle (宿主細胞仍存活). 2. 以T-even bacteriophages (T2, T4 & T6)描述其在 E. coli宿主之增殖, 作為lytic cycle之例子. T-even bacteriophages 具大且複雜, 不具封套之病毒顆粒. 增殖週期分五階段 : Fig. 13.5a & 13.10

  16. (1) Attachment (or adsorption) : viruses 之附著至細菌之結 合位置, 兩者間形成微弱 化學鍵結. (2) Penetration : 將DNA注入細菌體內. 為噬菌體尾部釋放 lysozyme, 破壞細菌cell wall. (3) Biosynthesis : 病毒核酸及蛋白質行生合成, 而宿主之合 成則被終止.  mRNA 轉錄  消散期(eclipse period) (4) Maturation : 噬菌體DNA及衣殼蛋白質合成完 整病毒顆粒之過程. (5) Release : 自宿主釋出病毒顆粒. Lysis : cell membrane 溶解 & 破裂

  17. A one-step growth experiment 1. 噬菌體附著至細菌到釋出新病毒顆粒之時間, 稱 burst time, 約 20-40 min.; 而從單一細胞所釋出的新噬菌體顆粒數目, 稱 burst size, 約 50-200 個. 2. 噬菌體增殖之各階段, 可由單一步驟生長試驗證實. 3. 過程為噬菌體懸浮液稀釋至僅含少數病毒顆粒, 感染宿主, 之後定期將病毒顆粒從培養液中移出, 接種至含宿主之 solid media, 再以病毒斑法測定噬菌體數量. Fig. 13.11 Fig. 13.6

  18. Bacteriophages lambda () : the lysogenic cycle 1. 有些噬菌體除能進行完整分裂期外, 亦能將其 DNA 嵌入宿主細胞之DNA中, 進行潛溶期, 稱潛溶態(lysogeny), 噬菌體保持潛伏狀態(不活化), 此類噬菌體稱 lysogenic phages or temperate phages, 而宿主細胞稱 lysogenic cells. 2. Fig. 13.12 為 lysogenic cycle 之例子. Fig. 13.12

  19. 3. 嵌入的噬菌體 DNA 稱 prophage, 其大部份之基因會被二個原屬於噬菌體基因所轉譯之蛋白質產物所壓抑, 即 repressor, repressor 可與 operator 結合而終止噬菌體其他基因之轉錄, 其中包含調控virus 合成及釋出噬菌體之基因, 在 E. coli的 lac operon, 所調控之基因由 lac repressor 所壓抑與此相同.

  20. 4. Lysogenic cycle 有三重要影響 : (1). Lysogenic cells 可免於同類噬菌體之感染 (2). 使宿主細胞呈現新性狀. 如 : (i) 白喉分支桿菌能造成白喉, 為產生白喉毒素所致, 此毒素為一種溫和型噬菌體感染此菌後, 由原噬菌體的基因所轉譯. (ii) 另一例子為鏈球菌感染一種溫和型噬菌體, 可產生與猩紅熱有關之基因. (iii) 肉毒梭狀桿菌之肉毒菌病, 與致病性 霍亂弧菌之霍亂毒素相同.

  21. (3). 造成 specialized transduction. 細菌基因可被包入噬菌體衣殼, 並隨之 轉至其他cell 之過程, 稱一般性轉導作 用(generalized transduction). Specialized transduction 由潛溶型噬菌 體所傳遞, 將細菌 DNA 與 virus DNA 一起包在同一衣殼內. Fig. 13.13

  22. Multiplication of animal viruses 1. 動物病毒之增殖接續在噬菌體增殖之後, 二者差異如 2. 噬菌體之宿主為原核細胞, 而動物病毒為真核細胞. 3. 動物病毒之增殖步驟分附著, 侵入 & 去殼. Table 13.3

  23. (1) Attachment  Binding site 在細胞膜上之蛋白質與醣蛋白.  動物病毒附著位無噬菌體之尾部纖維結構而是散開分佈於病毒表面.  附著可啟發開發新藥以阻止病毒感染, 如單株抗體. Fig. 13.14a

  24. (2) Penetration  藉 endocytosis 侵入真核細胞.  細胞膜連續向內折疊形成囊泡.  若病毒顆粒附著在宿主細胞膜外層(又稱微絨毛), 宿主細胞便將病毒顆粒包入細胞膜折疊, 形成囊泡.  具封套之病毒以fusion侵入細胞, 如 HIV. Fig. 13.14b,c

  25. (3) Uncoating  為病毒核酸自蛋白封套脫離之過程.  有(i)藉吞噬細胞空泡及宿主細胞囊中溶體酵素作用 (ii) 痘病毒以自我合成專一性酵素作用 (iii) 藉由宿主細胞質酵素作用, 完成脫殼步驟. (iv) 小兒麻痺病毒在附著同時即開始脫殼, 為一特例. Fig. 13.14d

  26. The biosynthesis of DNA viruses 1. DNA virus 以本身之酵素在宿主細胞核內複製; 衣殼與其他蛋白質則利用宿主酵素, 在細胞質中合成. 2. 合成之蛋白質移入核內, 與新複製之子代DNA結合, 形成病毒顆粒, 再沿內質網送至宿主細胞膜, 最後釋出細胞. 3. 疱疹病毒, 乳頭狀瘤空泡病毒, 腺病毒及肝炎病毒依此模式行生合成. 但痘病毒則例外, 因其所有成分, 包括複製 DNA 均在細胞質中進行. Table 13.4

  27. 1. Adenoviridae : 由腺狀腫分離出, 引起急性 呼吸疾病. 2. Poxviridae : 可引起天花及牛痘, 且皮膚病 變. 3. Herpesviridae : 約100種, 命名是出現在唇疱疹之後. 感染人類之疱疹病毒(HHV)品系包括唇疱疹(HHV-1 & HHV-2, Simplexvirus屬), 雞痘 (HHV-3, Varicellvirus 屬), 傳染性單核球症(HHV-4 or Epstein-Barr virus, Lymphocryptovirus屬), HHV-5 (Cytomegalovirus 屬), HHV-6 (Roseolovirus屬). HHV-7 (感染嬰兒), HHV-8 (AIDS p’t 之Kaposi’s sarcoma) Fig. 13.15a Fig. 13.15b

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