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1、a,第一章 导论病毒学概述,教材与参考书：,普通病毒学谢天恩，胡志红主编，科学出版社，2002年动物病毒学（第二版）殷震主编，科学出版社，1997年分子病毒学徐耀先，周晓峰等编著，湖北科技出版社，2000年4.Molecular Virology,2nd edition,DR.Harper,1999,1.专业课，为微生物学等课程的深入。2.掌握病毒学的基础知识、基本理论和发展方向。3.方法：广泛阅读，跟踪进展，开拓视野（网络、期刊）。,学习目的和方法,同人类争夺地球统治权的唯一竞争者就是病毒 Joshua Lederberg 1958年诺贝尔奖获得者,美国遗传学家、诺贝尔奖获得者约瑟华莱德伯格
2、（JoshuaLederberg，1925年生，美国遗传学家，细菌遗传学的创始人之一，因为发现细菌的基因重组、提出新的遗传观点而获得1958年的诺贝尔生理学和医学奖,“微生物的世界就像一个拥有相同基因信息的万维网络，微生物能够无比迅速地适应基因变化并且将其世代相传，这使得它们在进化竞争中与人类不相上下。”,金黄色葡萄球菌,立克次体,衣原体,流感病毒,乙脑病毒,痘苗病毒,脊髓灰质炎病毒,嗜菌体,腺病毒,“virus”一词源于拉丁文，原指一种动物来源的毒素。病毒能增殖、遗传和演化，因而具有生命最基本的特征，但至今对它还没有公认的定义。最初用来识别病毒的性状，如个体微小、一般在光学显微镜下不能看到、
3、可通过细菌所不能通过的滤器、在人工培养基上不能生长、具有致病性等，现仍有实用意义。,但从本质上区分病毒和其他生物的特征是：含有单一种核酸（DNA或RNA）的基因组和蛋白质外壳，没有细胞结构；在感染细胞的同时或稍后释放其核酸，然后以核酸复制的方式增殖。严格的细胞内寄生性。病毒缺乏独立的代谢能力，只能在活的宿主细胞中，利用细胞的生物合成机器来复制其核酸并合成由其核酸所编码的蛋白，最后装配成完整的、有感染性的病毒单位，即病毒粒。,1.1 病毒的发现与研究历史1.2 病毒学研究的对象及任务1.3 病毒学资源1.4 病毒学发展趋势,1.1 病毒的发现与研究历史,一、经验时期 病毒病由来已久人类病毒：公元
4、十世纪宋真宗时代接种 人痘预防天花 1796英国医生琴纳（Jenner）接种牛痘 动物病毒：法国人巴斯德（Pasteur）在 1884年发明了狂犬疫苗,昆虫病毒：十二世纪中叶我国农书已有关于家蚕“高节”、“脚肿”等病症的记载 植物病毒：郁金香碎色病 荷兰的种植者用嫁接法使郁金香感染病毒而开出美丽的碎色花朵；,来源于生产实践，不了解病毒的本质,9朵感染病毒的郁金香,二、发现时期 病毒的发现与发现者1886年 Adolf Mayer在荷兰工作的德国人麦尔 发现烟草花叶病，认为可能是细菌病。1892年 Ivanovski 发现花叶病的叶汁经过细菌滤器的过滤也仍具有传染的性质，认为由细菌毒素引起189
5、8年 Beijerinck 命名Virus，认为这种侵染性物质要比通常的细菌小，真正发现病毒的存在。,1.1 病毒的发现与研究历史,伊万诺夫斯基,贝杰林克,开创了病毒学独立发展的历程,1.1 病毒的发现与研究历史,三、病毒学的发展历程（一）病毒病害的病原研究阶段 自病毒发现直到上个世纪30年代初，病毒学研究主要集中在：1.分离和鉴定引起各种病毒性疾病的病毒2.病毒对机体所引起的特异性病理效应3.病毒的传播方式和感染宿主范围4.各种理化因子对病毒感染的影响等方面,1898年德国细菌学家勒夫勒和弗罗施（Loeffler和Frosch）证实了口蹄疫病毒(Foot-and-mouth disease
6、virus)的存在。1911年,劳斯(Rous)发现了引起鸡的恶性肿瘤的劳斯肉瘤病毒（Rous sarcoma virus，RSV）。1915-1917年,托特和代列尔（Twort和dHerelle）分别发现了噬菌体。相继发现流感、骨髓灰质炎、几种脑炎、狂犬病、兔的粘液瘤、马铃薯花叶病、卷叶病、和条斑病、黄瓜花叶病、小麦花叶病病毒病等。在机体水平上研究了病毒感染的症状、传播途径、传播介体以及病毒的繁殖特征。,主要贡献,劳斯（1879-1970）美国著名病毒学家，证明动物的癌症由病毒引起，1966年获诺贝尔生理学医学奖,1899年古巴流行黄热病，细菌学家里德（Reed）证明是伊蚊传播病毒。192
7、9年证明郁金香碎色病是蚜虫传播病毒。发现一些非常有趣的病毒生物学现象：病毒的变异：一种病毒通过变异，产生致病力强弱不等毒株。干扰现象：同一种病毒的不同毒株彼此间有拮抗。病毒与免疫：还有人发现把病植株的汁液注入到动物体内后，动物的血清和病汁液起特异的反应。对病毒本质的认识还很肤浅，认为病毒是一种与细菌类似的病原体，所不同的仅在于病毒必须在生活的细胞内才能繁殖，能够通过细菌滤器。称之为“超显微的滤过性病毒”。,主要贡献,1.1 病毒的发现与研究历史,三、病毒学的发展历程,（二）病毒的化学和结构研究阶段 1.确定病毒的化学组分,1935年，美国生化学家斯坦利（Stanley）提纯了烟草花叶病毒（TM
8、V），1946年获得诺贝尔奖。Stanley 的研究论文1953年发表在Science杂志上，他在论文中写道：“烟草花叶病毒是一种具有自我催化能力的蛋白质，它的增殖需要活体细胞的存在”。,1955年，Scaffer和Schwerdt成功地结晶了脊髓灰质炎病毒，它是第一个被结晶出来的动物病毒。,1936年，Bawden和Pirie等在纯化的TMV中发现了含磷和糖类的组分，它们以核糖核酸的形式存在，通过热变化，这种核酸可以从病毒粒子中释放出来，这一发现也被Stanley不久证实，Stanley及其同事证实几种不同植物病毒的核酸也能从核蛋白的形式中被分离出来。,TMV的结晶及其化学本质的发现是对医学
9、和生物科学的巨大贡献，它不仅引导人们从分子水平去认识生命的本质，而且为分子病毒学和分子生物学的诞生奠定了基础。,TMV是核蛋白,2、电子显微镜的应用,（二）病毒的化学和结构研究阶段,1931年，由M克诺尔与E鲁斯卡在柏林工学院制造出第一台透射电子显微镜。由于病毒只有在电子显微镜下才能被观察到，电子显微镜的发明促进了病毒学的建立。获得1986年诺贝尔物理奖。,三、病毒学的发展历程,TMV,TYMV,Phage,1939年，G.A.Kansche（柯施）在电镜下直接观察到了TMV，是一种直径为1.5nm，长为300nm的长杆状的颗粒；番茄黄化花叶病毒（Tomato yellow mosaic vi
10、rus,TYMV）颗粒为球形，直径为25nm。dHerelle（代列尔）的噬菌体最初的电镜照片曾引起很大的轰动，仅为10nm,其他重要贡献,分离鉴定了近百种病毒在机体水平上研究了病毒的繁殖、发病机理和免疫反应等认为病毒学只是微生物学的一个分支对病毒化学本质的了解也较为肤浅尚未形成独立学科，尚有很大争论，众说纷纭。,1934年M.Schlesinger 获得了纯化的噬菌体1938年W.J.Elford 测定了各种病毒颗粒大小等 采用敏感动物（如小白鼠）或动物胚胎（如鸡胚）来研究病毒,1.1 病毒的发现与研究历史,三、病毒学的发展历程,（三）病毒研究的细胞水平时期,本世纪40年代至60年代,1、利
11、用大肠杆菌研究噬菌体的感染过程取得了迅速发展。M.Delbruck德尔布吕克和A.D.Hershey赫尔希等领导的“噬菌体小组”1940年M.Delbruck阐明了噬菌体的复制周期 1950年A.Lwoff揭示了溶原性噬菌体诱导的原理 1952年A.D.Hershey证明了噬菌体DNA的感染性 1952年N.D.Zinder发现了噬菌体的转导现象 1952年E.Wollman发现了溶原性噬菌体,M.Delbruck1969年诺贝尔生理学或医学奖,1.1 病毒的发现与研究历史,三、病毒学的发展历程,（三）病毒研究的细胞水平时期,2、组织培养技术开始应用于动物病毒的研究 1943年，黄祯祥利用鸡胚
12、组织块在试管内进行病毒传代、定量滴定及中和试验。1958年，高尚荫在国际病毒学研讨会上宣读培养活细胞的组织培养方法研究昆虫病毒 1949年，J.J.Enders恩德斯利用单层细胞培养繁殖脊髓灰质炎病毒取得成功，1954年获得诺贝尔奖,逐步形成了一门独立的学科对病毒的化学本质有了更清晰的认识,1.1 病毒的发现与研究历史,三、病毒学的发展历程,（四）分子病毒学的研究时期1953年，Watson和Crick建立了DNA双螺旋结构理论1962年，D.L.D.Casfar阐明了许多病毒的二十面体结构1962年，D.Nathans成功地进行了噬菌体RNA的体外翻译1965年，S.Spiegelman成功
13、地在体外复制出Q噬菌体RNA1967年，M.Goulian成功地体外复制X174噬菌体1967年，T.O.Diener发现了马铃薯纺锤形块茎病类病毒（Viroids）1968年，P.H.Duesberg发现流感病毒的多节段RNA基因组1970年，P.H.Duelerg发现Rous肉瘤病毒含有癌基因v-src1970年，H.M.Temin和D.Baltimor巴尔的摩分别发现了病毒的逆转录酶,1977年，英国剑桥大学的Sanger完成了X174-DNA全部序列的测定1977年，LTChow阐明了腺病毒转录过程中的mRNA拼接现象1978年，WFiers和V.B.Reddy测定了SV40-DNA的
14、一级结构由5224个碱基对组成。SV40是第一个全部核苷酸序列被搞清楚的真核病毒1981年，D.K.Kleid等利用重组DNA技术制备出口蹄疫病毒疫苗1982年，J.Summers等发现乙型肝炎病毒DNA复制中有逆转录过程1982年，B.Moss和E.Paoletti用痘苗病毒作为载体表达外源基因1983年，Montagnier和R.C.Gallo分别分离到与AIDS相关的人类逆转录病毒（HIV）；,1993年，美国科学家K.Mullis穆利斯 由于发明了PCR仪而与第一个设计基因定点突变的Smith史密斯 共享诺贝尔化学奖。1993年，Roberts罗伯茨 和Sharp发现断裂基因 1997
15、年，美国加利福尼亚大学的神经病学和病毒学教授S.Prusiner普鲁西纳由于发现了羊瘙痒病的致病因子是朊病毒（prion），以及提出了疯牛病、Creutz-feldt-Jakob氏病、Kuru病等脑退化性疾病是由朊病毒引起的理论，而获得了诺贝尔医学奖。,巴尔的摩(1938-)美国著名细胞生物学、免疫学和病毒学家，发现了逆转录酶，获1975年诺贝尔生理学医学奖,桑格(1918-)英国著名化学家，两次荣获诺贝尔化学奖，确定了胰岛素的氨基酸排序和噬菌体（174）DNA序列,1）病毒学经过上述四个时期的发展，逐渐形成和成熟起来。2）随着病毒基因组复制、基因表达调控原理、病毒与宿主细胞的相互作用规律，病
16、毒感染和致病的分子机制的揭示，人类对病毒的认识进一步深入。3）分子病毒学在技术上的革新和进步，它将为人类克服和战胜病毒病做出贡献。,有益的启示,严谨的科学态度,立论,实验设计,提出新观点,验证理论,创新结论,1.2 病毒学研究的对象及任务,（一）什么是病毒,一、病毒学研究的对象,病毒（virus)是指那些在化学组成和增殖方式上独具特点的，只能在宿主细胞内进行复制的微生物或遗传单位。,超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生,病毒的概念在不断发展，至今尚难以给出准确定义,滤过性,可结晶蛋白体,核蛋白体,类病毒,朊病毒,假病毒、缺陷病毒,反转子（retron）,（二）病毒存在的两重性 病毒的生命
17、活动很特殊，对细胞有绝对的依存性。其存在形式有二：一是细胞外形式，一是细胞内形式。存在于细胞外环境时，则不显复制活性，但保持感染活性，是病毒体或病毒颗粒形式。进入细胞内则解体释放出核酸分子（DNA或RNA），借细胞内环境的条件以独特的生命活动体系进行复制，是为核酸分子形式。,（三）病毒的结晶性与非结晶性 病毒可提纯为结晶体。我们知道结晶体是一个化学概念，是很多无机化合物存在的一种形式，我们可以认为某些病毒有化学结晶型和生命活动型的两种形式。,（四）颗粒形式与基因形式 病毒以颗粒形式存在于细胞之外，此时，只具感染性。一旦感染细胞病毒解体而释放出核酸基因组，然后才能进行复制和增殖，并产生新的子代病
18、毒。有的病毒基因组整合于细胞基因组，随细胞的繁殖而增殖，此时病毒即以基因形式增殖，而不是以颗粒形式增殖，这是病毒潜伏感染的一种方式。,1.2 病毒学研究的对象及任务,（二）病毒性质的两重性 1.生命形式的两重性 存在形式：化学分子与细胞内寄生 结晶体与非结晶体 颗粒体形式与基因形式,一、病毒学研究的对象,杂种病毒与纯种病毒,2.结构和功能的两重性,标准病毒与缺陷病毒,假病毒与真病毒,缺陷病毒：装配不完全的病毒（缺损病毒，defective virus,Di颗粒）标准病毒：产生缺陷病毒的原亲代病毒,假型病毒：一种病毒的核酸被另一病毒外壳包裹假病毒：细胞DNA被病毒外壳包裹真病毒：一种病毒的外壳包
19、裹自己的核酸,杂种病毒：在混合感染中，病毒外壳包裹两种病毒的核酸。,纯种病毒：,1）致病性与非致病性 2）急性感染与慢性感染,3.病理学两重性,3）过客病毒：某一病毒对宿主无致病性，则该病毒称为 此宿主的过客病毒。4）病原病毒：某一病毒对宿主有致病性，则该病毒称为 此宿主的病原病毒。,病毒的致病性和非致病性 关于致病性和非致病性问题，是同宿主细胞相对而言的，在分子水平、细胞水平和机体水平，可能有不同的含义。在细胞水平有细胞病变作用，但在机体水平可能并不显示临床症状，此可称为亚临床感染或不显感染。,目前对病毒的概念可以是：病毒是代谢上无活性，有感染性，而不一定有致病性的因子，他们小于细胞，但大于
20、大多数大分子，他们无一例外地在活细胞内繁殖。他们含有一个蛋白质或脂蛋白外壳和一种核酸，或，甚至只含有核酸而内有蛋白质，或只有蛋白质而没有核酸，它们作为大分子似乎太复杂，作为生物体它们的生理和复制方式又千姿百态。Lwoff在“病毒的概念”一文中强调病毒的特殊性时指出，“病毒应该就是病毒，因为它们是病毒”。,一、病毒学研究的对象,（三）病毒的类群 1.原核病毒 细菌病毒：如大肠杆菌T4噬菌体 其他原核细胞病毒：放线菌、藻类 卫星病毒:如丁肝病毒（HDV），需HBV作辅助病毒，常与HBV联合感染。2.真核病毒 植物病毒：TMV 脊椎动物病毒：人类病毒、禽、畜病毒 无脊椎动物病毒：昆虫病毒,二、病毒学
21、研究的任务,1.2 病毒学研究的对象及任务,1.防治和控制疾病；2.基础理论研究：生命起源与进化、认识生命本质。3.利用病毒造福人类：生物防治、病毒基因工程。,1.2 病毒学研究的对象及任务,三、病毒学研究的分支学科,普通病毒学医学病毒学昆虫病毒学兽医病毒学昆虫病毒学植物病毒学细菌病毒学肿瘤病毒学分子病毒学环境病毒学,1.3 病毒学资源,外文期刊：J VIROLOGY 5.241REV MED VIROLOGY 5.229 VIROLOGY 3.363J GEN VIROLOGY 3.300J MED VIROLOGY 2.629 J VIROLOGICAL METHODS 1.938 INT
22、ERVIROLOGY 1.441,中文期刊：病毒学报中国病毒学实验和临床病毒学杂志,一、主要期刊,1.3 病毒学资源,二、主要机构,国外研究机构：美国国家卫生研究院（NIH）全美传染病军事研究院（马里兰州）德国Robert Koch研究所德国马堡流感研究协会 法国巴斯德研究所,国内研究机构：预防医学科学院中国军事医学科学院中科院武汉病毒所中国科学院微生物研究所中国疾病预防控制中心武汉大学中山大学协和医科大学解放军长春农牧大学,1.3 病毒学资源,http:/This is a MUST VISIT http:/microbiol.org/vlmicro/vl_virol.htm http:/a
23、g.arizona.edu/zxiong/,三、网络资源,中国期刊网、万方数据china.sciencemag.org（科学在线）http:/210.32.200.61/microbiology/index.htm(微生物教学辅助网站）,1.3 病毒学资源,四、著名病毒学家,特明(19351994)美国病毒学家,巴尔的摩(1938)美国病毒学家、分子生物学家,劳斯(18791970)美国医学家、病毒学家，发现劳斯肉瘤病毒，1966年获诺贝尔奖。,1970年，特明和巴尔的摩发现了“逆转录酶”，阐明了肿瘤病毒与 细胞遗传物质的相互作用，并揭示了生物遗传中由RNA形成DNA的过程，是分子遗传学的重大
24、突破。他们于1975年获奖。,意义：揭示了病毒正链RNA基因组复制和基因表达的一种新类型。2.对20世纪60年代所形成的中心法则理论的重要修饰和补充。3.逆转录酶广泛应用于cDNA克隆的技术。,（一）反转录酶的发现,20世纪70年代 反转录酶的发现-RNA肿瘤病毒,1.3 病毒学资源,四、著名病毒学家,杜尔贝科(1914)意大利裔美国病毒学家，1958年，杜尔贝科发现了病毒导致正常细胞 转化为癌细胞的过程；于1975年获奖。,(左)瓦慕斯(1940)美国微生物学家、病毒学家(右)毕晓普(1936)美国生物化学家、病毒学家他们在70年代发现动物的致癌基因不是来自病毒，而是来自动物体内正常细胞内所
25、存在的一种基因原癌基因。于1989年获奖。,1.3 病毒学资源,四、著名病毒学家,何大一，洛克菲勒艾伦戴蒙德艾滋病研究中心主任。发明著名的鸡尾酒疗法.,赖明昭，美国南加州大学医学院教授，被誉为冠状病毒研究之父。,普鲁西纳(1942)美国神经学家，70至80年代发现了一种比病毒还小、不存在核酸的微生物致病因 子朊病毒，于1997年获奖。,1.3 病毒学资源,四、著名病毒学家,黄祯祥(1910-1987)中国科学院院士，病毒学家从事医学病毒研究,高尚荫(1909-1989)中国科学院院士，病毒学家从事烟草花叶病毒、流感病毒、昆虫病毒等研究,汤飞凡（1897-1958）第一个发现沙眼衣原体，早期研究
26、疱疹、牛痘等病毒,毛江森院士（1934-）浙江医学科学院研究员、院长，70年代末分离出甲型肝炎病毒（HAV），培养出甲肝减毒活疫苗毒种（H2减毒株）,候云德，中国工程院副院长，工程院院士，分子病毒学家，在干扰素及痘苗病毒基因结构与功能的研究方面具有突出的建树,田波（1931-）中国科学院院士，中国微生物研究所、武汉大学教授。从事分子病毒学和抗病毒和类病毒病的基因工程植物研究。,著名病毒学家,朱既明（1917年-），病毒学家，中科院院士，中国医学科学院病毒研究所，从事医学病毒研究（流感病毒）,曾毅（1929-），中国科学院院士。中国预防医学科学院院长。病毒学家。主要研究EB病毒与HIV，1987
27、年分离出第一个中国的HIV-1毒株。,裘维藩(1912-)中国科学院院士，植物病理学家，北京农业大学教授，完成中国第一部植物病毒学专著,著名病毒学家,1.4 病毒学发展趋势,一、病毒功能基因组学和蛋白质组学研究,1.从核酸及蛋白质水平认识病毒，了解它们的致病机理与诊断防治。2.系统生物学理论的建立 系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。也就是说，系统生物学不同于以往的实验生物学仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。3.
28、新的诊断/预防/药物的发展与利用,二、新出现或再现的病原微生物的特性与诊断、防治,新的传染病不断出现，近20年来，新增加了30多种新传染病，如艾滋病、军团菌病、莱姆病（Lyme）、埃博拉出血热（Ebola）、拉沙热（Lassa）、O139型霍乱、致病性大肠杆菌O157H7引起的出血性肠炎、疯牛病(克-雅氏病)、病毒性肝炎的丙型、丁型、戊型、庚型等等。当今病毒引起的疾病占所有传染病的四分之三。狂犬病：传染病中死亡率最高。有疫苗可以预防。病毒性肝炎：传染病发病率最高。艾滋病：2002年全球死亡300万人，我国预测HIV感染人数以30%速度增加。2010年达1000万感染者。全球达4000万感染者。
29、SARS:5000余人发病，造成大量损失。其他：禽流感的发生宰杀数百万头鸡，Nipah病毒杀100万头猪。,1.4 病毒学发展趋势,近年新出现或再现病毒的特点多数为人畜共患病的病原，可能由动物传给人。可能由昆虫或节肢动物为中间媒介。随交通旅行或工作生活习性改变、环境气候变化而传播。所致疾病的诊断需作病原学确证。,1.4 病毒学发展趋势,1.生命起源、变异、毒力改变、进化。2.病毒与宿主的相互作用。3.肿瘤病毒学。,1.4 病毒学发展趋势,三、病毒分子病理学研究,复习思考题：1.什么是病毒？病毒与其他生物的主要区别是什么？2.病毒是一种致病因子，又是一种具有遗传特点的因子，这有何生物学意义？3.病毒的发现在生物学和医学发展中的地位？,
