南京医科大学微生物学与免疫学系南京医科大学微生物学与免疫学系卢卢 春春病毒复制病毒复制（Viral Replication）1医药参考第一节第一节 概概 述述病病毒毒在在活活细细胞胞内内，以以其其基基因因组组为为模模板板，在在酶酶的的作作用用下下，分分别别合合成成病病毒毒基基因因组组及及蛋蛋白白质质，再再组组装装成成完完整整的病毒颗粒，这种方式称为的病毒颗粒，这种方式称为复制复制（replication);从从病病毒毒进进入入宿宿主主细细胞胞开开始始，经经过过基基因因组组复复制制和和病病毒毒蛋蛋白白合合成成，至至释释放放出出子子代代病病毒毒的的全全过过程程，称称为为一一个个复制周期复制周期（replication cycle);病病毒毒的的复复制制周周期期主主要要包包括括吸吸附附、穿穿入入、脱脱壳壳、生生物物合成、组装和释放合成、组装和释放六个连续步骤。六个连续步骤。2医药参考病毒体结构模式图病毒体结构模式图壳粒壳粒衣壳衣壳核心（核样物）核心（核样物）核衣壳核衣壳包膜包膜包膜病毒包膜病毒包膜子粒包膜子粒3医药参考复制周期复制周期4医药参考一、吸附一、吸附(adsorption)分两个阶段：分两个阶段：1. 静静电电吸吸附附：病病毒毒体体与与细细胞胞接接触触，进进行行静静电电结结合合。非非特异性、可逆。特异性、可逆。2.真真正正的的吸吸附附：病病毒毒体体表表面面位位点点（蛋蛋白白质质结结构构）与与宿宿主主细细胞胞膜膜上上相相应应的的受受体体结结合合。是是决决定定病病毒毒感感染染的的真真正开始。正开始。第二节第二节 病毒复制病毒复制5医药参考病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病毒附着在细胞表面，启动病毒感染的第一阶段毒附着在细胞表面，启动病毒感染的第一阶段病毒吸附蛋白（病毒吸附蛋白（VAP）细胞受体（细胞受体（receptor）ADSORPTION6医药参考流感病毒的电镜照片流感病毒的电镜照片7医药参考1 2435 6 7 8PB2PB1NPRNAM2M1NAHA分节段的分节段的ss-RNAPA RNA多聚酶多聚酶核糖核蛋白即核糖核蛋白即RNA+NP（RNP）8医药参考 流感病毒的表面结构流感病毒的表面结构血凝素血凝素(HA)柱状，为三聚体，它基本上以相同的间距覆盖了病毒的全部表面 神经氨酸酶（神经氨酸酶（NA）四个亚单位组成的四聚体，并不平均分布在病毒表面，而是聚合成群。9医药参考VAPInfluenza Virus Glycoprotein Spikes10医药参考11医药参考12医药参考HIV - ReceptorCD4CD4CCR5CXCR4Macrophage or T cells1）嗜巨噬细胞毒株的辅助受体：）嗜巨噬细胞毒株的辅助受体：CCR52）嗜）嗜T细胞毒株的辅助受体：细胞毒株的辅助受体：CXCR413医药参考裸露病毒的吸附裸露病毒的吸附 14医药参考包膜病毒的吸附包膜病毒的吸附 15医药参考 病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿入病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿入方式进入细胞：方式进入细胞：1. 无包膜的病毒无包膜的病毒 一一般般经经过过细细胞胞膜膜吞吞入入，称称为为病病毒毒胞胞饮饮，如如腺腺病病毒毒、小小RNA病毒等病毒等(病毒胞饮可以形成吞噬空泡病毒胞饮可以形成吞噬空泡)二、穿入二、穿入(penetration) 16医药参考病毒胞饮病毒胞饮(病毒胞饮形成的吞噬空泡病毒胞饮形成的吞噬空泡)17医药参考2. 有包膜的病毒有包膜的病毒 包膜与宿主细胞膜融合，病毒的核衣壳直接包膜与宿主细胞膜融合，病毒的核衣壳直接 进入细胞浆内进入细胞浆内 病毒胞饮病毒胞饮: 细胞膜吞入细胞膜吞入(病毒胞饮可以形成吞噬空泡病毒胞饮可以形成吞噬空泡)18医药参考(1) 膜融合后进入膜融合后进入19医药参考(2) 病毒胞饮病毒胞饮(病毒胞饮形成的吞噬空泡病毒胞饮形成的吞噬空泡)20医药参考 不不同同病病毒毒脱脱壳壳方方式式不不一一，多多数数在在宿宿主主细细胞胞溶溶酶体酶作用下脱壳，释放出基因组核酸。酶体酶作用下脱壳，释放出基因组核酸。(1)溶酶体酶直接裂解经过膜融合后进入的衣壳溶酶体酶直接裂解经过膜融合后进入的衣壳;(2)溶酶体酶也可注入吞噬空泡内溶酶体酶也可注入吞噬空泡内,将衣壳裂解将衣壳裂解三、脱壳三、脱壳(uncoating) 21医药参考病病毒毒基基因因组组一一旦旦从从衣衣壳壳中中释释放放后后，就就利利用用宿宿主主细细胞胞提提供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白;早期，病毒复制合成所必需的早期，病毒复制合成所必需的复制酶复制酶和一些和一些抑制蛋白抑制蛋白;生物合成阶段，病毒处于生物合成阶段，病毒处于隐蔽期隐蔽期;根据病毒基因组如何转录成根据病毒基因组如何转录成mRNA、如何指令合成蛋、如何指令合成蛋白质，病毒的生物合成过程可基本归为白质，病毒的生物合成过程可基本归为6大类：大类：双股双股DNA病毒、单正股病毒、单正股RNA病毒、单负股病毒、单负股RNA病毒、逆转病毒、逆转录病毒、单股录病毒、单股DNA病毒和双股病毒和双股RNA病毒病毒。 四、生物合成四、生物合成(biosynthesis)22医药参考病毒的一步生长曲线病毒的一步生长曲线病毒的一步生长曲线病毒的一步生长曲线：以感染时间为横坐标，病毒效价为：以感染时间为横坐标，病毒效价为 纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。23医药参考Class I: Double-stranded DNAThis class can be subdivided into two further groups:A) Replication is exclusively nuclear. The replication of these viruses is relatively dependent on cellular factors. B) Replication occurs in cytoplasm (Poxviridae). These viruses have evolved (or acquired) all the necessary factors for transcription & replication of their genomes & are therefore largely independent of the cellular machinery.24医药参考Class I: Double-stranded DNA痘病毒科，虹彩病毒科痘病毒科，虹彩病毒科疱疹病毒科，多瘤病毒科，腺病毒科，疱疹病毒科，多瘤病毒科，腺病毒科，乳头状病毒科，乳头状病毒科，T4噬菌体等噬菌体等25医药参考病毒病毒DNA早期早期mRNA早期蛋白早期蛋白:DNA多多聚酶和调节蛋白聚酶和调节蛋白子代子代DNA晚期晚期mRNA 晚期蛋白质晚期蛋白质(病毒结构蛋白病毒结构蛋白)转录转录(核内核内)翻译翻译(细质细质)翻译翻译转录转录 复复制制细胞的依赖细胞的依赖DNA的的RNA多聚酶多聚酶26医药参考细胞核内的细胞核内的依赖依赖DNA的的RNA多聚酶多聚酶27医药参考病毒病毒DNA复制子代复制子代DNA:半保留复制模式半保留复制模式28医药参考Semidiscontinuous在解链酶的作用下在解链酶的作用下dsDNA解链解链, 按半保留复制方按半保留复制方式式,以亲代单链以亲代单链DNA为模板为模板,复制出子代双链复制出子代双链DNA29医药参考Class II: Single-stranded (+)sense RNAViruses with polycistronic mRNA. As with all the viruses in this class, the genome RNA forms the mRNA. This is translated to form a polyprotein product, which is subsequently cleaved to form the mature proteins.30医药参考单链正链单链正链RNA病毒的特点：病毒的特点：基因组基因组RNA直接具有直接具有mRNA功能，可直接附着于功能，可直接附着于宿主宿主核糖体上核糖体上转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白（依赖（依赖RNA的的RNA多聚酶），故病毒核酸本身具多聚酶），故病毒核酸本身具有感染性有感染性包括包括:SARS病毒和脊髓灰质炎病毒等病毒和脊髓灰质炎病毒等 31医药参考32医药参考Class II: Single-stranded (+)sense RNA33医药参考单链正股单链正股RNA病毒病毒（-）ssRNA亲代病毒（亲代病毒（+）ssRNA早期蛋白早期蛋白（+）ssRNAdsRNA复制中间型复制中间型（-）ssRNA（+）ssRNA大量子代（大量子代（+）ssRNA晚期蛋白晚期蛋白装配子代病毒装配子代病毒34医药参考Class III: Single-stranded ()sense RNAThe first step in replication is transcription of the ()sense RNA genome by the virion RNA-dependent RNA polymerase to produce monocistronic mRNAs, which also serve as the template for subsequent genome replication. 35医药参考单链负链单链负链RNA病毒的特点：病毒的特点：病毒本身携带有病毒本身携带有依赖依赖RNA的的RNA多聚酶多聚酶，病毒核，病毒核酸本身不具有感染性酸本身不具有感染性包括包括: 流感病毒流感病毒, 腮腺炎症病毒和狂犬病毒等腮腺炎症病毒和狂犬病毒等 36医药参考本身携带依本身携带依赖赖RNA的的RNA多聚酶多聚酶37医药参考单股负股单股负股RNA病毒病毒(病毒自身携带依赖病毒自身携带依赖RNA的的RNA多聚酶多聚酶)亲代（亲代（-ssRNA）（+）mRNA蛋白质蛋白质(依赖依赖RNA的的RNA多聚酶多聚酶和结构蛋白和结构蛋白)（+）ssRNA子代（子代（-）sRNA子代病毒子代病毒自带多聚酶自带多聚酶38医药参考Class IV: Single-stranded (+)sense RNA with DNA IntermediateRetrovirus genomes are (+)sense RNA but unique in that they are diploid, & do not serve directly as mRNA, but as a template for reverse transcription into DNA:39医药参考Class IV: Single-stranded (+)sense RNA with DNA Intermediate40医药参考脂双层膜脂双层膜脂双层膜脂双层膜gp120gp120gp41gp41包膜糖蛋白包膜糖蛋白包膜糖蛋白包膜糖蛋白p24p24衣壳蛋白衣壳蛋白衣壳蛋白衣壳蛋白p17p17内膜蛋白内膜蛋白内膜蛋白内膜蛋白p7p7核衣壳蛋白核衣壳蛋白核衣壳蛋白核衣壳蛋白逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶整合酶整合酶整合酶整合酶基因组：基因组：两条单正链两条单正链RNA双体双体 核心酶蛋白：核心酶蛋白：逆转录酶逆转录酶 整合酶整合酶 蛋白酶蛋白酶衣壳蛋白：衣壳蛋白：P7（核衣壳蛋白）（核衣壳蛋白） P24 （衣壳蛋白）（衣壳蛋白） 内膜蛋白：内膜蛋白：P17脂质双层膜：脂质双层膜：包膜糖蛋白包膜糖蛋白 gp41 gp12041医药参考全长9.75Kb：5-LTR-3个结构基因和6个调节基因-LTR-3 5 、 3 端长末端重复序列（LTR） 5LTR3个结构基因和个结构基因和6个调节基因个调节基因LTR3； 5 、 3 端长末端重复序列（端长末端重复序列（LTR）HIV基因组结构基因组结构42医药参考HIV的复制的复制+ssRNA+ssRNA:-ssDNA-ssDNA:+ssDNA+ssRNA反转录酶反转录酶+细胞的细胞的tRNA为引物为引物RNA酶酶H降解亲代降解亲代RNA；反转录；反转录酶以酶以-ssDNA为模板合成为模板合成+ssDNAProvirus前病毒前病毒整合酶将整合酶将dsDNA整合到细胞染色体整合到细胞染色体NF-KB和和LTR的作用的作用用作病毒基因组用作病毒基因组合成结构蛋白合成结构蛋白43医药参考Class V: Single-stranded DNAReplication occurs in the nucleus, involving the formation of a double-stranded intermediate which serves as a template for the synthesis of single-stranded progeny DNA:44医药参考Class V: Single-stranded DNAssDNA病毒的特点：病毒的特点：种类很少种类很少, 仅人类输血传染病毒仅人类输血传染病毒(TTV) 为为ssDNA病毒病毒;先以亲代先以亲代ssDNA为模板为模板, 合成一个互补链形成中间型合成一个互补链形成中间型 dsDNA, 然后解链然后解链, 由新合成互补链为模板复制出子代由新合成互补链为模板复制出子代ssDNA, 转录转录mRNA和翻译合成病毒蛋白质和翻译合成病毒蛋白质.45医药参考dsRNA病毒的特点：病毒的特点：人类病毒中只有呼肠病毒属于此类人类病毒中只有呼肠病毒属于此类, 病毒基因组共病毒基因组共有有1012个非重叠的个非重叠的dsRNA节段组成节段组成. 每个节段均每个节段均可由病毒自身的可由病毒自身的RNA多聚酶转录出不同的多聚酶转录出不同的mRNA;dsRNA病毒只有其负链病毒只有其负链RNA复制出正链复制出正链RNA, 再由再由正链正链RNA复制出新负链复制出新负链RNA. 故其复制不遵循故其复制不遵循DNA半保留复制的原理半保留复制的原理, 子代子代RNA全部为新合成的全部为新合成的RNA.Class VI: Double-stranded RNA46医药参考 病毒核酸与衣壳装配在一起，形成病毒子。绝大多数DNA病毒均在细胞核内组装，RNA病毒和痘病毒在细胞浆内组装。五、组装五、组装( assembly)47医药参考绝大多数绝大多数无包膜病毒无包膜病毒释放，一次同步，破坏宿主细释放，一次同步，破坏宿主细胞膜，细胞迅速死亡。胞膜，细胞迅速死亡。绝大多数绝大多数有包膜病毒有包膜病毒以出芽方式释出时包上细胞核以出芽方式释出时包上细胞核膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非一次同膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非一次同步，细胞死亡缓慢。步，细胞死亡缓慢。(包膜上脂质和糖类来自细胞，随不同细胞来源而不同，包膜的蛋白包膜上脂质和糖类来自细胞，随不同细胞来源而不同，包膜的蛋白为病毒基因所编码为病毒基因所编码)六、释放六、释放(release)48医药参考Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding 49医药参考复制周期复制周期50医药参考 1、顿挫感染：又称为流产性感染（顿挫感染：又称为流产性感染（abortive infection），因细胞条件不合适，病毒进入细），因细胞条件不合适，病毒进入细 胞能够复制，但装配的速度很慢，甚至有时胞能够复制，但装配的速度很慢，甚至有时 完全不能装配，因而产生了没有传染性的病完全不能装配，因而产生了没有传染性的病 毒体成分，此过程称为顿挫感染。毒体成分，此过程称为顿挫感染。 2、缺陷病毒（缺陷病毒（ defective virus ）：）： 带有不完整带有不完整 基因组的病毒体，称为缺陷病毒，当与辅助基因组的病毒体，称为缺陷病毒，当与辅助 病毒共同感染同一细胞时，可生成有传染性病毒共同感染同一细胞时，可生成有传染性 的病毒体，如的病毒体，如AAV和和HDV 。 第三节第三节 病毒的异常增殖病毒的异常增殖51医药参考 3、病毒干扰：当两种病毒同时感染同一细胞时，病毒干扰：当两种病毒同时感染同一细胞时， 可发生一种病毒抑制了另一种病毒增殖的现可发生一种病毒抑制了另一种病毒增殖的现 象，即病毒干扰（象，即病毒干扰（viral interference）。）。 1）自身干扰，高滴度的同一株病毒连续传代培养，）自身干扰，高滴度的同一株病毒连续传代培养， 生成一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡生成一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡 胚；胚； 2）同种干扰，同种病毒不同型间，如流感病毒）同种干扰，同种病毒不同型间，如流感病毒A1型型 和和A2型之间；型之间； 3）异种干扰，不同种病毒之间，如甲型和乙型流感）异种干扰，不同种病毒之间，如甲型和乙型流感 病毒。病毒。52医药参考Thanks!53医药参考