2018年全国执业兽医资格考试 第七篇(十五)--病毒基本特性

2023-05-10 14:56:27

病毒(virus)是最小的微生物,必须用电子显微镜放大几万至几十万倍后方可观察到。其结构简单,表现为无完整的细胞结构,仅有一种核酸(DNA或RNA)作为遗传物质,必须在活细胞内方可显示其生命活性。病毒在活细胞内,不是进行类似细菌等的二分裂繁殖,而是根据病毒核酸的指令,大量复制出病毒的子代,并导致细胞发生多种改变。

第一节   病毒的结构

病毒一般以病毒颗粒或病毒子的形式存在,具有一定的形态、结构及传染性。病毒颗粒极其微小,测量单位为纳米(nm,1/1000um),用电子显微镜才能观察到。最大的病毒为痘病毒,约300nm;最小的圆环病毒仅17nm。病毒颗粒的形态有多种,多数为球状,少数杆状、丝状或子弹状等。有的则表现为多形性,如副黏病毒和冠状病毒等。痘病毒为砖状。

一、病毒的基本结构

(一)核衣壳

完整的病毒颗粒主要由核酸和蛋白质组成。核酸构成病毒的基因组,为病毒的复制、遗传和变异等功能提供遗传信息。由核酸组成的芯髓被衣壳包裹,衣壳与芯髓在一起组成核衣壳。衣壳的成分是蛋白质,其功能是保护病毒的核酸免受环境中核酸酶或其他影响因素的破坏,并能介导病毒核酸进入宿主细胞。衣壳蛋白具有抗原性,是病毒颗粒的主要抗原成分。衣壳系由一定数量的壳粒组成。壳粒的排列方式呈对称性,不同种类的病毒,衣壳所含的壳粒数目和对称方式不同,是病毒鉴别和分类的依据之一。病毒可分为螺旋对称型、20面体对称型和复合对称型。

(二)囊膜

有些病毒在核衣壳外面尚有囊膜。囊膜是病毒在成熟过程中从宿主细胞获得的,含有宿主细胞膜或核膜的化学成分。有的囊膜表面有突起,称为纤突或膜粒。囊膜与纤突构成病毒颗粒的表面抗原,与宿主细胞嗜性、致病性和免疫原性有密切关系。囊膜具有病毒种、型特异性,是病毒鉴定、分型的依据之一。有囊膜的病毒称为囊膜病毒,无囊膜的病毒称裸露病毒

二、病毒的化学组成

病毒的化学组成包括核酸、蛋白质及脂类与糖,前两种是最主要的成分。

(一)核酸

病毒的核酸分两大类,DNA或RNA,二者不同时存在。病毒的核酸可分单股或双股、线状或环状、分节段或不分节段。对于RNA病毒,以mRNA的碱基序列为标准,凡与此相同的核酸称为正链,与其互补的则为负链

病毒核酸携带病毒全部的遗传信息,是病毒的基因组。动物病毒基因组的大小有差异,最小的圆环病毒长1.7kb,最大的痘病毒为375kb。由于病毒的基因组很小,为充分利用其核酸,病毒基因组中的多种基因常以互相重叠形式存在,即编码的几个开放阅读框(open reading frame,ORF)间有重叠。

病毒的核酸是决定病毒的感染性、复制特性、遗传特性的物质基础。病毒核酸作为模板可在细胞内复制合成子代病毒基因组,并最终形成完整的子代病毒。部分动物病毒去除其囊膜和衣壳,裸露的DNA或RNA也能感染细胞,这样的核酸称为感染性核酸。感染性核酸不分节段,其本身能作为mRNA,或者能利用宿主细胞的RNA聚合酶转录病毒的mRNA。冠状病毒、微RNA病毒、疱疹病毒等都具有感染性核酸。感染性核酸不受衣壳蛋白和宿主细胞表面受体的限制,易感细胞范围较广,但易被体液中核酸酶等因素破坏,因此,感染性比完整的病毒体要低。

(二)蛋白质

蛋白质是病毒的主要组成成分,约占病毒体总重量的70%,由病毒基因组编码,具有病毒的特异性。病毒蛋白可分为结构蛋白非结构蛋白

1.结构蛋白   组成病毒结构的蛋白。病毒结构蛋白主要构成全部衣壳成分囊膜的主要成分,具有保护病毒核酸的功能,避免了环境中核酸酶和其他理化因素对核酸的破坏。衣壳蛋白、囊膜蛋白或纤突蛋白可特异地吸附易感细胞受体并促使病毒穿入细胞,是决定病毒对宿主细胞嗜性的重要因素。病毒蛋白质是良好的抗原,可激发机体产生免疫应答。

2.非结构蛋白   由病毒基因组编码的、不参与病毒体构成的蛋白,是病毒复制过程中的某些中间产物,具有酶的活性或其他功能。它不一定存在于病毒体内,也可存在于感染细胞中。在一些病毒的感染过程中,非结构蛋白具有免疫原性,可诱导产生相应的特异性抗体,通过检测动物血清中的非结构蛋白抗体,可以区分野毒感染与灭活疫苗接种的动物。

(三)脂质与糖

均来自宿主细胞。脂质主要存在于囊膜,主要是磷脂(50%60%),其次是胆固醇(20%30%)囊膜中所含的脂类能加固病毒体的结构。来自宿主细胞膜的病毒体囊膜的脂类与细胞脂类成分同源,彼此易于亲和及融合,因此,囊膜起到辅助病毒感染的作用。用脂溶剂可去除囊膜中的脂质,使病毒失活。因此,常用或氯仿处理病毒,再检测其感染活性,以确定该病毒是否具有囊膜结构

糖类一般以糖蛋白的形式存在,是某些病毒纤突的成分,如流感病毒的血凝素(HA)、神经氨酸酶(NA)等,与病毒吸附细胞受体有关。

第二节   病毒的增殖

病毒是专性寄生物,自身无完整的酶系统,不能进行独立的物质代谢,必须在活的宿主细胞内才能复制和增殖。病毒在复制增殖过程中,直接利用宿主细胞的成分合成自身的核酸和蛋白质,因此,宿主细胞的营养就成为病毒合成所需能量和组成成分的来源

一、病毒的培养方法及其特点

实验动物、鸡胚、细胞可用于病毒培养。

(一)实验动物培养法

实验动物培养法是一种最古老的方法,可用于病毒致病性的测定、疫苗效力试验、疫苗生产、抗血清制造及病毒性传染病的诊断等。实验时选用敏感、适龄、体重合格的实验动物,而且尽量采用无特定病原(SPF)动物或无菌动物。病毒感染增殖可引起实验动物发病或死亡,产生相应的病理变化。实验动物难于管理,成本高,个体差异大。因此,许多病毒的培养已由细胞培养法或鸡胚培养法代替。

(二)鸡胚培养法

鸡胚培养病毒是简单、方便而经济的方法。对鸡胚的要求是健康、不含有接种病毒的特异抗体,最好是SPF鸡胚。不同种类病毒接种鸡胚部位不同,有绒毛尿囊膜、羊膜腔、尿囊或卵黄囊等。卵黄囊接种常用5日龄鸡胚,羊膜腔和尿囊接种用10日龄鸡胚,绒毛尿囊膜接种用911日龄鸡胚。病毒接种后经一定时间培养,常可引起鸡胚病变或鸡胚死亡。鸡胚培养法可用于病毒分离鉴定,也可用于病毒增殖、制备抗原或疫苗生产。

(三)细胞培养法

细胞培养法比鸡胚培养法更经济,效果更好,用途更广。可用于多种病毒的分离、增殖、病毒抗原及疫苗的制备、中和试验、病毒空斑测定及克隆纯化等。

细胞培养法的优点很多,每个细胞生理特性基本一致,对病毒的易感性也相等,没有实验动物的个体差异,不涉及动物保护问题。而且可用于试验的数量远远超过动物或鸡胚,并且可在无菌条件下进行标准化的试验,重复性好。

二、病毒的细胞培养

(一)细胞培养的类型

培养病毒所用的细胞有原代细胞、二倍体细胞及传代细胞

1.原代细胞  动物组织经胰蛋白酶等消化、分散,获得单个细胞,再生长于培养器皿中。大多数组织均可制备原代细胞。肾和最为常用甲状腺细胞生长较慢,只用于某些特定的病毒如猪传染性胃肠炎病毒的培养。原代细胞一般对病毒较易感,尤其是来源于胚胎或幼畜组织的细胞。最好用SPF动物的组织,以免携带潜伏的病毒。

2.二倍体细胞株   将长成的原代细胞消化分散成单个细胞,继续培养传代,其细胞染色体数与原代细胞一样,仍为二倍体。此种细胞数量可扩大,对病毒的易感性则基本无变化。从样本中分离培养病毒,一般多采用此种细胞。

3.传代细胞系   即在体外可无限制分裂的细胞。有的来源于肿瘤组织或转化的细胞,染色体数目不正常,为异倍体。传代及培养方便是其优点;缺点是有的对分离野毒不敏感。由于担心致肿瘤的潜在危险,传代细胞系一般不能用于制备活疫苗

(二)细胞培养的方法

最常用的方法为静置培养旋转培养。为满足某些特定的需要,还可采用悬浮培养或微载体培养技术等。

三、病毒感染后产生的细胞病变、包含体及空斑

病毒在细胞内增殖过程中常伴有一定的形态学与生化变化,最早观察病毒的复制是从细胞发生形态变化入手。

(一)细胞病变

某些病毒接种培养的单层细胞后,第一轮感染产生的子代病毒将蔓延感染邻近的细胞,最终感染所有细胞。病毒感染导致的细胞损伤称为细胞病变(cytopathic effect,CPE)。CPE可在光学显微镜下观察,其表现因病毒与细胞的种类而异,有多种形式,如细胞圆缩、肿大、形成合胞体或空泡等。不少病毒产生CPE的能力与其对动物的致病力正相关,是病毒学检测及研究的常规手段之一。因此,通常用CPE作为指标,计算病毒的半数细胞感染量(TCID50)来判定病毒的毒力。在判定减毒活疫苗的质量时,常需用所含病毒量作为重要标准。

(二)包含体

包含体是指某些病毒感染细胞产生的特征性的形态变化,可通过固定染色而后在光学显微镜下检测。包含体可在细胞核内或胞浆内可单个或多个,有的较大,有的较小,或圆形或无规律形态,可嗜酸或嗜碱,因病毒的种类而异。包含体的性质并不相同。有的是病毒成分的蓄积,如狂犬病毒产生的Negri氏体,是堆积的核衣壳;有的则是病毒合成的场所,如痘病毒的病毒胞浆,或称病毒工厂;有的包含体由大量晶格样排列的病毒颗粒组成,如腺病毒、呼肠孤病毒的包含体;有一些包含体则是细胞退行性变化的产物,如疱疹病毒感染所产生的“猫头鹰眼”是感染细胞染色质浓缩,经固定后位于中心的核质与周边染色质之间形成一个圈,清晰可辨。检测包含体可作为组织学上诊断某些病毒性传染病的依据。

(二)空班

将10倍梯度稀释的病毒样本接种吸附于单层细胞,而后在细胞上覆盖一层含营养液的琼脂,以防止游离的病毒通过营养液扩散,但病毒可在细胞间传递。经过一段时间培养,进行染色,原先感染病毒的细胞及病毒扩散的周围细胞会形成一个近似圆形的斑点,类似固体培养基上的菌落形态,称为空斑或蚀斑空斑是细胞病变的一种特殊表现形式。一个空斑可能由一个以上病毒颗粒感染所致,因此,可将获得的单个空斑制作悬液,梯度稀释后再作空斑,最终可获得只含一个病毒颗粒及其子代的空斑,这就是病毒克隆。借助空斑技术不仅可纯化病毒,还可对病毒定量,定量单位称为空斑形成单位(PFU)。通过PFU的计数及PFU减数试验,可滴定血清的效价,测定干扰素的活性等。

第三节   病毒的感染

根据病毒在体内的感染过程与滞留时间,病毒感染分为急性感染持续性感染。持续性感染又分为潜伏感染、慢性感染、慢发病毒感染和迟发性临诊症状的急性感染

 

一、急性感染

急性感染也称病原消灭型感染。病毒侵入机体后,在细胞内增殖,经数日乃至数周的潜伏期后发病。在潜伏期内病毒增殖到一定水平,导致靶细胞损伤和死亡而造成组织器官损伤和功能障碍,出现临床症状。但从潜伏期开始,宿主即动员非特异性特异性免疫机制清除病毒。除死亡病例外,宿主一般能在出现症状后的一段时间内,把病毒清除掉而进入恢复期。其特点为潜伏期短,发病急,病程数日至数周,病后常获得特异性免疫。因此,特异性抗体可作为受过感染的证据。

二、持续性感染

持续性感染是指病毒在机体持续存在数月至数年,甚至数十年。可出现症状,也可不出现症状而长期带毒,成为重要的传染源。持续性感染可以再次激活,引起宿主的疾病复发,并能引致免疫病理疾病,还与肿瘤的形成有关。病毒能在经免疫的动物体内以持续性感染的方式存活,成为传染源,具有流行病学上的重要性。病毒持续性感染可分为4种类型:

1.潜伏感染   某些病毒在显性或隐性感染后,病毒基因存在于细胞内,有的病毒潜伏于某些组织器官内而不复制。但在一定条件下,病毒被激活又开始复制,使疾病复发。在显性感染时,可查到病毒的存在,而在潜伏期查不出病毒。例如,牛疱疹病毒1型引致的奶牛传染性鼻气管炎,如果不发病,在潜伏感染的奶牛体内不能分离到病毒。凡是可致机体免疫力下降的因素均可激活这些潜伏的病毒而使感染复发。

2.慢性感染   病毒在显性或隐性感染后未完全清除,血中可持续检测出病毒,患病动物可表现轻微或无临床症状,但常反复发作而不愈。

3.慢发病毒感染   是慢性发展的进行性加重的病毒感染,较为少见,但后果严重。病毒感染后有很长的潜伏期,可达数月、数年甚至数十年。在症状出现后呈进行性加重,最终死亡。例如,绵羊痒病的朊病毒,在感染神经组织若干年后才能检出,直至动物死亡时,在脑部才达到较高滴度。

4.迟发性临诊症状的急性感染   此类病毒的持续性复制与疾病的进程无关。例如,猫泛白细胞减少症病毒,胎猫已受感染,直至青年猫才表现小脑综合征,在神经损伤出现时,并不能分离出病毒。因此,这种小脑综合征多年来一直被误认为是一种先天性的小脑畸形

 

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