第 30 章。主要微生物示例
推荐帖子：【生物学】【生物学目录】(https://jb243.github.io/pages/1457)
1. 病毒
2. 细菌
3. 古生菌
4. 真菌
5. 原生生物
a. 化学战中的生物武器
b. 【生物恐怖主义对策】(https://jb243.github.io/pages/1433)
c. 具有生物作用的有效消毒剂
1.病毒
● 概述
○ 病毒不能分为革兰氏阳性或革兰氏阴性。
○ 革兰氏染色的概念仅适用于具有肽聚糖的细菌。
○ 病毒类型
图 1. 病毒类型
● 腺病毒（AdV）
○ 36 kb，双链DNA病毒，裸露病毒
○ 辅助依赖性细小病毒
○ 小（18-25 nm）二十面体衣壳
○ DNA结构：ITR-REP-CAP-ITR
○ ITR（反向末端重复序列）：REP·CAP所需的独特顺式元件
○ REP：负责复制
○ CAP：负责包装
○ 腺病毒通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。
● 噬菌体 phi-X174
○ 第一个公布基因组序列的生物体
○ 基因组：5,386 bp，ssDNA
○ 含有11种蛋白质，总共1,986个氨基酸
○ 第一个已知的重叠基因示例 (∵ 3 × 1,986 > 5,386)
● 冠状病毒（CoV）：巢病毒目成员
○ 特征：有包膜病毒
○ 遗传物质：正义单链RNA
○ 螺旋对称核衣壳
○ 机理：感染人体呼吸系统
○ 症状：通常无症状，但有时会引起严重症状
○ 分类：Alpha（Ⅰ组）、Beta（Ⅱ组）、Gamma（Ⅲ组）、Delta（Ⅳ组）
○ 示例 1. SARS（严重急性呼吸系统综合症）
○ 引起 SARS 的病毒称为 SARS-CoV。
○ 发生于2002年冬季，中国。
○ 示例 2. MERS（中东呼吸综合症）
○ 新型冠状病毒（nCoV）引起的疾病
○ 仅感染非睫状上皮细胞
○ 2012年4月首次出现在沙特阿拉伯，据信通过骆驼或蝙蝠传播
○ 2015年5月韩国首例
○ 2018年9月17日世界卫生组织宣布MERS结束
○ 示例 3. 新型冠状病毒 (COVID-19)：请参阅下文
● 其他信息：新型冠状病毒（2019-nCoV、COVID-19）
○ 概述
○ 由 SARS-CoV-2（严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2）引起
○ 2019年12月首次亮相中国武汉
○ 截至2020年7月9日，死亡人数已超过54万人
○ 特点
○ 有包膜病毒
○ 约80-120 nm
○ 约 40,000 kDa
○ 零部件
○ 成分 1： 刺突 (S) 蛋白：约 100 个拷贝
○ 长度约20 nm。细分为S1亚基和S2亚基
○ 冠状病毒表面有 75 个尖峰
○ 成分 2： 包膜 (E) 蛋白：约 20 个拷贝
○ 成分 3： 膜 (M) 蛋白：约 2000 个拷贝
○ 成分 4： 核衣壳 (N) 蛋白：约 1000 个拷贝。具有围绕基因组的管状蛋白质壳
○ 螺旋对称核衣壳
○ 1-1. S1 亚基：三聚体
○ 进行宿主细胞特异性结合：与ACE2结合的Kd值约为15 nM（相当大）
○ S1亚基中的S1-NTD和S1-CTD是受体结合域»> ○ S1-CTD：与 ACE2、APN（氨肽酶 N）、DPP4（二肽基肽酶 4）结合
○ 1-2. S2 亚基
○ 连接S1单元和病毒细胞膜
○ 1-3. 冠状病毒的S1和S2亚基被宿主细胞蛋白酶分离
○ 组织蛋白酶家族和 TMPRSS2（跨膜蛋白酶丝氨酸 2）的参与
○ 生命周期（Hartenian 等人，2020）
○ 第一阶段：通过膜融合或内吞作用结合和病毒进入
○ 第2阶段：多肽翻译
○ 第 3 阶段：多肽的自蛋白水解和共翻译切割，生成 nsps（非结构蛋白）
○ 第 4 阶段：（正义）亚基因组转录和 RNA 复制
○ 第五阶段：（+sense）亚基因组转录和RNA复制
○ 第 6 阶段：亚基因组 mRNA 翻译为结构蛋白和辅助蛋白
○ 第 7 阶段：核衣壳芽进入 ERGIC（内质网-高尔基体中间室），其中布满了 S、E 和 M 蛋白
○ 第 8 阶段：病毒粒子的形成
○ 第 9 阶段：胞吐作用
○ 遗传物质：正义单链RNA
○ 基因组大小：30 kb
○ 包含 5’ 帽和 3’ 聚 A 尾
○ 机理：感染人体呼吸系统
○ 进入牢房：约10分钟
○ 日食期间：10小时左右
○ 爆发规模：约 1000 个病毒粒子
○ 诊断
○ 类型 1：RT-qPCR
○ 准确度高、灵敏度高，常用作金标准
○ 专利已过期，价格实惠
○ 类型 2：微滴式数字 PCR
○ 类型 3：基于 LAMP 的测试
○ 在单链病毒RNA模板末端形成环后进行PCR。
○ 无需变性步骤，可在室温下进行
○ 类型 4：基于 NEAR 的测试
○ 使用类似于限制性内切酶的酶，称为切口核酸内切酶
○ 最快的诊断方法：ID NOW 产品只需不到 15 分钟
○ 5 型：COVID-19 免疫测定：使用抗原抗体反应。
○ 类型 5-1: 抗原测试：附着抗体
○ 类型5-2： 抗体检测：像抗原测试一样附加抗原
○ 类型 5-3: 中和
○ 缺点：无法区分 SARS-CoV-2 和 SARS-CoV
○ 类型6：重组酶聚合酶扩增
○ 类型 7：基于 CRISPR 的检测
○ CO-RAD（COVID-19 报告和数据系统）
○ 类别 0：由于技术缺陷而无法解释
○ 第 1 类：非常低。正常与否感染
○ 第 2 类：低。典型感染，但不是 COVID-19
○ 第 3 类：模棱两可/不确定。可能是 COVID-19，也可能不是
○ 第 4 类：高。疑似 COVID-19
○ 第 5 类：非常高。典型的 COVID-19 症状
○ 第 6 类：通过 RT-PCR 证实的 COVID-19
○ 治疗： 唯一成功的治疗方法是瑞德西韦，但它并没有显着降低死亡率
○ 阿比朵尔：抑制刺突蛋白和 ACE2 相互作用以及膜融合
○ Bamlanivimab + Etesevimab：与 S 蛋白的 RBD 结合
○ 甲磺酸卡莫司他：抑制 TMPRSS2
○ 氯喹：抑制膜融合
○ EK1C4/HR2P：抑制膜融合
○ 地塞米松：抗炎反应
○ 法匹拉韦：抑制RNA依赖性RNA聚合酶
○ 羟氯喹：抑制膜融合
○ 洛匹那韦：抑制复制酶-转录酶复合物 3CLpro
○ 重组 ACE2：结合 COVID-19 而不是 ACE2
○ 瑞德西韦： ATP 类似物。抑制 RNA 依赖性 RNA 聚合酶
○ 利巴韦林：抑制RNA依赖性RNA聚合酶
○ 利托那韦：抑制复制酶-转录酶复合物 3CLpro
○ Sarilumab：特异性结合 IL-6，抑制 IL-6 信号传导
○ 托珠单抗：特异性结合 IL-6，抑制 IL-6 信号传导> ○ 附加信息： 为什么艾滋病治疗对冠状病毒有效
○ RNA病毒的性质
○ 人类从 DNA 中产生 RNA，从 RNA 中产生蛋白质。蛋白质执行重要的生物学功能。
○ 病毒复制涉及将带有病毒遗传信息的DNA插入人类DNA中。
○ 因此，RNA病毒总是需要逆转录酶来从RNA产生DNA。
○ 艾滋病病毒和冠状病毒
○ 艾滋病病毒和冠状病毒都是ssRNA病毒。
○ 不难推断，通过艾滋病疗法可以治疗冠状病毒。
○ 2002年，韩国用艾滋病疗法治疗SARS病毒（一种冠状病毒）。
○ 补充： 冠状病毒和群体免疫
○ 群体免疫的公式：群体免疫所需的感染个体比例取决于n，即一台感染宿主可以将感染传播到的宿主数量。但是，这可能会根据所使用的统计分布而有所不同。
○ 对于冠状病毒，n约为3，大约66.6%（= 1 - 1/3）的人口需要感染。
○ 假设死亡率为 1%，则结论是 0.67% 的人口将死亡。
● 柯萨奇病毒
○ 7.1 kb，正义ssRNA病毒，裸病毒
● 埃博拉病毒
○ 负义ssRNA病毒
● Epstein-Barr 病毒 (EBV)
○ 分类：疱疹病毒科 → Gammaherpesvirinae 亚科 → HHV-4 = EBV
○ 基因组：~172 kb 双链 DNA → 编码约 80 种蛋白质，还包含 miRNA
○ 感染状况：全球 95% 以上的成年人血清呈阳性（= 以前感染过并具有抗体）
○ 典型病程：大多数感染是轻微或无症状的
○ 要点：约 2% 的癌症为 EBV 阳性 → 每年约 200,000 例 → 约 50% 上皮癌 / 约 50% 淋巴癌 → 在免疫抑制个体中更为常见
● 乙型肝炎病毒（HBV）
○ 双链DNA病毒
○ 与肝癌相关，IGF-2（胰岛素样生长因子）表达增加
● 丙型肝炎病毒（HCV）
○ 正义ssRNA病毒
● HPV（人乳头瘤病毒）
○ DNA病毒
○ 可能导致 HNSCC、OPSCC 等癌症
○ 约200个亚型
○ 低危基因型：HPV 6、11
○ 高基因型：HPV 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59
○ HPV 16
○ 最常见的高危基因型之一
○ 病毒基因组包含8个基因：E5表达量最高，其次是E1
○ E6和E7是关键癌基因：它们分别抑制肿瘤抑制蛋白p53和Rb
● 单纯疱疹病毒（HSV）
○ 154 kb，双链DNA病毒，包膜病毒
○ 与淋巴瘤、卡波西肉瘤相关，并抑制肿瘤细胞 MHC I 上的抗原呈递
○ 免疫反应减弱时可能导致口腔炎
○ 与水痘带状疱疹病毒（VZV）高度相似
○ HSC-1：最常见的疱疹病毒
● 人类免疫缺陷病毒（HIV）
○ 正义ssRNA病毒
○ 治疗：逆转录酶抑制剂、crixsivan（一种用于艾滋病治疗的 HIV 蛋白酶抑制剂）
● 人类T-白血病病毒
○ 引起T细胞淋巴瘤，导致T细胞分泌过多的细胞因子。
● H1-PV
○ 5 kb，ssDNA病毒，裸露病毒
● 流感病毒
○ 负义ssRNA病毒
○ 包含多种类型
● 微病毒科
○ 基因组大小较小（通常约为 4-6 kb）的噬菌体家族。
○ 经过充分研究的代表性噬菌体是 ΦX174。
● MV
○ 16 kb，负义ssRNA病毒，有包膜病毒
●新城疫病毒
○ 14 kb，负义ssRNA病毒，有包膜病毒
● 细小病毒
○ 特征：ssDNA病毒、裸露病毒> ○ 类型：Kilham’s 大鼠病毒（KRV 或 RV）、Toolan’s H-1、大鼠细小病毒（RPV、ROPV、大鼠孤儿细小病毒）等 3 种
● 脊髓灰质炎病毒
○ 7.5 kb，正义ssRNA病毒，裸病毒
● 呼肠孤病毒
○ 23 kb，dsRNA病毒，裸病毒
● 轮状病毒
○ 双链RNA病毒
● 猿猴病毒40（SV40）
○ 引起猴淋巴瘤，通过T抗原抑制pRb和p53
● 疫苗接种
○ 190 kb，双链DNA病毒，包膜病毒
● VSV
○ 11 kb，负义ssRNA病毒，有包膜病毒
● 水痘带状疱疹病毒（VZV）
○ 感染全球90%的人口，传染性极强
○ 导致水痘和带状疱疹
○ 儿童感染导致水痘
○ 无症状地持续存在于神经节周围，当免疫力下降时重新激活为带状疱疹
○ 与疱疹病毒高度相似
2.细菌
● 醋杆菌
○ 形成生物膜。有氧运动
● 根癌农杆菌
○ 携带Ti质粒
○ 在植物中诱发称为冠瘿的肿瘤
● 固氮菌
○ 固定土壤中的氮
● 炭疽杆菌
○ 革兰氏阳性
● 枯草芽孢杆菌
○ 革兰氏阳性
● 肺炎衣原体
○ 引起肺炎
○ 无细胞壁
● 白喉棒状杆菌
○ 分泌白喉毒素
● 大肠杆菌（E. coli）
○ 革兰氏阴性
○ 非芽孢杆菌
○ 61 个大肠杆菌基因组共有 20 个基因（Lukjancenko 等人，2010）
○ 示例 1. 大肠杆菌 K12
○ 4.6 Mb 基因组。常见实验室菌株
○ 示例 2. 大肠杆菌 O157
○ 5.6 Mb 基因组。致病菌株。类似于 志贺氏菌
○ 志贺氏菌被许多人视为大肠杆菌的一个亚属。
○ 示例 3. 大肠杆菌 DH5α
○ 属于风险组 1 的细菌
○ 源自 K-12 菌株，被认为是安全的
○ 基因型：fhuA2 alc(del)U169 phoA glnV44 φ80’ lacZ(del)M15 gyrA96 recA1 relA1 endA1 thi-1 hsdR17
○ 用于基因克隆
● 流感嗜血杆菌（参考）
○ 1995 年由 Craig Venter 测序：第一个被测序的生物体。
○ 1,830,137 bp
○ 基因组包含 1,743 个基因：可立即识别 1,743 个预测基因中的 1,007 个基因的功能。
○ 引起肺炎。
● 幽门螺杆菌
○ 革兰氏阴性
● 嗜肺军团菌
○ 引起肺炎
○ 无细胞壁。
● 单增李斯特氏菌
○ 革兰氏阳性
○ 拥有数条鞭毛。细胞内寄生细菌
○ 对动物和鸟类广泛致病
○ 产生LLO（李斯特菌溶血素），称为成孔溶血素。
○ 导致李斯特菌病
○ 人类或动物李斯特菌感染
○ 多为败血症、脑膜炎、脑炎
○ 因感染后单核细胞增多而被命名为“单核细胞增多症”
● 结核分枝杆菌 (MTB)
○ 革兰氏阳性
○ 肽聚糖层薄，脂质层厚，染色困难
● 肺炎支原体
○ 缺乏细胞壁
○ 引起肺炎
● 滨原绿球藻
○ 最小的自由生活的光养生物。
○ 海水中 ~105/ml。
○ 据估计地球上通过光合作用产生约 25% 的 O2。 (参考)
● 铜绿假单胞菌
○ 产生具有三个结构域的单链外毒素 A
○ 其中的结构域 II 促进内体逃逸
● 酿酒酵母
○ 1996 年完成测序：第一个被测序的真核生物。
● 肠炎沙门氏菌
○ 引起肠道感染
● 鼠伤寒沙门氏菌
○ 杆菌中有鞭毛的杆状体。
○ 对诱变剂敏感，常用于Ames试验
○ Ames试验常用菌株
○鼠伤寒沙门氏菌TA98» ○鼠伤寒沙门氏菌TA100
○鼠伤寒沙门氏菌TA1535
○鼠伤寒沙门氏菌TA1537
○ 大肠杆菌 WP2 uvrA (pKM101)
○ 铁载体合成
○ 铁载体与铁结合
○ 37°C以上反应速率降低
○ 反应在40.3°C停止
● 志贺氏菌
○ 引起痢疾。
○ 被视为大肠杆菌亚属。
● 金黄色葡萄球菌
○ 革兰氏阳性
○ 引起肺炎
● 肺炎链球菌
○ 革兰氏阳性
○ 球菌呈线状分布
○ 引起肺炎
● 霍乱弧菌
○ 激活肠上皮细胞CFTR受体，导致Cl-大量分泌
○ 通过腹泻导致大量失水（霍乱）
○ 霍乱毒素的 B 亚基参与肠上皮的附着
○ 主要由 O1 血清型引起的霍乱大流行
○ 通常通过霍乱患者排泄物污染的水传播
○ 有鞭毛的革兰氏阴性菌
3。古细菌
● 产甲烷菌
○ 能量获取代谢产生甲烷
○ 有些栖息在牛等食草动物的肠道中
● 水生栖热菌
○ 在高温温泉中繁衍生息
○ 20 世纪 60 年代首次在黄石国家公园发现
○ 合成Taq聚合酶
4。真菌
● 芽生菌病
○ 分布于美国东部
○ 引起肺炎
● 球孢子菌病
○ 分布于加利福尼亚州及美国西南部
○ 引起肺炎
● 隐球菌属
○ 分布于美国各地
○ 引起肺炎
● 组织胞浆菌病
○ 分布于俄亥俄河和密西西比河流域
○ 引起肺炎
● 耶氏肺孢子虫
○ 引起肺炎
○ 特别关注免疫功能低下的个体
● 酵母菌
○ 葡萄汁发酵过程中产生最多酒精的酵母
○ 用于葡萄酒生产
5。原生生物
● 福氏耐格里虫
○ 栖息于湖泊、河流
○ 可进入人体引起脑膜炎
● 微拟球藻
○ 缺氮时积累脂质的绿藻
● 尾草履虫
○ 使用纤毛移动，表现出向前和向后运动
● 间日疟原虫
○ 导致疟疾
○ 涉及人类和蚊子宿主、有性和无性繁殖的复杂生命周期
图 2. 疟疾的生命周期
○ 拥有2组28条染色体
输入：2019.03.17 11:51