环境病毒学导论.docx

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环境病毒学导论

INTRODUCTIONTOENVIRONMENTALVIROLOGY

Overview

1.Whatisenvironmentalvirology?

2.Whydowestudyenvironmentalvirology?

3.Whatdowestudyinthiscourse?

4.Howwillwestudyinthiscourse?

5.Textbook

6.Grade

WhatisEnvironmentalVirology?

1.Whatisenvironment?

●air,water,soil

●anythingoutsideanindividual个人的

2.Whatisvirus?

●specialorganism生物体:

noncellularentitycontaininggeneticsubstancesofDNA,RNAorprotein,capableofintracellular细胞内（cellularparasitic寄生的）reproduction-entitybetweenorganismandnon-organism

●poliovirus小儿麻痹症,smallpox天花,HIV,HAV（HBV,HCV）,SARS,enterovirus肠病毒,TMV,phage,prion阮病毒,etc.

3.WhatisEnvironmentalVirology?

●tostudyvirusbehaviorsinenvironments:

types,amounts,sources,transferring,surviving,replication复制,evolution进化,etc.（ecologicalvirology-theory）

●tomitigate缓和environmentalpollution（includingviruspollution）throughvirus:

disinfection消毒,reductionofgreenhousegases,controlofredtide赤潮（cyanobacteria蓝藻细菌）,monitoringofenterovirus,etc.（environmentalvirology-application）

WhydowestudyEnvironmentalVirology?

1.Virusisoneofthemajorbiologicalpollutants（pathogens致病菌-negativeaspect）.

●smallpox（smallpoxvirus）

●polio脊髓灰质炎（poliovirus）

●flu（influenza）

●measle麻疹（measlesvirus）

●diarrhea腹泻（enterovirus）

●cancer（HBV）

2.Viruscancontrolenvironmentalpollutants（remediation修复andmonitoring-positiveaspect）.

●toremoveenterovirusbyphage

●tokillcyanobacteria蓝藻细菌byphage

●tomitigate缓和greenhousegases

●tomonitortreatmenteffects处理效果

“未来与人类竞争世界的唯一对手是病毒。

”

乔苏亚。

莱德伯格（1958年生物及医学诺贝尔奖）“人类的幸存不是预先注定的。

。

。

。

。

。

人类在这个星球上继续行使主宰权的最大威胁是病毒。

”

霍金“如果不能在太空中找到新的适合人类居住的星球的话，人类最终会被一种致命的病毒消灭殆尽。

”

Whatdowestudyinthecourse“EnvironmentalVirology”?

1.HistoryofEnvironmentalVirology

2.BasicsofVirology

●characteristics（size,shape,chemicalcomposition,structure,etc.）

●infection

●classification

●phagecharacteristics

●phageclassification

3.Virologicalmethods

●Concentration浓缩

●Purification提纯

●culcuring

●enumerationanddetection

4.Phageecologyandenvironmentalprotection

●microbialloop微生物环andmattercycling物质循环

●pollutantremoval

5.Viruspollutionandremoval

●drinkingwater

●sewage

●sludge

HowdowestudyEnvironmentalVirology?

Tolearnwhataretaughtintheclassandreadthedesignated指定的materials（lecture）

HistoryofEnvironmentalVirology

1.Periodpriortovirusdiscovery（before1886）

●recordofsmallpoxsymptominChina（aroundB.C.1000）

●recordofrabiessymptom（Aristotle,aroundB.C.400）

●recordofsilkwormnucleopolyhedrovirussymptominChina（陈旉aroundthemiddleof12thcentury）

●preventionofsmallpoxthroughhumanpoxinoculationinChina（张璐aroundthemiddleof16thcentury）

●tulipbreakingvirus&mosaicvirusinNetherland（intheearly17thcentury）

●developmentofcowpoxinoculation（EdwardJenner,1798）

●vaccineforrabies（Pasteur,1884）

2.Periodofvirusdiscovery（1886to1930）

●demonstrationofTMVbeinginfectious（AdolfMayer,1886）and（DimifriIvanofsky,1892）

●demonstrationofexistenceoffilterableandreplicablepathogens,whichwerecalled“virus”causingTMVdisease（MartinusW.Beijerink,1898）

●demonstrationofcattlehoof-and-mouthdiseasecausedbyfilterablepathogens（FriedrichLoefflerandPaulFrosch,1898）

●demonstrationofviruscausing“yellowfever”（WalterReed,intheendof19thcentury）

●demonstrationofleukemiatransmissionbetweenchickensbycell-freefiltrates（V.EllermannandO.Bang,shortlyaftertheturnofthecentury）

●demonstrationofviruscausingmalignantmuscletumorinchickens（PeytonRous,1911）

●demonstrationofbacterialvirusformingplagueonmedia（FrederickW.Twort,1915）,whichwascalled“bacteriophage”（Felixd’Herelle,1917）

●demonstrationofmanyfilterableviruses（duringthefirst30yearsofthe20thcentury）

3.Periodofvirusnaturestudy（1930to1940）

●crystallizationofTMVdemonstratingitsproteinnature（WendellM.Stanley,1935）

●separationofTMVintoproteinandnucleicacid（FrederickC.BawdenandNormanW.Pirie,1936）

●electronmicroscopicobservationofTMV（KauscheandRuska,1939）

4.Periodofvirusinfection,molecularbiology,andenvironmentalvirology（after1940）

●isolationofpolioandmanyotherenterovirusesfromsewageandrecognitionofpossibilityofwaterpollutionincausingpolioandotherenterovirusinfection（1940-1960）

●demonstrationofstrongerresistanceofenterovirusthanenterobacteriatochlorinedisinfectionduringwatertreatmentandthusproposalofcoliphageasanindicatorofenterovirus,theminimuminfectiondoseofenterovirusbeing1,andwater-borneHAV（1940to1965）

●thefirstinternationalconferenceonenvironmentalvirologyinCincinnati,America（1965）

●developmentofvirusconcentrationanddetectiontechniquefrom400Ldrinkingwaterand40Lrecreationwater,determinationofvirusconcentrationrangesinsewageandtheeffectivenessofregularwatertreatmentsinvirusremoval,andrecognitionofshellfishroleintransmissionofwater-bornevirus（duringthetenyearsafter1965）

●Proposalofvirologicalsafetystandardofdrinkingwater,irrigationwater,waterforshellfishcultivation,andregeneratedwaterintheinternationalconferenceheldinMexico（1974）

●attemptofsettingupvirologicalstandardofdrinkingwaterintheinternationalconferenceheldinIsrael（1982）

●establishmentoftransmissionroutes（survivalandtransmissioninwater,sewage,sludge,undergroundwater,soils,shellfish）andapplicationofmolecularbiologicalmethods（1980-today）

●suggestionofphageimportanceindynamicsofmicrobialpopulation（WiebeandListon,1968）andproposalof“microbialloop”anditsimportanceinmattercycling（Pomeroy,1974）

●discoveryofhighconcentrationofvirusinthebaywaterwithTEM（TorellaandMorita,1979）

●discoveryofphagenumbermorethanthatofbacteriaandphageinfectioncausingsignificantmortalityofprokaryotesinaquaticsystems（around1990）

●viralcarbonrepresenting5%ofbacterialcarbonpool（WilhelmandSuttle,1999）andviralroleinNandPcycles（around2002）

●proposalofgreenhousegasescontrol,redtidecontrol,pathogencontrolindrinkingwaterthroughphages（recentdecades）

*virusimportancetomolecularbiology:

DNAasgeneticmaterial,geneticcodon密码子,operon操纵子theory,restrictionendonuclease限制性内切核酸酶,reversetranscription反转录enzyme,ligase连接酶,T4DNApolymerase聚合酶,vectors载体

CharacteristicsofVirus

1.Composition（chemicalcomponents）

●DNAorRNA:

<30%;protein:

70~95%;lipid脂质:

afewto50%;carbohydrate:

afew%（p.48-49）

●Amine胺（putrescine腐胺&spermine精胺,spermidine亚精胺）andmetalions（iron,calcium,magnesium,copper,aluminum,etc.）:

trace

●reviewofbiologicalmacromolecules大分子（protein,lipid,carbohydrate,nucleicacid）

2.Morphology（physicaloutlook）

●size:

16to490nm,normally<200nm,phage<100nm（p.44）

●shape:

spherical球形,rod（bullet,club棒状,string）,tadpole蝌蚪（sphericalhead+rodtail尾巴）（p.44）

3.Structure（spatialarrangement空间排列ofcomponents组分）

●Overallthreelayersbutmainlytwolayers:

nucleicacidsinsideproteinshell,sometimeswithlipidenvelope

specialtypes:

tectivirus复层病毒,corticovirus披盖病毒,vaccinia牛痘,plasmavirus芽生病毒,subvirus亚病毒（viroid类病毒,prion）

afewterms:

virion病毒粒子,capsid衣壳（proteincoat蛋白质外壳,proteinshell）,nucleocapsid核衣壳（nucleoprotein核蛋白质）,structureunit（proteinsubunit）,morphologicunit-capsomer,衣壳体envelope-peplos包膜,spike,peplomer病毒包膜粒

●Lipidenvelope

lipidbilayer脂双层（drawing）,mainlyfromhosts宿主（plasma等离子体，血浆ornucleimembranes）withsomebeingspecial（tectivirus复层病毒&corticovirus披盖病毒）

lipoprotein脂蛋白:

glycoprotein糖蛋白,transmembrane跨膜的protein（absorption&transportchannel运输通道）

commonforanimalvirusbutnotcommonforplantandbacterialvirus细菌病毒

●Proteinshell

Helical螺旋形的form-rod棒状（basic:

p.22,a&b;phage:

nonucleicacidsincentralspace）

Icosahedral二十面体的andicosadeltahedron三角二十面体form-spherical,12vertices顶点witheachformedfrom5triangles,5subunits亚单位亚基pervertices顶点（atanangle）orminimum3subunitspertriangle（notatanangle）,minimum60subunitsandtotalnumberofsubunitsbeingmultiplication乘法of60,commonlysubunitpolymers（dimer二聚体,trimer三聚体,pentamer五聚体,andhexamer六聚体）（basic:

p.25,figure2-9,a,top;otherforms:

p.25,table2-2）;theoreticalexplanation:

maximizingspace,enclosure附件,stability

Mproteinlayer:

mainlyinthecapsid衣壳,connectionbetweencapsidandenvelope（influenza流感,p.347,figure16.17,b）

doublelayers（tectivirus复层病毒&corticovirus披盖病毒）andfourlayers（vaccinia牛痘,p.29,figure2-12）

tail尾巴:

p.28,figure2-11（collar,core核心,sheath外壳,fiber纤维,pin大头针,baseplate基板）

●Nucleicacidcore（p.30-32,figure3-1&3-2）

DNAorRNA:

DNAmainlyforphage,RNAmainlyforplantvirus,DNAandRNAforanimalvirus

singlestrand（ss）ordoublestrand（ds）:

mainlydsDNAandssRNA,somessDNAanddsRNA,HBV（partialssandpartialds）,T5（alternating交替ssanddsDNA）

linearorcircular:

bothforss&dsDNA,linearforss&dsRNA,circularforviroid类病毒

closedoropen:

vaccinia牛痘（closedlineardsDNA）,PM2（closedcirculardsDNA）

singleormultiplesegments片段（singleandmultipleparticles）:

multipleformostdsRNA（indifferentcapsids）andmanyssRNA（influenza,tobaccorattlevirus-TRV,烟草脆裂病毒ofteninthesamecapsids）

VirusInfection

1.Concept

●Definition:

establishmentandmultiplication增殖ofviralDNAorRNAorprionproteinsinhostcells

●Type:

lytic细胞溶解酶的,budding出芽（extrusion挤压）,lysogenic生成细胞溶素的,pseudolysogenic（carrierstate携带状态）,（p.131/figure2）,abortive流产的

2.Process

●Stages

Absorption（notforplantvirus）

Penetration穿透

Uncoating脱壳（notf