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NLRP3 炎症小体在流感病毒感染中的作用
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胞吞胞吐都是细胞膜融合，那么细胞的体积会变大吗？
我有更好的答案
却有保持在一定范围胞吞胞吐不是单方面进行的，这个是个变量，时时变化，但是他们主要影响的是表面积
采纳率：78%
胞吞胞吐对于整个细胞来说，太小。而且细胞有一定变形能力
不会 ，只是简单地运输
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|个人分类:|系统分类:|关键词:病毒,液晶,水凝胶|
&引言：本文内容基于博主本人在2014年青少年高校科学营南开大学分营的分组上的科普报告整理而成。博主本人并不从事病毒生理学方面的研究，只是利用病毒作为化学及物理研究的模型。本文中涉及到的很多关于病毒的基础知识的表述仅供参考。文字内容为博主本人原创，图片则来自网络或者相关文献。&这几天科学网博客圈关于病毒的讨论较为热烈，张磊博主的一篇科普博文把正在西非流行的于“埃博拉”病毒带入了人们的视线(图1)[1]。孙学军老师的最新博文介绍了发表在《自然-通讯》杂志上一篇关于人体肠道内的噬菌体（病毒的一种）的最新文章[2]。无疑，“病毒”这两个字往往让人联想到疾病和死亡以及由此带来的恐慌等。历史上已发生多次由于病毒的广泛传播带来的大规模人类死亡的事件。许多人也许对2002年的SARS带来的恐慌还记忆犹新。 HIV病毒的全球大流行不但是生物医学的挑战，更是促进了基于文化﹑哲学的深层次反思。许多小众人类文明的无声无息的消失可能也拜病毒所赐。“埃博拉”病毒更是一些影视作品和书籍的关注对象[3]。Figure 1. “埃博拉”（Ebola）病毒的电镜照片及其结构示意图。左边电镜照片来源于PLoS ONE 7(1): e29608. doi:10.1371/journal.pone.0029608。右上角展示的是该病毒的一种多倍体（polyploidy），来源于网络。背景图片来源于：&病毒本质上一种高效的传递遗传物质的机器。其结构可以说非常简单，其主体通常是由一个蛋白质构成的容器(Protein capsid, 蛋白质衣壳)，在其内部装载有遗传物质（图2）。如此简单的结构使得DNA双螺旋结构的发现者之一Francis Crick曾说过: “Any child could make a virus”[4]。这中结构上的高度简单，赋予病毒高效的生物适应性和快速的变异能力。当然，也有结构复杂的病毒。许多病毒在其蛋白质衣壳外还有一层包膜（图2）。包膜往往由复杂的糖蛋白﹑脂质体等构成。在这层外衣上面还含有穿膜蛋白和各种识别因子等可以保证病毒轻易地进入宿主细胞或者细菌。含有包膜的病毒通常难以治愈，如HIV, SARS以及埃博拉病毒等都含有非常复杂的包膜。病毒根据其感染的宿主可以分为动物性病毒﹑植物性病毒以及噬菌体(图3)。前两种病毒从字面上不言而喻。最后一种噬菌体(Bacteriophage)，指的是一类以感染细菌为主的病毒，如Ff系列棒状病毒。植物性病毒中以烟草花叶病毒(TMV)最广为人知。病毒的大小一般在几十个纳米范围之内，但也有微米级别以上的病毒被发现 [5]。Figure 2. 几种典型病毒及其结构示意图。图片来源于网络。&Figure 3. 常见的植物性病毒﹑噬菌体以及动物性病毒。图片来源于网络，本文作者收集整理。&对病毒的研究长期以来无外乎是提取分离得到病毒样本，表征其结构，搞清楚其感染-复制的机理以及传播和致病的途径，然后找到治疗的手段。其一直是病理学家或者生物学家关注的对象。但是20世纪60年代对病毒的广泛研究催生了分子生物学的诞生。英国女科学家Rosalind Franklin通过X射线对烟草花叶病毒结构的表征为James Watson和Francis Crick发现DNA的双螺旋结构提供了重要的数据 [6]，也为至今争论不休的谁是双螺旋结构的真正发现者的话题埋下了伏笔。在抗生素广泛使用以前，基于病毒尤其是噬菌体来抗菌的治疗手段颇为流行，至今仍在俄罗斯和乌克兰等地使用[7]。在抗生素滥用导致的超级致病细菌(superbug)越来越多的情况下，《自然》最近一期关于抗菌材料的专刊里面重提了用病毒(特别是噬菌体)来杀菌的可能性[7]。2013年欧盟的第7次研究框架也资助了名为”PhagoBurn”的项目，旨在重先审视噬菌体病毒用于抗菌的可能性[8]。就博主本人关注的领域，1936年，Bawden等人将一条金鱼放到感染烟草花叶病毒的烟叶提取液里面，观测到了金鱼在游动过程中产生的双折射现象[9]。著名物理化学家Lars Onsager受此启发发展了解释了棒状颗粒形成溶致型液晶的理论，提出了”熵致有序“的概念[10]。从上述这些早期的例子可以看出，病毒不单单是带来痛苦﹑疾病以及死亡，也为人类知识结构的发展立下了汗马功劳。通过对病毒的深入认识，其很多特性可以为我们所用。这些独有的宝贵特性往往是经过数代近几十万年的进化不断提炼形成的，如能被人类合理使用，具有事半功倍的效果。在前期大量工作的基础上，这方面的开拓者M. Yang 和T. Douglas于2006年在《Science》上发表题为” Viruses: making friends with old foes”的评论文章[11]。当前，病毒已经受到来自物理﹑数学﹑化学以及生物药学等诸多领域研究者的广泛关注。那么，病毒有哪些特性值得我们关注呢？首先，如前所述，病毒是一台高效的传递遗传物质的机器。一般来说，病毒可以有效地渗透宿主的防御机制而在其体内自由穿梭，可以精准地识别其感染的目标细胞或者细菌。如噬菌体fd或者M13病毒具有特定的蛋白质P3,仅能识别特殊菌株的大肠杆菌并对其进行感染。在识别到目标细胞或者细菌后，病毒通过胞吞或者膜融合的方式将其所包含的遗传物质注入目标细胞或者细菌内部，并利用目标细胞或者细菌的各种原料进行复制组装，在短时间内产生大量的复制体（图4）。可以想象，将病毒包含的固有遗传物质用特定的基因片段或者药物替换，然后利用病毒的高效运载能力和靶向识别能力，可以将基因片段或者药物传递到特定的病症部位的特定细胞内部。这种特性在基因传递修复治疗复杂疾病(viral gene delivery)，靶向药物传输的治疗癌症等方面引起了广泛关注。但是基于病毒的基因传递体系往往会引起较大的免疫反应等副作用而受到冷落。近几年，基于除掉遗传物质的植物类病毒类似颗粒（virus like particle）的靶向药物传输的研究又开始兴起。植物类病毒被认为对人体无害。噬菌体特异性地感染特定的细菌菌株，通过消耗其物质以及大量繁殖后破壳而出导致细菌死亡的特性，真是病毒用于抗菌的背后机理。Figure 4. 现代电子显微镜技术可以清晰地揭示病毒感染和复制的过程。图片来源于图中所引文献。&其次，基因和化学可改性。由于绝大多数病毒的结构就是一个由蛋白质构成的容器包含有遗传物质。遗传物质的使命就是复制自身和利用宿主内的原材料编码表达构成蛋白质容器的蛋白。因此，可以对病毒所搭载的遗传物质进行人为的修改，加入一些特定的编码片段，从而在病毒的原有的衣壳蛋白表面生长出新的蛋白片段。这些蛋白片段可以作为生物医药，蛋白质酶等。美国科学家Smith发明的Phage display技术无疑是这方面的典范[12]。其二，病毒的蛋白质容器暴露在水体系的蛋白片段部分往往含有大量的官能团，可以用于化学反应，堪称天然的化学反应平台。而且病毒的三维立体结构，提供一种三维立体空间，病毒蛋白质壳内部可用于装载有效的物质，表面则通过化学反应修饰上荧光基团，靶向基团，可以用于生物医学中的成像诊断[13]。&第三，精准的形貌和尺寸。含有包膜的病毒如“埃博拉”病毒形状和尺寸不太规整，往往以多倍体（polyploidy）的形式存在（图1）[14]，即几个病毒可能融合成一个个体。但是绝大部分不含包膜的病毒具有高度统一的形貌和尺寸。这类病毒根据其形貌可分为准球形病毒（quazosphereical）和棒状或者纤维状病毒(filamentousvirus)。前者以豌豆荚病毒为代表。神奇的是，这类准球形病毒的蛋白衣壳往往以多面体(icosahedral)的形式存在，如20面体。这种多面体的对称形式的数学意义以及生物意义引起了来自数学界，物理界的关注。棒状或者纤维状病毒以烟草花叶病毒（TMV）为代表。TMV为一直径为18纳米，长为 300纳米的刚性棒。而我们课题组使用的Ff则直径为6.6纳米，长为880纳米的半柔性纤维状。尽管现代纳米化学的发展使得人们可以合成各种大小形貌的纳米粒子，但很难达到这种由基因控制的精准的形貌，尺寸。因此，病毒是理想的生物纳米粒子，可以用做物理模型来研究一些基本的物理问题。如棒状的烟草花叶病毒，我们课题所使用的纤维状fd/M13噬菌体等，由于结构均一，被广泛用作溶致液晶模型[15]。&最后，病毒的组装行为。对于结构简单的病毒，其蛋白质容器是由数量从几十到上千个不同种类的蛋白质通过一些非化学共价键组装而成的，形成的蛋白质容器往往具备一定的力学刚性，可以承受一定的极端条件如高温和强酸强碱，这样可以很好地保护其内部所搭载的遗传物质。如上述的烟草花叶病毒就是由数千个相同的蛋白质像砌烟囱一样以螺旋的形式堆叠而成的。这种靠非共价键驱动而成的自组装行为堪称现代超分子化学的自然案例。此外，将构成病毒的蛋白质容器的单个蛋白可以在非生理条件下进行自发组装，可以构建病毒类似颗粒用于装载各种药物等。除了这种在蛋白质层次上的组装外，我们课题所使用的纤维状fd/M13噬菌体在形成向列型液晶后，能在三维空间以手性螺旋的方式排列(图5)。这种排列方式的起因至今仍是一个谜 [15]。Figure5. 纤维状fd/M13噬菌体形成的手性向列型液晶。&当然病毒还有许多其他优异的特性。上述几个特性在病毒的利用方面发挥非常重要的基石。此外，值得欣慰的是，植物性病毒以及多种噬菌体已经被证实对人体无害。正式这些特性，病毒在生物医学，纳米技术，物理以及化学方面引起了广泛的关注，近几年涌现出许多知名的课题组。MIT的Angla Belcher课题组采用Phage display技术在噬菌体M13的表面长出喜欢某一特定无机材料的蛋白质片段，从而将病毒作为模板来制备许多基于病毒的纳米功能材料，如2009年发明所谓的病毒电池的原型曾被展示给总统奥巴马[16]。在病毒的化学改性方面，以Scripps研究所的M.G. Finn教授为代表，对一类球形植物病毒进行了各种化学改性修饰并探索了其在生物医学方面的应用[17]。Mark Yang和T. Douglas联手在类病毒粒子(VLP)用作纳米容器来装载纳米粒子，提供化学反应受限空间等方面的进行了大量的研究[18]。物理模型方面，以美国Brandies大学的Seth Fraden和其学生ZvonimirDogic为代表，后者近几年在纤维状病毒的三维可控组装方面取得了许多突破，工作多发表在Nature及其子刊上[19]。美国的华裔学者如Wang Qian, Mao Chuanbin等在相关领域也有很多成果[20]。国内现在有几个课题组开始这方面的研究。自2011年6月以来，在前期工作的基础上，我们开始了用化学改性的方法调控纤维状fd/M13噬菌体三维组装并将其物理性能转换为有用的材料性能的研究方向。我们采用纤维状fd/M13噬菌体，通过在其表面修饰上响应性高分子，制备了基于病毒的纳米纤维状水凝胶[21]。同时通过表面化学改性来调控纤维状fd/M13噬菌体的三维手性液晶的排列[22]。如在这类fd/M13噬菌体的表面修饰上糖响应的基元后，可以利用糖类来调控其手性液晶行为。这些工作得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的支持。&“知己知彼，百战不殆”，人类与病毒战斗的过程就是对病毒的深刻认识的过程。自然界仍然存在许多不为人知的病毒，对其优异特性的认识有助于解决我们人类面临的一些科学难题。如一些存在于温泉的高度噬热的病毒，其蛋白质壳具有耐高温的特性。病毒可能早于人类存在于这个星球，已经伴随了整个人类历史的发展，也将继续与人类共存下去。“化敌为友，为我所用”可能是与病毒共存的一种较好的策略。&References[1]http://blog.sciencenet.cn/blog-176.html[2] http://blog.sciencenet.cn/blog-.html[3] 美国电影《极度恐慌》（Outbreak)。纪实小说《高危地带》, 作者: 理查德·普莱斯顿。[4] Angela N.H. Creager, The PlantCell 11(3), 301-308 (1999)[5] Science 341, 281 (2013);[6] Franklin R.E. Nature 175,379–381 (1955); Nature 177, 928–930 (1956)[7] Nature, Volume 509 Number 7498 pp7-128, 1 May 2014 [8] http://www.phagoburn.eu/[9] Bawden, F. C., Pirie, N. W., Bernal, J. D., & Fankuchen, I.Liquid crystalline substances from virus-infected plants. Nature, 138, (1936).[10] Onsager L. The effects ofshape on the interaction of colloidal particles[J]. Annals of the New YorkAcademy of Sciences, ): 627-659.[11] Douglas T, Young M. Viruses:making friends with old foes[J]. Science, 75): 873-875.[12] Smith G P. Filamentous fusionphage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virionsurface[J]. Science, 05): .[13] Bruckman, M. A., Jiang, K.,Simpson, E. J., Randolph, L. N., Luyt, L. G., Yu, X., & Steinmetz, N. F.(2014). Dual-modal magnetic resonance and fluorescence imaging ofatherosclerotic plaques in vivo using VCAM-1 targeted tobacco mosaic virus.Nano letters, 14(3), .[14] PLoS ONE 7(1): e29608.doi:10.1371/journal.pone.0029608[15] Dogic Z, Fraden S. Orderedphases of filamentous viruses[J]. Current Opinion in Colloid & InterfaceScience, ): 47-55.[16] http://belcherlab.mit.edu/[17] http://ww2.chemistry.gatech.edu/groups/finn/[18] [19] [20] [21] Cao, J., Liu, S., Chen, Y.J., Shi, L., & Zhang, Z.* (2014). Synthesis of end-functionalized boronicacid containing (co) polymers and their bioconjugates with rodlike viruses formultiple responsive hydrogels. Polymer Chemistry. 2014, DOI: 10.508B[22] Cao, J., Liu, S., Xiong, J.,Chen, Y., & Zhang, Z. (2014). Stimuli responsive chiral liquid crystalphases of phenylboronic acid functionalized rodlike viruses and theirinteraction with biologically important diols. Chemical Communications.
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微生物噬菌体
裂性噬菌体的增殖:吸附----侵入----增殖---成熟---裂解
噬菌体:是病毒中的一种,一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。(把侵染真菌的病毒叫噬真菌体)基本形态:蝌蚪形,球形,线性 1 有收缩性尾壳
2.长的非收缩性尾壳由双链DNA组成
3 尾部很短
4 无尾部:外壳顶端蛋白质衣壳粒较大为DNA单链
5 无尾部:外壳顶端蛋白质衣壳粒较小为RNA单链
6 线形:为DNA单链
根据噬菌体与宿主的关系:
烈性噬菌体:指感染宿主细胞后,能够使宿主细胞裂解的噬菌体. 温和噬菌体(或溶源性噬菌体):噬菌体感染细胞后,将其核酸整合(附着)到宿主的核DNA上,并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制,在一般情况下,不引起寄主细胞裂解的噬菌体。
烈性噬菌体的繁殖过程一般分为五个阶段:吸附、侵入、生物合成、装配、释放
1.吸附:吸附是噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合的过程,其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。位点:病毒受体、性菌毛等过程:随机碰撞、尾丝散开、固着、刺突插入,基板固定
吸附的机理:尾丝尖端与受体发生共价结合 2.侵入:
过程:尾丝展开、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入
动物病毒借助胞吞作用、膜融合或直接穿过膜
植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染膜融合病毒包膜与宿主细胞膜融合,核衣壳释放到细胞质中。如:流感病毒
与噬菌体不同的是:动、植物病毒是以整个核衣壳侵入的,须迅速在溶酶体蛋白水解酶的作用下脱掉蛋白质衣壳,释放出核酸,以使病毒核酸复制和转录。但有些病毒侵入时同时脱壳。 3.生物合成
增殖过程中基因表达特点: 基因表达有先有后
基因表达的顺序为:早期表达;次早期表达;核酸复制;晚期表达前一次表达产物是后一次表达的mRNA 聚合酶
晚期表达的结果是合成了各种装配蛋白(另外还有溶菌酶) 4.装配
DNA分子的缩合---通过衣壳包裹DNA而形成头部---尾丝和尾部其它部件独立装配完成---头部与尾部相结合---装上尾丝
5.释放(裂解) 成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。
裂解量:每一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体量
增殖***周期(裂解***周期):烈性噬菌体所经历的繁殖过程
噬菌体的效价测定:
效价指噬菌体悬液的浓度。即噬菌体数/ml样品。噬菌斑形成单位数
/感染中心数.
测定方法有:斑点实验法,液体稀释管法,双层平板法,单层平板法,快速玻片法
一步生长曲线:定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。
潜伏期:毒粒吸附于细胞到受感染细胞释放出子代毒粒所需要的最短时间。不同病毒的潜伏期长短不同,噬菌体以分钟计,动物病毒和植物病毒以小时或天计。
裂解量:每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数(平均收获量)。裂解量=裂解期平均噬菌斑数/潜伏期平均噬菌斑数=平稳期噬菌斑数/潜伏期噬菌斑数
溶源性:温和噬菌体侵入宿主细胞后产生一种新的特性,称为溶源性。
温和噬菌体:噬菌体吸附并侵入细胞后,其DNA只整合在宿主核染色体组上,并可长期随宿主DNA的复制而同步复制,一般不进行增殖或引起宿主细胞裂解的噬菌体。原噬菌体(前噬菌体):整合在宿主染色体上的温和噬菌体核酸。游离态:已成熟释放并具感染性的病毒粒子。
整合态:原噬菌体附着或整合在细菌染色体状态。
营养态:原噬菌体在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质的合成、装配状态。
温和噬菌体的特点:都是dsDNA;具有整合能力具有同步复制能力
温和噬菌体存在形式:游离态,整合态,营养态
溶源性细菌:含有原噬菌体(温和噬菌体)的细菌称为溶源性细菌。
溶源菌的基本特征:
细菌的溶源性具有遗传性
溶源菌对其原噬菌体的同源噬菌体具有免疫性
溶源性细菌在培养中不易被查觉复愈:溶源菌(失去原(前)噬菌体)--------非溶源细胞
自发裂解和诱导裂解:溶源菌可被自发或
诱发裂解而使温和噬菌体变成烈性噬菌体
溶源性细胞可获得一些新的生理特性
发酵过程中噬菌体的危害及应用: 噬菌体的危害:主要是引起发酵中的噬菌体污染例:***、丁醇发酵中的噬菌体污染,抗生素发酵中的噬菌体污染,食品工业上的噬菌体污染防治:
控制活菌排放
选育抗性生产菌株生产中轮换使用菌种
药物防治例如用金霉素、四环素等。
病毒群体形态及组成
包涵体:某些感染病毒的宿主内,出现光镜可见的大小、形态和数量不等的小体。
包涵体;是病毒的聚集体;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白质;病毒性包涵体,由化学因子或细菌感染形成
空斑:在单层动物细胞培养物上的与噬菌斑类似。
病斑:若单层动物细胞受肿瘤病毒感染,则细胞剧增,产生类似菌落的灶。
枯斑:病毒作用于植物留下的局部坏死部分。病毒的蛋白质:
构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附
决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体
病毒蛋白还构成了毒粒酶(参与病毒的进入、释放、大分子合成) 病毒和核酸: DNA,RAN之分;单双链之分;线状,环状之分(闭合,开放);正负链之分;基因组是单组分、双组分、三分组、多组分亚病毒
亚病毒包括:类病毒,卫星病毒,卫星RNA,软病毒
卫星病毒:是一类基因组缺损、依赖辅助病毒,基因
才能复制和表达且完成增殖的亚病毒因子
卫星RNA:是一类寄生于辅助病毒壳体内,虽与辅助病毒基因组无同源性,但须依赖其才能复制 RNA分子片段(拟病毒)
软病毒:一种感染性蛋白粒子致病因子称朊病毒
植物,脊椎动物,昆虫病毒
昆虫病毒作为农药的优点:专一性高,毒力大,后效长,使用方便,对人畜无害,无公害。缺点:危害经济作物
非增殖性感染:由于病毒或细胞的原因,使病毒复制
在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻,导致病毒感染的不
完全循环。在受染细胞内,不产生有感染性的病毒子代。
整合感染:许多温和噬菌体和肿瘤病毒感染宿主细胞后,
因病毒与细胞的性质,病毒基因组整合于宿主染色体,并
随细胞分裂传递给子代细胞,这类感染称之为整合感染侵入方式:
通过伤口进入再通过胞间连丝或输导组织迅速向
其它部位扩散引起普遍感染。借嫁接时的伤口而侵入借昆虫刺吸式口器进入
植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳
病毒感染的致细胞病变效应的机理?
致细胞病变效应:宿主细胞和组织中的微观或宏观变化或异常现象病毒可抑制宿主DNA、RNA和蛋白质合成
细胞溶酶体损伤,导致水解酶释放,细胞崩解
通过向细胞质膜中插入病毒1
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