电子显微镜下的冠状病毒

病毒很小,不仅肉眼看不到,最好的光学显微镜也无济于事

借助电子显微镜才能揭开病毒的面纱

提供“眼见为实”的参考

1933年,发现的鸡传染性支气管炎病毒是人类发现的第一种冠状病毒。目前(注:指2016年)已发现6种冠状病毒可感染人类。

1966年和1967年,分别从上呼吸道感染患者呼吸道样本中分离出人冠状病毒性(HCoV) 229E 和OC43。

2003年,发现了严重急性呼吸综合征冠状病毒( SARS-CoV)。

2004年,从荷兰一急性支气管炎患儿的呼吸道样本中分离获得冠状病毒NL63,同年在香港一71 岁肺炎患者呼吸道样本中发现HKUl。

2012年,发现了中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)。

【基本特征】

冠状病毒科属于巢病毒目( Nidovirales ) ,分为冠状病毒亚科(Coronavirinae)和环曲病毒亚科(Torovirinae)。冠状病毒亚科分为α、β、γ和δ四个属。感染人的冠状病毒分属于α属(HCoV-229E、NL63)和β属(HCoV-OC43、HKU1、SARS-CoV和MERS-CoV)。在β属中HCoV-OC43与HKU1属于a组,SARS-CoV和MRES-CoV分别属于b组和c组。

冠状病毒对理化因素的抵抗力较弱。以SARS-CoV为例,56℃60min可灭活病毒。α属冠状病毒229E可以用人二倍体细胞进行分离培养,NL63可感染猴肾来源的LLC-MK2和Vero细胞; β属中OC43可感染Vero细胞,HKU1较难分离培养,可用人原代气道上皮细胞进行分离。SARS-CoV能感染LLCMK2、Vero、Vero-E6和MA104等猴肾细胞系; MERS-CoV对灵长类、猪和蝙蝠来源气道细胞和肾细胞等多种细胞系敏感,如LLC-MK2、Vero、RoNi/7 (蝙蝠肾细胞来源) ,并能够在山羊的肺脏和肾脏来源的细胞系及骆驼肾细胞中复制产生病毒颗粒。

冠状病毒基因组为不分节段的单股正链线状RNA,感染人类的6种HCoV的长度为27 000 ~ 31 000 个核苷酸。编码包含16 个非结构蛋白(NSP) 、ORF2a、血凝素-酯酶(HE) 蛋白(仅β属部分成员编码)、刺突蛋白(S),ORF5a、囊膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。在CoV基因组编码的20余种蛋白中,主要的结构蛋白包括S蛋白、N蛋白、M 蛋和E 蛋白。其中,S蛋白是病毒的主要中和抗原,与病毒感染宿主的过程密切相关;N蛋白在病毒复制时大量表达,常用作诊断抗原。

【传播途径】

冠状病毒通过呼吸道或粪口途径传播,可引起呼吸道、胃肠道和神经系统症状。

HCoV主要通过飞沫和密切接触传播(SARS-CoV还可通过气溶胶传播) 。HCoV-O C43、229E、HKUl和NL63的感染引起的症状一般较轻,主要为普通感冒,在老人、免疫力低下人群和儿童可导致肺炎。

SARS-CoV和MERS-CoV除了导致肺炎和急性呼吸窘迫综合征,还可导致全身多脏器功能衰竭。人群对HCoV普遍易感,大部分人在儿童期即感染过OC43、229E、HKUl和NL63,并可反复感染。

【形态学和超微结构】

1.负染观察冠状病毒有包膜,病毒颗粒多为球形,直径50~200nm,具有多形性特征。包膜上有显著的刺突结构,刺突长12~24nm ,直径约1nm, 与包膜接触的一端稍细。包绕病毒包膜的刺突呈日冕状因而得名,是冠状病毒的特征性结构。人呼吸道冠状病毒突起呈花瓣状包绕在病毒颗粒周围(图1);而人肠道冠状病毒突起为鼓槌状,有时呈长短相间排列成双层。

电子显微镜下的冠状病毒

2.超薄切片观察位于细胞外的成熟冠状病毒多呈高电子密度的球形,刺突结构不易识别(图2)。

电子显微镜下的冠状病毒

SARS-CoV感染的细胞质内出现大量囊泡,该结构是冠状病毒感染的特征之一(图3)。

电子显微镜下的冠状病毒

病毒颗粒可向囊泡腔内出芽,成熟的病毒颗粒最终聚集在囊泡内,多呈球形,直径80 ~ 120 nm(图4 )。

电子显微镜下的冠状病毒

当病毒核衣壳接近病毒包膜分布时,病毒颗粒呈现周围高电子密度、中心低电子密度的形态。通常,细胞质中囊泡内病毒颗粒的刺突结构不易辨别。存在病毒颗粒的囊泡内还可见到管状结构,此结构直径约2nm,长度不等。

在冠状病毒形态发生过程中,细胞质内还可出现游离状态的圆形、肾形、大小不等、形态各异的高电子密度的病毒样颗粒(图5)。

电子显微镜下的冠状病毒

包裹病毒的囊泡可开口于细胞膜表面,病毒颗粒可由此释放脱离细胞(图6) 。

电子显微镜下的冠状病毒

本文内容摘自中国疾控中心病毒病所洪涛院士及中国医学科学院病原生物学研究所王健伟研究员主编的《医学病毒图谱》一书。

利用透射电子显微镜技术对病毒形态进行识别是病毒鉴定的重要手段之一,也是对新发和突发病毒性传染病及生物恐怖事件病原体鉴定的重要手段之一。本书是国内首部较为系统、全面介绍病毒形态理论、病毒形态及相关技术的图书,对临床诊断、科学研究、教学及从事病毒形态研究的人员具有重要的参考价值。

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