內容簡介
《病毒的電子顯微學研究》主要介紹研究病毒的各種電子顯微學方法以及*新進展和取得的成果,內容包括:病毒樣品的超薄切片技術,病毒的分離、純化和病毒樣顆粒的組裝,病毒免疫電鏡技術,生物材料的高分辨率電子顯微技術,冷凍電鏡單顆粒技術和冷凍電鏡電子斷層成像技術等。理論介紹盡量做到淺顯易懂,書中示例也取自經典的或者*近幾年的科研成果。此外,在緒論中簡略概述病毒的電子顯微學研究的進展。
病毒的電子顯微學研究在近十多年來有許多理論和技術上的突破,發展迅速、成果斐然,其中也有《病毒的電子顯微學研究》部分作者參與的工作,書中均做瞭翔實介紹。
《病毒的電子顯微學研究》可供病毒學、結構生物學、流行病學、電鏡等領域的科技工作者,以及高等院校有關專業師生參考。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 病毒形態、結構和化學組分
1.1.1 電鏡下的病毒形態
1.1.2 病毒的結構
1.1.3 病毒的組分
1.2 病毒分類係統
1.2.1 病毒的主要類群
1.2.2 病毒的分類和命名
1.2.3 病毒分類係統
1.3 病毒入侵、繁殖及病理變化
1.3.1 病毒的入侵
1.3.2 病毒的繁殖
1.3.3 病毒引起宿主細胞的病理變化
1.3.4 病毒的釋放
1.4 病毒的電鏡診斷和鑒定
1.4.1 病毒電鏡診斷鑒定的依據
1.4.2 病毒電鏡診斷鑒定的特點
第2章 病毒樣品的超薄切片技術
2.1 常溫超薄切片技術的取材與固定
2.1.1 取材
2.1.2 固定
2.2 常溫超薄切片技術的脫水、滲透和包埋
2.2.1 脫水
2.2.2 滲透和包埋
2.3 常溫超薄切片的製作和染色
2.3.1 常溫超薄切片的製作方法
2.3.2 染色液和染色方法
2.4 冷凍超薄切片技術
2.4.1 取材、醛固定和包封
2.4.2 冷凍保護處理與冷凍固定
2.4.3 冷凍超薄切片
2.5 冷凍置換技術
2.5.1 冷凍置換的基本原理
2.5.2 冷凍置換介質
2.5.3 冷凍置換的方法
2.5.4 影響冷凍置換的因素
第3章 病毒的分離、純化與病毒樣顆粒的組裝
3.1 病毒的分離純化
3.1.1 病毒的分離
3.1.2 病毒的純化
3.2 病毒純化的超速離心技術
3.2.1 原理與設備
3.2.2 病毒離心純化方法
3.3 病毒衣殼蛋白的體外錶達與病毒樣顆粒的組裝
3.3.1 病毒樣顆粒在大腸杆菌錶達係統中的錶達與組裝
3.3.2 病毒樣顆粒在昆蟲杆狀病毒錶達係統中的錶達與組裝
3.3.3 病毒樣顆粒體外錶達研究進展
3.4 負染色技術
3.4.1 負染色液的製備
3.4.2 染色方法
3.4.3 操作中的注意事項
第4章 病毒免疫電鏡技術
4.1 概述
4.2 抗原-抗體免疫復閤物電鏡技術
4.2.1 吸附法
4.2.2 修飾法
4.2.3 吸附-修飾法
4.2.4 凝集法
4.3 免疫標記電鏡技術的基本方法
4.3.1 取材與固定
4.3.2 免疫標記方法
4.3.3 樣品包埋
4.3.4 對照實驗
4.4 鐵蛋白標記電鏡技術
4.4.1 鐵蛋白標記抗體的製備
4.4.2 鐵蛋白標記電鏡技術的應用
4.5 酶標記電鏡技術
4.5.1 酶標記抗體
4.5.2 PAP技術
4.5.3 酶標記電鏡技術的應用
4.6 膠體金標記電鏡技術
4.6.1 膠體金探針的製備技術
4.6.2 膠體金標記電鏡技術的應用
4.7 電鏡原位雜交技術
4.7.1 同位素標記cRNA探針電鏡原位雜交
4.7.2 生物素標記DNA探針電鏡原位雜交
4.7.3 地高辛標記rRNA探針電鏡原位雜交
4.7.4 電鏡原位雜交技術的注意事項
第5章 生物樣品的高分辨電子顯微技術
第6章 冷凍電鏡單顆粒技術與病毒研究
第7章 電子斷層成像技術與病毒研究
參考文獻
附錄 國際病毒分類係統的科與屬(ICTV,2009年)
圖版
前言/序言
許多病毒給人類的健康和生命,以及農、林、牧、漁等産業造成瞭巨大的威脅和災害,如肝炎病毒、艾滋病病毒、SARS冠狀病毒、流感病毒等。據測算,我國有10%人口攜帶乙肝病毒(HBV),有8%~10%慢性乙肝病患者可能發展為肝硬化和肝癌。艾滋病病毒(HIV)引起艾滋病,自1981年發現以來全球纍計有近2000萬人死於艾滋病。可以說這些小小的病毒是人類在生物界中最可怕的敵人!同時,病毒存在的範圍非常廣,幾乎所有的生物體都發現會被病毒所感染。因此,人類有可能利用病毒防治一些有害生物,如利用昆蟲核多角體病毒(NPV)防治農作物害蟲等。此外,病毒又是最簡單、最小的有機體,它明顯地體現齣生物物質的特徵,如生長增殖、遺傳變異及相關的進化過程等。因此,病毒學的研究不單能防治它和利用它防治其他有害生物,而且病毒本身也是研究生命現象和瞭解生命本質的極好的研究材料。病毒學因而成為當前國際科學研究的前沿和熱點。
1892年Ivanovski發現瞭煙草花葉病病原體具有過濾性之後,Beijerinck大膽設想這是一種新型的生物因子,病毒就逐漸被人們認識瞭。然而,在三十多年裏,人們隻是把它看成為一種過濾性的緻病因子,仍未引起科學傢們的重視。直至1939年,Kausche首次用電子顯微鏡直接觀察到煙草花葉病毒(TMV),人們纔把病毒看成實在的生物體。此後在相當長的時間內,人們判斷是否是病毒時,其中一個標準是:是否隻有電鏡纔能觀察到。可見電鏡對病毒研究的重要性。
目前,電子顯微學方法在病毒學的研究中,無論是病毒形態發生、病理、分類,還是新病毒的發現等研究,都有著非常重要和不可或缺的作用。尤其近二十多年來,生物電子顯微學有瞭飛躍的發展。由於引進瞭高分辨成像技術和計算機圖像處理技術等,以及冷凍技術和生物樣品製備技術的快速發展,一個新學科——生物大分子電子顯微學齣現瞭。特彆是在20世紀90年代齣現瞭冷凍電鏡單顆粒技術和冷凍電鏡斷層掃描技術,它不僅能夠很好保存病毒處於自然狀態而不需要結晶,而且不受病毒尺度大小的限製,並能夠獲得接近原子分辨率的三維結構,在幾年之後其分辨率將會達到原子分辨率,從而使電子顯微學與X射綫晶體學和核磁共振一起成為結構生物學研究的三大手段。
但是在很長的時間內,國內很少見到關於病毒電子顯微學研究的書籍,就本人的印象,隻有1961年高尚蔭先生編寫的《電子顯微鏡下的病毒》一書以及近年來幾本有關病理學或分類學方麵的書涉及這方麵的一些內容。這與病毒學發展現狀很不適應。作者長期從事病毒電子顯微學的研究和教學工作,因此決定編寫《病毒的電子顯微學研究》一書。本書主要介紹研究病毒的電子顯微學方法和取得的成果,可供結構生物學、病毒學、流行病學研究者和高等院校有關專業師生參考。
本書於2006年由中山大學生命科學學院電鏡室的張景強、李鯤鵬、張勤奮、黃小俊、譚玉蓉、崔金明、陳森雄和柳正完成瞭初稿。由於初稿較粗糙及尚不夠完整等原因未送齣版社。2009年7月科學齣版社來信徵稿,於是我們決定在原來的基礎上重新編寫《病毒的電子顯微學研究》-書。原來的部分作者(張勤奮、崔金明和陳森雄等)因種種原因無法繼續參與本書編寫,於是另邀請硃平、洪健和何鍵等同行參與重新編寫。在此對張勤奮、崔金明和陳森雄等此前所作的努力和貢獻錶示衷心的感謝!北京大學丁明孝教授、南方醫科大學樸英傑教授大力支持本書齣版。同時,本書的齣版得到國傢自然科學基金(項目號U0832604)、科技部蛋白質重大專項(項目號2010CB912404),以及中國科學院百人計劃(項目號KSCX2-YW-R-142)等的資助,在此深錶謝意!
本書中所有的圖除標明引用齣處的外,其餘均為作者所有。廣東省微生物研究所何能波、中國科學院武漢病毒所張立人等為本書提供瞭很好的電鏡照片,在此錶示衷心感謝!
張景強
2010年10月
於中山大學
好的,這裏有一份關於《病毒的電子顯微學研究》的圖書簡介,內容詳實,旨在全麵介紹該領域的核心知識與研究進展,但不包含任何虛構或重復的內容: 《病毒的電子顯微學研究》 內容概要 本書是一部係統、深入探討利用電子顯微技術揭示病毒形態學、結構特徵、組裝機製及與宿主相互作用的專業著作。全書聚焦於病毒學領域的前沿技術應用,旨在為病毒學研究者、生物醫學工程師及高年級學生提供一個堅實的理論基礎和詳盡的實踐指導。 第一部分:電子顯微技術在病毒學中的基礎與發展 本部分首先迴顧瞭電子顯微技術(Electron Microscopy, EM)在生命科學,特彆是病毒學研究中的關鍵地位。詳細闡述瞭透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)的基本原理,對比瞭它們在觀察病毒粒子和感染過程中的適用性。 核心內容涵蓋瞭樣品製備的精細工藝,這是獲得高質量病毒圖像的關鍵步驟。我們深入探討瞭負染法(Negative Staining)的優化策略,包括不同對比劑的選擇(如醋酸鈾、磷鎢酸)及其對不同類型病毒結構細節的影響。對於需要更高分辨率和三維重建的應用,書中詳細介紹瞭冷凍電鏡(Cryo-EM)技術的發展曆程和核心原理。重點闡述瞭玻璃態冰的形成、對樣品損傷的最小化控製,以及單顆粒分析(Single Particle Analysis, SPA)用於解析高分辨率病毒結構模型的流程。此外,高壓冷凍斷裂/蝕刻技術(High-Pressure Freezing/Freeze-Fracture Etching, HPF/ETCH)也被作為研究病毒包膜與宿主膜融閤界麵的重要工具進行介紹。 第二部分:病毒形態學分類與結構解析 本部分基於電子顯微學的觀測結果,對病毒的結構進行瞭詳盡的分類和描述。根據形態學特徵,係統梳理瞭球形病毒、杆狀病毒、異形病毒以及具有復雜外殼的噬菌體等主要類群的超微結構。 詳細分析瞭病毒衣殼的對稱性(如二十麵體、螺鏇對稱),並結閤晶體學數據,解釋瞭衣殼蛋白亞基如何精確排列形成穩定的幾何結構。對於具有包膜的病毒,書中重點展示瞭如何利用負染和冷凍電鏡技術識彆和定位包膜蛋白(如血凝素、刺突蛋白)的空間位置及其與基底膜的相互作用。 特彆關注瞭病毒基因組的包裝方式。通過對某些DNA和RNA病毒的切片分析,展示瞭核衣殼的緊密堆積結構,並探討瞭像流感病毒或艾滋病病毒(HIV)等負鏈RNA病毒,在釋放過程中是如何形成其獨特的內部螺鏇結構和核心體的。 第三部分:病毒組裝與釋放的動態過程 電子顯微鏡是捕捉病毒生命周期中動態事件的“快門”。本部分著重於利用原位冷凍電鏡(In-situ Cryo-EM)和實時成像技術,解析病毒感染後在細胞內外的組裝和釋放過程。 書中展示瞭不同病毒科如何利用宿主細胞的特定膜結構作為“裝配工廠”。例如,對腺病毒和皰疹病毒(Herpesviruses)的研究錶明,病毒核心如何通過核孔復閤體進行精確的核內組裝。詳細描述瞭不同組裝階段的中間産物——前驅體(Pro-virions)的形態特徵,這對於理解成熟病毒顆粒的形成至關重要。 在病毒釋放階段,書中對比瞭溶酶體釋放(Lysis)和齣芽釋放(Budding)的超微結構差異。對於齣芽病毒,展示瞭如何通過膜追蹤技術觀察包膜蛋白的富集、衣殼與包膜的結閤,以及最終形成成熟病毒顆粒並離開細胞的過程。對於噬菌體,則詳細分析瞭尾鞘的收縮和注射機製的精細結構,這些都是利用高分辨率EM技術解析的關鍵功能結構。 第四部分:病毒與宿主相互作用的結構基礎 本部分將電子顯微學與細胞生物學相結閤,研究病毒如何操縱和利用宿主細胞係統。 重點分析瞭病毒對細胞骨架的重塑作用,如某些病毒如何誘導微管和肌動蛋白絲形成“病毒工廠”,以及這些結構如何協助病毒的細胞內轉運。書中利用超薄切片TEM和免疫金標記技術,追蹤瞭病毒蛋白在細胞內特定區域(如內質網、高爾基體)的定位和聚集情況。 此外,書中還詳細探討瞭病毒誘導的細胞病變效應(Cytopathic Effects, CPE)的超微結構基礎。例如,對某些病毒感染後形成的包涵體(Inclusion Bodies)的形態學分析,揭示瞭病毒復製、蛋白質錶達和核酸閤成的場所特徵。同時,對病毒逃逸宿主免疫防禦機製的結構基礎也進行瞭探討,包括某些病毒如何形成“免疫規避”結構或乾擾自噬體的功能。 第五部分:高級成像技術與未來展望 本部分展望瞭電子顯微技術在病毒學研究中的未來方嚮。重點介紹瞭斷層掃描(Tomography)技術,特彆是冷凍電鏡斷層掃描(Cryo-ET),如何實現對細胞內非晶體、非均一的生物結構的亞納米級三維重建。這使得研究者能夠觀察到在標準SPA中無法捕獲的、處於動態變化中的病毒結構和感染復閤物。 此外,書中也涉及瞭電子顯微成像的定量分析方法,例如統計形態學分析和深度學習在圖像處理和特徵識彆中的應用潛力,預示著未來病毒結構解析將更加自動化和精確化。 本書內容全麵、技術性強,是病毒學、生物物理學、生物工程領域不可或缺的參考手冊。通過對這些關鍵技術的深入理解和應用,讀者將能更有效地解析復雜病毒的生命活動規律。