噬菌体

噬菌体(英语:bacteriophage或者phage)是病毒的一种,其特别之处是专以细菌为宿主,较为熟知的噬菌体是以大肠杆菌为寄主的T2噬菌体。

跟别的病毒一样,噬菌体只是一团由蛋白质外壳包裹的遗传物质,大部分噬菌体还长有“尾巴”,用来将遗传物质注入宿主体内。超过95%已知的噬菌体以双螺旋结构的DNA为遗传物质,长度由5,000个碱基对到5,000,000个碱基对不等;余下的5%RNA为遗传物质。噬菌体的基因组有单链DNA、双链DNARNA这三种类型;有线性、环状两种形式。

噬菌体是一种普遍存在的生物体,而且经常都伴随着细菌。通常在一些充满细菌群落的地方,如:泥土、动物的内脏里,都可以找到噬菌体的踪影。目前世上蕴含最丰富噬菌体的地方就是海水。在海平面,平均每毫升的海水即含有9×108个病毒粒子(virions),并使海水中70%的细菌受到噬菌体的感染。

在苏联、中欧和法国,噬菌体都曾用作抗生素的替代品,作为医疗用品的时间超过90年。。噬菌体治疗已经被更多国家的医师接受,它们被看作是对于许多细菌的多重耐药性菌株可能的治疗。

噬菌体很小,在光学显微镜下看不见,需用电子显微镜观察。不同的噬菌体在电子显微镜下有三种形态,即蝌蚪形、微球形和丝形。大多数噬菌体呈蝌蚪形,由头部和尾部两部分组成。例如大肠杆菌T4噬菌体头部呈六边形,立体对称,大小约95×65nm,内含遗传物质核酸;尾部是一管状结构,长95125nm,直径1320nm,由一个内径约2.5nm中空的尾髓和外面包着的尾鞘组成。尾髓具有收缩功能,可使头部核酸注入宿主菌。在头、尾连接处有一尾领结构,可能与头部装配有关。尾部末端有尾板、尾刺和尾丝,尾板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶;尾丝为噬菌体的吸附器官,能识别宿主菌体表面的特殊受体。有的噬菌体尾部很短或缺失。

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abc分别为T4噬菌体、λM13噬菌体的示意图

大多数噬菌体以裂解细胞的方式被释放至胞外,溶菌酶水解细胞壁,脂肪酶水解细胞膜,细胞裂解,释放子代噬菌体粒子(即病毒粒子)。丝状噬菌体则以分泌方式从受染细胞中释放出来,它不裂解和杀死宿主细胞,不妨碍宿主细胞,但宿主细胞的生长速度却大大降低。凡在宿主细胞内能够完成增殖过程,产生并释放大量子代噬菌体,此类噬菌体被称为烈性噬菌体(virulent phage),比如T系噬菌体(T1-T7噬菌体的总称);温和噬菌体(比如λ噬菌体、M13噬菌体、P1噬菌体)在吸附和侵入宿主细胞后,将噬菌体基因组整合在宿主细胞DNA上(或以质粒形式储存在细胞内),随宿主DNA复制而同步复制,随宿主细胞分裂而传递到两个子细胞中,宿主细胞可正常繁殖,以上过程称为“溶源周期”。但在一定条件下,噬菌体基因组可进行复制,产生并释放子代噬菌体,即“裂解周期”。因此温和噬菌体既能进行溶源循环,还能进行裂解循环。

噬菌体与细菌侵染的关系

吸附是噬菌体与细菌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。不同噬菌体的吸附方式不同,丝形噬菌体以其末端吸附,有尾噬菌体以尾丝、尾刺吸附。丝形噬菌体M13f1等及微球形噬菌体如MS2等是吸附于细菌的性菌毛上,所以只感染有性菌毛的F+。只要细菌具有特异性受体,不论是活或已死亡,噬菌体都能吸附,但噬菌体不能进入死亡的宿主菌。所以基于M13噬菌体的噬菌体展示库要选择TG1这样的菌株做为宿主菌。

T3T4T7等噬菌体,其细胞受体是脂多糖,T2T6噬菌体的受体是脂蛋白,枯草杆菌噬菌体SP-50的受体是磷酸壁。


Souce: 纽普生物    2016-09-08