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2022-05-25      

噬菌体(英语:bacteriophage)是一种感染细菌古细菌病毒,其特点为专以细菌为宿主。人们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,噬菌体也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%以RNA为遗传物质。正是通过对噬菌体的研究,科学家证实基因以DNA为载体。(见赫希-蔡斯实验)整个噬菌体的长度由20纳米到200纳米不等。它们的基因组可含有少至四个、多至数百个基因。在注射其基因组进入细胞质后,噬菌体在细菌内复制。噬菌体是在生物圈中最常见的和多样化的实体。[1]

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。在海中,平均每毫升的海水即含有9×108病毒粒子(virions),[2]并使海水中70%的细菌受到噬菌体的感染[3]

噬菌体的命名是由希腊语词汇“吞噬”(φαγεῖν)的首字母Φ开始,然后加上一组序号。

苏联中欧法国,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[4]。噬菌体治疗已经被更多国家接受,它们被用作许多具有多重耐药性的细菌的治疗。[5]

增殖过程

吸附

噬菌体吸附蛋白与宿主表面受体蛋白发生特异性结合的过程。

噬菌体吸附蛋白

噬菌体通常吸附蛋白或衣壳的组成部分。

噬菌体细胞受体

噬菌体细胞受体是指在宿主细胞表面,存在着某些可被噬菌体吸附蛋白所识别,并与之特异性结合的正常生理功能物质。不同噬菌体其细胞受体各不相同,有的在细胞壁上,有的则在荚膜上、鞭毛上或性菌毛上,例如T3、T4和T7等噬菌体,其细胞受体是脂多糖,T2和T6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。

噬菌体的吸附反应

噬菌体的吸附蛋白与细胞受体之间的吸附反应受许多因素的影响,例如病毒的数量、不同离子和离子浓度、温度、pH等环境因素的影响。

侵入

T偶数噬菌体通过注射方式将其DNA注入宿主细胞中。例如T4噬菌体完成吸附后尾鞘收缩,尾管插入到细胞壁和膜中,尾管携带的溶菌酶溶解细胞壁中的肽聚糖,头部核酸通过尾管注入到细胞中,衣壳则留在胞外。

噬菌体大分子的生物合成

早期

噬菌体基因的转录具有明显的时序性,由噬菌体早期基因产生早期mRNA的过程称为早期转录,由此转译所产生的蛋白质称为早期蛋白质,主要参与病毒的次早期或晚期转录、病毒基因组复制及抑制宿主的生物大分子合成。

次早期

由噬菌体的次早期基因产生次早期mRNA的过程称为次早期转录,由此转译来的蛋白质称为次早期蛋白质。

晚期

在噬菌体DNA复制开始或复制后所进行的转录称为晚期转录,所转译的蛋白质称为晚期蛋白质,它们主要是病毒的结构蛋白和装配蛋白。

装配

一个典型的尾式噬菌体结构图

以T4噬菌体为例:

头部装配,先形成空壳,再装入DNA。

尾部装配,基板装上尾管,再装上尾鞘。

头与尾结合

上部颗粒与尾丝相连

释放

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

BacteriophageHK97.jpg