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一个典型的噬菌体结构

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英语Multiple drug resistance的细菌的治疗。[5]

增殖过程

电子显微镜下的噬菌体。
被噬菌体吸附的细菌

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:

  1. 头部装配,先形成空壳,再装入DNA。
  2. 尾部装配,基板装上尾管,再装上尾鞘。
  3. 头与尾结合
  4. 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

烈性噬菌体

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)

一步生长曲线

一步生长曲线(one-step growth curve)是一条定量描述烈性噬菌体的增殖曲线。通常以感染时间为横坐标,以噬菌体效价(侵染性噬菌体数/ml样品)为纵坐标画出的曲线。分潜伏期和裂解期。

潜伏期

潜伏期是指噬菌体粒子从吸附到受感染宿主细胞释放子代噬菌体所需的最短时间。

裂解期

在潜伏期后,宿主细胞迅速裂解,并释放大量子代噬菌体。故在此期细胞裂解液中噬菌体数目急剧增加。

温和噬菌体

温和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。

模式噬菌体

下面的噬菌体被广泛的研究:

参考文献

引用

  1. ^ Mc Grath S and van Sinderen D (editors). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology 1st. Caister Academic Press. 2007 [2014-02-19]. ISBN 978-1-904455-14-1. [1]. (原始内容存档于2016-10-22).
  2. ^ K. Eric Wommack, Rita R. Colwell. Virioplankton: Viruses in Aquatic Ecosystems. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2000-03-01, 64 (1): 69–114 [2018-04-02]. ISSN 1092-2172. doi:10.1128/mmbr.64.1.69-114.2000. (原始内容存档于2020-11-28) (英语).
  3. ^ Prescott, L. (1993). Microbiology, Wm. C. Brown Publishers, ISBN 978-0-697-01372-9
  4. ^ 英国广播公司 地平线系列(1997年):The Virus that Cures,一部关于噬菌体药物的纪录片
  5. ^ Eric Christopher Keen. Phage Therapy: Concept to Cure. Frontiers in Microbiology. 2012, 3 [2018-04-02]. ISSN 1664-302X. doi:10.3389/fmicb.2012.00238 (英语).
  6. ^ Miller, ES; Kutter, E, Mosig, G, Arisaka, F, Kunisawa, T, Rüger, W. Bacteriophage T4 genome.. Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. March 2003, 67 (1): 86–156, table of contents. PMC 150520. PMID 12626685. doi:10.1128/MMBR.67.1.86-156.2003.

书籍

  • 吴光耀 主编:《精英教案》,军事宜文出版社,2005

参阅

外部链接


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