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噬菌体

一类感染微生物的病毒。它们中极大多数感染细菌,少数感染放线菌等其他原核微生物。感染的结果导致菌体破坏(溶菌),使菌落和菌苔产生噬斑。噬菌体有各种形态,极大多数呈二十面立体对称,少数呈长丝或近似球状。大肠杆菌T2噬菌体是这类病毒形态的代表,它除了二十面体的头部外,并有能收缩的尾部,尾端有基板、尾丝和尾钉(见图)。其他噬菌体的尾部不一定能收缩,甚至没有尾部。

一类感染微生物的病毒。它们中极大多数感染细菌,少数感染放线菌等其他原核微生物。感染的结果导致菌体破坏(溶菌),使菌落和菌苔产生噬斑。噬菌体有各种形态,极大多数呈二十面立体对称,少数呈长丝或近似球状。大肠杆菌T2噬菌体是这类病毒形态的代表,它除了二十面体的头部外,并有能收缩的尾部,尾端有基板、尾丝和尾钉(见图)。其他噬菌体的尾部不一定能收缩,甚至没有尾部。噬菌体的外部是蛋白质衣壳,内部为核酸,少数在衣壳外还有囊膜或其他成分。衣壳的功能是保护核酸和使噬菌体吸附于菌体表面。核酸是噬菌体的遗传物质,多数为双股DNA,少数为单股,还有少数为单股或双股RNA。

噬菌体

T2噬菌体的繁殖过程:首先通过尾钉和尾丝吸附于易感细菌的特定受体上,接着分泌一种酶,溶解细菌细胞壁,这时尾部的尾鞘收缩,尾管刺入细胞壁和膜,头部的核酸经尾管注入细胞,而衣壳留在细菌细胞外(见图)。随后核酸开始一系列的生物合成活动,包括复制子代核酸、转录信息RNA和转译衣壳蛋白和酶。当各种组分装配成完整的噬菌体后,通过噬菌体的溶菌酶使细菌裂解,噬菌体得以释出(较小的和长丝状的噬菌体在释放时没有溶菌发生,细菌仍然存活,因此不会产生噬斑)。很多噬菌体的特异性很强,只能感染特定的细菌或者菌株,也有些能感染多种细菌。这种能产生大量成熟子代并将细菌细胞裂解的噬菌体称为溶菌型或烈性噬菌体。

另有一些噬菌体在感染细菌后长期处于潜伏状态,它们的基因组与细菌DNA同步复制,不产生衣壳,称为前噬菌体,偶而在个别菌体中形成完整的病毒粒子,引起自发溶菌,称为温和性噬菌体,被它们感染的细菌称为溶原性细菌。溶原性细菌的外观正常,要证实前噬菌体的存在必须用紫外线或H2O2等处理,诱导产生成熟的噬菌体,同时与健康的同种细菌共同培养,观察溶菌现象作为标志。溶原性细菌分布广泛,几乎在每一种细菌和放线菌中都存在。

在溶原性细菌内,前噬菌体可能整合到细菌的DNA中,或形成质粒而单独存在。不管那种形式,都会导致细菌特性的改变,称为噬菌体转变。转变的表现形式多种多样,如:①能抵抗同种噬菌体的再感染,有时还能抵抗不相关噬菌体的感染。②改变细菌的抗原性,如被某种温和型噬菌体感染后沙门氏菌的O抗原发生了变异。③与白喉棒状杆菌和其他多种细菌的产毒素力有关,只有溶原性细菌菌株才能产生外毒素。④有些因突变而形成的缺陷性噬菌体,它们不再能独立繁殖,但可能产生某些产物,使细菌表现某些特性。如感染菌可分泌细菌素(如大肠菌素),能杀死同种或有关的细菌。

噬菌体常使发酵工业受到损害,如发酵液受噬菌体污染,可使生产菌大量溶菌,导致倒罐,造成重大经济损失,并常污染环境。但噬菌体在实践中有多方面的应用,人和动物的某些细菌性传染病如沙门氏菌病、葡萄球菌病、厌气菌病可以试用噬菌体进行预防和治疗,但其效果不甚满意;细菌和放线菌可用噬菌体加以鉴定和分型;基因工程中以噬菌体作为载体,将克隆的基因整合到它的基因组中,然后导入细菌而使其表达,例如用λ噬菌体制备的cosmid载体;遗传和分子生物学理论研究中,常把噬菌体作为模型而具有重要意义。