賢集網(wǎng)生物技術(shù)頻道訊：噬菌體（bacteriophage）是一類侵害細(xì)菌（包括放線菌）的病毒，又稱細(xì)菌病毒（bacterialvirus）。具有其他病毒的共同特性：個(gè)體小、可通過除菌濾器、沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)、非常專一的寄生性等，為非細(xì)胞生物。其結(jié)構(gòu)主要由蛋白質(zhì)和核酸（DNA或RNA）組成。在自然界中分布廣泛，土壤、空氣、水中或生物體內(nèi)都可存在。據(jù)噬菌體與寄主細(xì)胞的關(guān)系可分為烈性噬菌體（virulent phage）和溫和噬菌體（temperate phage）兩類。前者改變寄主的性質(zhì)，大量產(chǎn)生新的噬菌體，最后導(dǎo)致菌體裂解死亡；后者可因生長條件的不同，即可引起寄主細(xì)胞的裂解死亡，又可將其核酸整合到細(xì)菌的染色體上，使細(xì)菌細(xì)胞繼續(xù)生長繁殖，并被溶原化。
噬菌體的危害主要存在于發(fā)酵工業(yè)，如乳制品、酶制劑、氨基酸、有機(jī)溶劑、抗生素、微生物農(nóng)藥和菌肥生產(chǎn)等。由于它的個(gè)體比細(xì)菌小數(shù)百倍，可以附著于塵埃上隨風(fēng)飄移，因此能長久地?cái)U(kuò)散和傳播到一定的范圍，并能脫離寄主而存活。它在寄主細(xì)胞內(nèi)能大量迅速繁殖子代噬菌體，如在十幾分鐘至一個(gè)小時(shí)左右，一個(gè)細(xì)胞感染一個(gè)噬菌體后可以釋放出數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)子代噬菌體。一旦發(fā)生噬菌體污染，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵異常、倒罐，使工業(yè)生產(chǎn)遭到嚴(yán)重?fù)p失。
由于噬菌體的結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡單，故廣泛用于復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和調(diào)節(jié)機(jī)理的研究。λ噬菌體以原噬菌體方式存在于大腸桿菌K12株系中，利用紫外線誘導(dǎo)可以釋放λ噬菌體，可感染已經(jīng)喪失了λ噬菌體的大腸桿菌株系。λ噬菌體在大腸桿菌中可裂解生長或整合到寄主染色體中復(fù)制。λ-DNA可在體外包裝成病毒顆粒，高效地感染大腸桿菌；可以把25kb長的外源DNA插入λ-DNA，引入受體細(xì)胞；另外重組λ-DNA的篩選和保藏較易，故常作為分子克隆的載體。
一、噬菌體的形態(tài)和構(gòu)造
從形態(tài)學(xué)上可將噬菌體分為六群，其中1、2、3群有頭部、尾部之分，為蝌蚪形：4、5兩群沒有尾部，是微球形，6群為纖維形噬菌體，是一條略呈彎曲的纖絲。目前我國谷氨酸發(fā)酵中所發(fā)現(xiàn)的噬菌體，均屬蝌蚪形。
侵染棒桿菌的一種噬菌體具有頭部和尾部，頭部呈明顯的六邊形，頭部大小約為55nm。它是一種非收縮尾噬菌體，尾部呈桿形或彎曲，長約193nm×12nm。尾部末端可看到六個(gè)明顯的釘狀刺突，其中三個(gè)在一個(gè)平面上，另外三個(gè)在另一個(gè)平面上，兩個(gè)平面互相平行，且垂直于尾。六個(gè)刺突在垂直投影面上形成六個(gè)角。
T奇數(shù)噬菌體有多種，已報(bào)道的侵染北京棒桿菌的噬菌體有四種，這四種噬菌體是A2、A3、A133和A155。A133是收縮尾，A2、A3和A155是非收縮尾。尚未報(bào)道這四種噬菌體的尾端有刺突。
噬菌體的化學(xué)成分絕大部分是核酸和蛋白質(zhì)，它們占粒子重量的90％以上，其中核酸占40％～50％，多數(shù)噬菌體的核酸是單鏈或雙鏈DNA，但近十多年來，發(fā)現(xiàn)不少的噬菌體所含的核酸就是RNA。噬菌體的外殼由蛋白質(zhì)組成。
二、噬菌體的生長和繁殖
噬菌體的生長和繁殖過程包括五個(gè)步驟，即吸附（adsorption）、侵入（injection）、增殖（replication）、成熟（maturity）和釋放（release）（圖2-127）。
（一）吸附
吸附是噬菌體的吸附器官（尾絲、基板和刺突）與敏感寄主細(xì)胞的特殊位點(diǎn)的接觸（圖2-128）。尾絲首先觸及寄主細(xì)胞表面，然后基板和刺突固定。一般說，噬菌體對(duì)寄主要求專一性很強(qiáng)，比如，產(chǎn)谷氨酸的北京棒桿菌噬菌體就嚴(yán)格地限于侵染北京棒桿菌。但也有些噬菌體也可以感染相近的種或?qū)俚木辏缢沫h(huán)素生產(chǎn)菌的噬菌體。敏感的細(xì)胞并非整個(gè)細(xì)胞各處皆可吸附，須在特殊位點(diǎn)，而且大腸桿菌的受點(diǎn)還依噬菌體而異。T3、T4和T7噬菌體的特殊位點(diǎn)是脂多糖層；T2和T6是脂蛋白質(zhì)，雄性專一噬菌體是F+細(xì)胞的纖毛。當(dāng)然，噬菌體吸附的寄主細(xì)胞和特殊位點(diǎn)的專一性并非一致，程度有差異。
（二）侵入
吸附后，尾絲收縮，感染過程開始，對(duì)T類噬菌體就開始收縮尾鞘，結(jié)果不僅尾髓插入細(xì)胞壁，而且會(huì)像注射一樣將DNA打入細(xì)胞內(nèi)。蛋白質(zhì)的外殼仍在壁外，而線狀噬菌體fd則全部進(jìn)入寄主細(xì)胞。從吸附到侵入時(shí)間很短，如T4僅需15s。
（三）增殖
噬菌體一侵入，增殖即開始，即核酸的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成。先利用寄主的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，噬菌體的mRNA被寄主的蛋白質(zhì)合成體系翻譯，形成一系列新的早期蛋白質(zhì)。在T類噬菌體中，早期蛋白質(zhì)包括一種新的DNA聚合酶，分解寄主的DNA的核酸酶，合成5-羥甲基胞嘧啶和它的ATP所必需的酶，以及轉(zhuǎn)錄形成后期蛋白質(zhì)基因所需的蛋白質(zhì)。然后開始噬菌體核酸的復(fù)制。在含有雙股DNA的噬菌體中，復(fù)制過程與一般DNA復(fù)制相似。在含單股DNA的噬菌體如ΦX174中，一條互補(bǔ)的DNA被合成，形成了雙股DNA，接著再以此作模板合成RNA和子代DNA。第二步是后期蛋白質(zhì)開始出現(xiàn)。在T類噬菌體中，合成的后期蛋白質(zhì)是噬菌體頭和尾成分的亞單位，還有噬菌體的溶菌酶。這種酶能分解寄主細(xì)胞壁的肽聚糖。
（四）成熟
當(dāng)所有噬菌體結(jié)構(gòu)成分都已合成時(shí)，成熟過程（即“裝配”）便開始。在T4中，裝配一個(gè)成熟噬菌體約需30種不同的蛋白質(zhì)，而且至少具有47種基因功能。其過程先是DNA的凝聚，頭的亞單位被組裝成頭部，尾和尾絲也各自組成。然后按從頭至尾的順序自我裝配，最后將尾絲裝上，形成一個(gè)完整的噬菌體（圖2-130）。
（五）釋放
噬菌體繁殖的最后階段是裂解釋放出子代噬菌體。裂解T類噬菌體感染的細(xì)胞要涉及兩個(gè)或更多基因的作用，至少一個(gè)作用于細(xì)胞膜，另一個(gè)具有溶菌酶的作用將分解壁的肽聚糖，線狀噬菌體則不裂解寄主細(xì)胞，可能是通過擠壓而沖出細(xì)胞壁。
每種噬菌體侵入敏感細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞最后能裝配完成和釋放出的噬菌體數(shù)稱為裂解量，它是相對(duì)固定的。如T4為100，ΦX174為1000，f2為10000，T2為200；谷氨酸產(chǎn)生菌的噬菌體為50～150。
圖2-131為噬菌體一步生長曲線，這是定量描述烈性噬菌體生長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須用噬菌體去感染高濃度的寄主細(xì)胞，以保證每個(gè)細(xì)胞所吸附的噬菌體至多只有一個(gè)。由于眾多寄主細(xì)胞的裂解不可能同步，所以釋放期較長。
（六）噬菌體效價(jià)的測定
效價(jià)（titre）在這里的含義是表示每毫升試樣中所含具有感染性噬菌體的數(shù)量，也稱噬菌斑形成量（plaque-forming unit）。測定效價(jià)的方法常用雙層平皿法。在已倒2％瓊脂下層的平皿上，將1％瓊脂上層培養(yǎng)基與敏感寄主細(xì)胞和噬菌體試樣稀釋液混勻凝固后，37℃培養(yǎng)10多個(gè)小時(shí)，平皿表面會(huì)形成具有一定形狀、大小和透明度的噬菌斑。由于一個(gè)噬菌體先侵染一個(gè)細(xì)胞，然后以此為起點(diǎn)再反復(fù)侵染周圍大量細(xì)胞，結(jié)果形成可觀察到的一個(gè)噬菌斑。據(jù)知一個(gè)直徑2mm的噬菌斑含有107～109個(gè)噬菌體。
三、噬菌體的生活史
噬菌體有兩類，大多數(shù)噬菌體是烈性的，如T4、T7、ΦX174等，它們在生長循環(huán)結(jié)束時(shí)就殺死細(xì)胞，其過程就像整個(gè)生長繁殖過程。不過，在自然界還存在另一種噬菌體，稱為溫和性噬菌體。
溫和性噬菌體感染一個(gè)敏感細(xì)菌菌株時(shí)，根據(jù)各種遺傳和生理?xiàng)l件，有兩種可能的行為，即一些細(xì)胞被噬菌體增殖所裂解，而另一些則被溶原化。
溫和性噬菌體侵入寄主細(xì)胞后，由于前者的基因組整合到后者的DNA上，并隨寄主細(xì)胞的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，不引起寄主細(xì)胞裂解的現(xiàn)象稱“溶原化”。能引起溶原化的噬菌體即稱溫和性噬菌體，已整合到寄主DNA上的噬菌體就稱“原噬菌體”，這時(shí)的寄主就稱“溶原菌”（lysogenic bacteria）。以“原噬菌體”的方式嵌存于寄主的DNA中，可隨寄主繁殖，延續(xù)傳代，“和平共處”，一般不引起細(xì)胞裂解。產(chǎn)生溶原化的菌株的命名方法是，在菌株名稱后加上括號(hào)，括號(hào)內(nèi)是它們所攜帶的原噬菌體的名稱。如E、coli（λ），λ即為大腸桿菌菌株攜帶的原噬菌體。
像菌株的其他遺傳特性一樣，溶原性通常也是菌株的一種非常穩(wěn)定的特性。因此在大多數(shù)溶原細(xì)菌細(xì)胞群體中，只有極少數(shù)溶原菌會(huì)丟失它們的噬菌體，失去的原因尚不很清楚。溶原性細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)也可變成“烈性”狀態(tài)，即也可復(fù)制和溶解寄主細(xì)胞并釋放出正常的有感染力的噬菌體。另外，溶原菌對(duì)于同一種噬菌體或是與之密切相關(guān)的噬菌體表現(xiàn)出免疫性，即它不能再被同一種噬菌體所裂解或溶原化。但免疫性不同于細(xì)菌對(duì)噬菌體的抗性，抗性是由于細(xì)胞表面受體部位結(jié)構(gòu)的改變而使得噬菌體不能吸附。
溶原性細(xì)菌易識(shí)別，只要把溶原細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上劃線，當(dāng)劃過一個(gè)對(duì)噬菌體敏感的菌株時(shí)，沿著溶原性細(xì)菌的邊界處可以看到一個(gè)窄的裂解區(qū)。當(dāng)溶原性細(xì)菌被強(qiáng)烈因素處理時(shí)，也易于轉(zhuǎn)變?yōu)榱倚浴４送猓S多菌株可被幾個(gè)不同的噬菌體溶原化。
四、噬菌體的分離檢查
噬菌體具有非常專一的寄生性，它只能在特異的寄主細(xì)胞中增殖。另外，噬菌體缺乏獨(dú)立代謝的酶體系，不能脫離寄主而自行繁殖。因而噬菌體的繁殖必須依賴于寄主細(xì)胞的繁殖，它只能在活的、正在繁殖階段的細(xì)胞中繁殖；而在死的、衰老的、處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞中，或在代謝產(chǎn)物或培養(yǎng)基上均不能繁殖。為此，必須采用特殊的方法對(duì)噬菌體進(jìn)行分離檢查。
（一）分離方法
1、分離樣品的制備
1）分離源為液體時(shí)，可進(jìn)行一次離心分離，即在10000r／min的轉(zhuǎn)速下分離10min，除去雜菌，用上清液作為分離樣品。
2）對(duì)于土壤等固體材料，可先取1～2g固體懸浮于5～10mL培養(yǎng)基內(nèi)，然后取離心上清液為樣品。
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