噬菌體的定義與應(yīng)用！
噬菌體的定義與應(yīng)用！
噬菌體（bacteriophage, phage）是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒的總稱。噬菌體具youbing毒的基本特性：個(gè)體微小，能通過濾菌器；無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有一種核酸類型；只能寄生于易感的宿主菌中，以復(fù)制方式增殖。噬菌體分布極廣，凡是有細(xì)菌的場(chǎng)所，就可能有相應(yīng)噬菌體存在。噬菌體與醫(yī)學(xué)的關(guān)系密切，如對(duì)細(xì)菌進(jìn)行噬菌體分型及流行病學(xué)調(diào)查，以噬菌體作為抗菌制劑也是值得探索的。
一、噬菌體的生物學(xué)性狀
⒈形態(tài)與結(jié)構(gòu) 噬菌體的體積微小，需要用電子顯微鏡觀察。其形態(tài)大多數(shù)呈蝌蚪形，少數(shù)呈微球形和桿狀。噬菌體核心僅有一種核酸類型，即DNA或RNA；外殼由蛋白質(zhì)組成，主要起保護(hù)核酸的作用。蝌蚪形噬菌體由頭部和尾部構(gòu)成。頭部為二十面體立體對(duì)稱，內(nèi)有核酸；尾部是一中空管狀結(jié)構(gòu)，由尾髓和尾鞘組成，末端還有尾板、尾絲和尾刺。尾部結(jié)構(gòu)參與噬菌體對(duì)宿主菌的識(shí)別及對(duì)宿主菌的侵襲。
⒉化學(xué)組成 噬菌體主要由蛋白質(zhì)和核酸組成，核酸位于頭部的核心，是噬菌體的遺傳物質(zhì)，只有一種核酸類型，為DNA或RNA。蛋白質(zhì)構(gòu)成噬菌體的頭部外殼和尾部結(jié)構(gòu)。
⒊免疫原性 噬菌體組分對(duì)于人體是異種物質(zhì)，進(jìn)入人體后能刺激機(jī)體產(chǎn)生特異性抗體。該抗體能抑制相應(yīng)噬菌體侵襲宿主菌，但對(duì)已吸附或已進(jìn)入宿主菌的噬菌體不起作用。
⒋抵抗力 噬菌體對(duì)理化因素的抵抗力比一般細(xì)菌強(qiáng)。如噬菌體能在低溫下*保持活性，70℃30 min仍不被滅活；化學(xué)消毒劑需作用較長(zhǎng)時(shí)間才能將其滅活。
⒌培養(yǎng)特性 培養(yǎng)噬菌體必須用活細(xì)菌。噬菌體有嚴(yán)格的細(xì)胞寄生性和高度的特異性，即一種噬菌體只能感染某一種細(xì)菌，有的噬菌體甚至只能感染某種細(xì)菌的某一型。
二、毒性噬菌體
噬菌體感染細(xì)菌后有兩種結(jié)果：一是噬菌體進(jìn)入宿主細(xì)胞內(nèi)增殖，宿主菌被裂解，建立溶菌周期；二是噬菌體進(jìn)入宿主細(xì)胞后不增殖，噬菌體核酸與細(xì)菌染色體整合，噬菌體成為前噬菌體，并不產(chǎn)生子代噬菌體，但可建立溶原周期。依據(jù)噬菌體感染細(xì)菌的結(jié)果不同，將噬菌體分為兩類，前者為毒性噬菌體（virulent phage)，后者為溫和性噬菌體（temperate phage)。
毒性噬菌體在宿主菌內(nèi)增殖，其過程包括吸附、穿入、生物合成、成熟與釋放。從噬菌體吸附宿主菌到宿主菌裂解釋放子代噬菌體的過程，稱為噬菌體的復(fù)制周期或溶菌周期。
⒈吸附吸附是噬菌體的表面結(jié)構(gòu)與宿主菌表面的噬菌體受體發(fā)生特異性結(jié)合的過程。大多數(shù)噬菌體以其尾部結(jié)構(gòu)吸附于細(xì)菌的噬菌體受體，細(xì)菌的噬菌體受體多位于細(xì)胞壁上，也可位于性菌毛、鞭毛或莢膜上。
⒉穿入噬菌體尾部吸附宿主菌后，分泌*類物質(zhì)溶解細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁出現(xiàn)空隙，然后尾鞘收縮將頭部的核酸通過尾髓注入細(xì)胞內(nèi)，其蛋白質(zhì)外殼留在菌體外，不參與增殖過程。
⒊生物合成噬菌體核酸進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后，首先以其自身核酸為模板轉(zhuǎn)錄形成mRNA，然后翻譯產(chǎn)生噬菌體所需要的與其生物合成有關(guān)的蛋白酶、調(diào)節(jié)因子和結(jié)構(gòu)蛋白；另一方面以噬菌體核酸為模板復(fù)制出大量的子代噬菌體核酸。
⒋成熟與釋放子代噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白通過排列和結(jié)晶過程，形成完整的二十面體頭部結(jié)構(gòu)，并將噬菌體核酸包圍，使頭部和尾部連接，組裝成完整的子代噬菌體。當(dāng)子代噬菌體增殖到一定數(shù)量時(shí)，噬菌體合成的*促使細(xì)菌裂解，大量子代噬菌體被釋放，從而完成一個(gè)復(fù)制周期。釋放的子代噬菌體，又去侵染鄰近的細(xì)菌，產(chǎn)生子二代噬菌體。
噬菌體的一個(gè)復(fù)制周期需要15.25 min，每個(gè)復(fù)制周期可產(chǎn)生數(shù)百個(gè)子代噬菌體。每個(gè)子代噬菌體再感染其他細(xì)菌，又生成幾百個(gè)子代噬菌體。如此重復(fù)只需4次，一個(gè)噬菌體便可使數(shù)十億個(gè)細(xì)菌裂解。在固體培養(yǎng)基上，將適量的噬菌體與宿主菌液混合接種培養(yǎng)后，培養(yǎng)基表面可出現(xiàn)透亮的溶菌空斑，即噬菌斑（plaque)，不同噬菌體噬菌斑的形態(tài)與大小不盡相同。通過噬菌斑計(jì)數(shù)，可以計(jì)算出一定液體中噬菌體的數(shù)量，即空斑形成單位(plaque forming units, PFU)。噬菌體在液體培養(yǎng)基中裂解細(xì)菌，會(huì)使菌液由混濁變透明。
三、溫和噬菌體
溫和噬菌體感染細(xì)菌后，其核酸整合到細(xì)菌染色體DNA上，成為細(xì)菌DNA的一部分，能與細(xì)菌染色體一起復(fù)制，并能傳至子代細(xì)菌，噬菌體不增殖，也不裂解細(xì)菌，此為溶原周期。這種狀態(tài)稱為溶原狀態(tài)（lysogeny)；整合在細(xì)菌染色體上的噬菌體核酸稱為前噬菌體（prophage)；染色體上帶有前噬菌體的細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌（lysogenic bacteria)。溶原性細(xì)菌具有抵抗同種或近緣噬菌體重復(fù)感染的能力。有些溶原性細(xì)菌在基因型和性狀上會(huì)發(fā)生改變，稱為溶原性轉(zhuǎn)變（(lysogenic conversion)。如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素、乙型鏈球菌產(chǎn)生紅疹毒素、某些*產(chǎn)生溶血素等，都是變?yōu)槿茉约?xì)菌后具有的性狀。溶原性轉(zhuǎn)變是導(dǎo)致細(xì)菌致病性轉(zhuǎn)變的重要機(jī)制之一。
溫和噬菌體與宿主菌的這種溶原狀態(tài)通常十分穩(wěn)定，能經(jīng)歷許多代，但有時(shí)也會(huì)自發(fā)終止，或受某些理化及生物因素的影響而終止溶原周期，隨即進(jìn)入溶菌周期。當(dāng)前噬菌體脫離宿主菌的染色體后，即進(jìn)行噬菌體的生物合成，裂解宿主菌并釋放出子代噬菌體。所以溫和噬菌體既有溶原周期，又有溶菌周期。
四、噬菌體的應(yīng)用
⒈細(xì)菌的鑒定和分型 由于噬菌體感染、裂解細(xì)菌具有種特異性，可用已知的噬菌體鑒定未知的細(xì)菌。噬菌體溶解細(xì)菌還具有型特異性。所以可用噬菌體對(duì)某一種細(xì)菌進(jìn)行分型，稱為噬菌體型。如利用噬菌體可將*分為23個(gè)噬菌體型、傷寒沙門菌分為96個(gè)噬菌體型。細(xì)菌的噬菌體分型在追蹤傳染源和進(jìn)行流行病學(xué)調(diào)查上具有重要意義。
⒉鑒定標(biāo)本中的未知菌噬菌體具有嚴(yán)格的寄生性，所以若從標(biāo)本中檢出某種噬菌體，則提示該標(biāo)本中曾有相應(yīng)細(xì)菌的存在。根據(jù)噬菌體必須在活菌中才能增殖的特性，如將已知噬菌體與待檢標(biāo)本混合培養(yǎng)，若噬菌體數(shù)量有明顯增加，即使細(xì)菌培養(yǎng)為陰性，也可表明標(biāo)本中有相應(yīng)細(xì)菌存在。
⒊細(xì)菌性感染的治療在噬菌體發(fā)現(xiàn)之初，人們就考慮將噬菌體用于抗菌治療，但由于噬菌體感染細(xì)菌具有高度特異性，限制了噬菌體在臨床上的應(yīng)用。近些年來由于細(xì)菌耐藥日趨嚴(yán)重，臨床上抗菌治療面臨著巨大挑戰(zhàn)，因此，對(duì)噬菌體的抗菌研究受到關(guān)注。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究表明，在噬菌體與宿主菌嚴(yán)格配型的基礎(chǔ)上，噬菌體能有效治療細(xì)菌感染。如用噬菌體治療耐藥的銅綠假單胞菌和*感染的動(dòng)物，取得了優(yōu)于傳統(tǒng)藥物的治療效果，因此，噬菌體是值得期待的治療耐藥菌感染的方法之一。
⒋基因工程的工具由于噬菌體可以將基因插入宿主菌DNA內(nèi)，使其成為重要的分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究工具，如噬菌體在基因工程上可作為外源性基因的載體。
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