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噬菌体是能感染细菌放线菌真菌螺旋体病毒。噬菌体分布广泛,凡是有细菌存在的场所,就可能有相应噬菌体的存在。噬菌体有严格的宿主特异性,只寄居于易感宿主菌体内。

在电镜下噬菌体有三种外形,蝌蚪形、微球形和线形。大多数噬菌体呈蜊蚪形,由头部和尾部两部分组成(图4-1)。但也有无尾的噬菌体。较大的噬菌体头部的形状常为六棱柱体,头部含有核酸,外围绕一层蛋白质外壳。少数噬菌体还具有包膜。噬菌体的尾部为噬菌体与细菌接触的器官。不同的噬菌体尾部结构差异很大。噬菌体的化学成份仅含蛋白质及一种核酸,大部分噬菌体的核酸是DNA。噬菌体对理化因素的抵抗力较强。

大肠杆菌T2噬菌体结构模式图


图4-1 大肠杆菌T2噬菌体结构模式图

1.噬菌体和宿主菌细胞的关系

噬菌体感染细菌时,先通过尾刺或尾丝等特异地吸附到敏感细菌表面相应受体上,当噬菌体的尾插入细菌体时,借助于尾部含有的一种溶菌酶类物质,将胞壁溶一小孔使尾鞘插入,噬菌体的核酸很快从尾部注入细菌细胞,而致细菌发生感染。细菌感染后可出现菌体裂解或形成溶源性细菌两种结果(图4-2)。

噬菌体与细菌的相互作用(噬菌体-宿主生活周期)示意图


图4-2 噬菌体与细菌的相互作用(噬菌体-宿主生活周期)示意图

噬菌体核酸进入细胞浆后,宿主细胞即停止合成细菌自身的DNA,转而按噬菌体DNA所提供的遗传信息合成新的蛋白质,包括一些合成噬菌体DNA所需的酶及噬菌体头、尾部蛋白质亚单位等。当噬菌体DNA和蛋白质分别合成以后,在细菌胞浆内装配成为完整的成熟噬菌全。当它们增殖到一定程度,菌细胞发生裂解,释放出游离的噬菌体。噬菌体进入细菌细胞后,能在敏感宿主菌内复制增殖并使之裂解的噬菌体称为毒性噬菌体(Virulent phage)。

有些噬菌体不在敏感细菌内增殖,其基因整合于细菌基因组中,成为细菌DNA的一部分,当细菌分裂时,噬菌体的基因亦随着分布至两个子代细菌的基因中。这种噬菌体称为溶源性噬菌体(Lysogenic phage)或温和噬菌体(Temperat phage)。整合在细菌DNA上的噬菌体基因称为前噬菌体(Prophage),带有前噬菌体的细菌称为溶源性细菌(Lysogeneic bacteria)。

溶源性噬菌体能正常繁殖,但这种带噬菌体的溶源状态有时能自发终止,结果导致噬菌体增殖而引起细菌裂解。用紫外线照射或过氧化氢等处理溶源性细菌,可诱导前噬菌体从细菌的DNA分开,而开始其溶菌性周期。偶尔溶源性细菌也可失去前噬菌体。

2.噬菌体在医学和生物学中的应用

(1)细菌的鉴定与分型噬菌体的作用具有高度特异性。一种噬菌体只能裂解一种或与该种相近的细菌,故可用于细菌的鉴定和分型。目前已利用噬菌体将金黄色葡萄球菌分为四个群数百个型,这种用噬菌体分型的方法,在流行病学调查上,对追查和分析这些细菌性感染传染源很有帮助。

(2)检测标本中的细菌应用噬菌体效价增长试验检查标本中的相应细菌,若在检材中检出某种噬菌体时,常提示有相应细菌存在。

(3)分子生物学研究的重要工具噬菌体基因数量少,有些噬菌体为某种遗传基因缺陷株,有些噬菌体经人工诱导的变异和遗传容易控制和辩认,并且可用于基因的转导和变换等研究。近年来,噬菌体已成为遗传研究中的主要的基因载体工具。

参看

32 生物因素对细菌的影响 | 抗生素 32
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