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神奇的噬菌體
--德國漢諾威鴿藥技術(shù)部
噬菌體
噬菌體能夠殺死細(xì)菌的現(xiàn)象在1915年由弗德里克· 特沃特(Frederick W.Twort)發(fā)現(xiàn)(但弗德里克· 特沃特并未進(jìn)行深入研究也未命名)。1915年8月加拿大醫(yī)學(xué)細(xì)菌學(xué)家費(fèi)利克斯· 德赫雷爾(Felix d‘Herelle)也發(fā)現(xiàn)了這種病毒并把這些病毒(virus )稱為噬菌體 。噬菌體是一類病毒,原指細(xì)菌病毒,近年來發(fā)現(xiàn)真菌、藻類都有噬菌體 。(bateriophage)噬菌體(bacteriophage, phage)是感染細(xì)菌、真菌、藻類 、放線菌或螺旋體等微生物的病毒的總稱,因部分能引起宿主菌的裂解,故稱為噬菌體。本世紀(jì)初在葡萄球菌和志賀菌中首先發(fā)現(xiàn)。作為病毒的一種,噬菌體具有病毒的一些特性:個(gè)體微小;不具有完整細(xì)胞結(jié)構(gòu);只含有單一核酸?梢暈橐环N"捕食"細(xì)菌的生物。噬菌體基因組含有許多個(gè)基因,但所有已知的噬菌體都是細(xì)菌細(xì)胞中利用細(xì)菌的核糖體、蛋白質(zhì)合成時(shí)所需的各種因子、各種氨基酸和能量產(chǎn)生系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其自身的生長(zhǎng)和增殖。一旦離開了宿主細(xì)胞,噬菌體既不能生長(zhǎng),也不能復(fù)制 。
噬菌體是病毒的一種,其特別之處是專以細(xì)菌為宿主,較為人知的噬菌體是以大腸桿菌為寄主的T2噬菌體。跟別的病毒一樣,噬菌體只是一團(tuán)由蛋白質(zhì)外殼包裹的遺傳物質(zhì),大部分噬菌體還長(zhǎng)有"尾巴",用來將遺傳物質(zhì)注入宿主體內(nèi)。噬菌體是一種普遍存在的生物體,而且經(jīng)常都伴隨著細(xì)菌。通常在一些充滿細(xì)菌群落的地方,如:泥土、動(dòng)物的內(nèi)臟里,都可以找到噬菌體的蹤影。目前世上蘊(yùn)含最豐富噬菌體的地方就是海水 。
折疊噬菌機(jī)理
噬菌體顆粒感染一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞后可迅速生成幾百個(gè)子代噬菌體顆粒,每個(gè)子代顆粒又可感染細(xì)菌細(xì)胞,再生成幾百個(gè)子代噬菌體顆粒。如此重復(fù)只需4次,一個(gè)噬菌體顆粒便可使幾十億個(gè)細(xì)菌感染而死亡。
折疊侵染過程
一個(gè)典型的噬菌體的侵染細(xì)菌的過程,可以分為三個(gè)階段:感染階段、增殖階段和成熟階段。
感染階段:噬菌體侵染寄主細(xì)胞的第一步是“吸附”,即噬菌體的尾部附著在細(xì)菌的細(xì)胞壁上,然后進(jìn)行“侵入”。噬菌體先通過溶菌酶的作用在細(xì)菌的細(xì)胞壁上打開一個(gè)缺口,尾鞘像肌動(dòng)球蛋白的作用一樣收縮,露出尾軸,伸入細(xì)胞壁內(nèi),如同注射器的注射動(dòng)作,噬菌體只把頭部的DNA注入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi),其蛋白質(zhì)外殼留在壁外,不參與增殖過程。
增殖階段:噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后,會(huì)引起一系列的變化:細(xì)菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌體逐漸控制了細(xì)胞的代謝。噬菌體巧妙地利用寄主(細(xì)菌)細(xì)胞的“機(jī)器”,大量地復(fù)制子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì),并形成完整的噬菌體顆粒。噬菌體的形成是借助于細(xì)菌細(xì)胞的代謝機(jī)構(gòu),由本身的核酸物質(zhì)操縱的。據(jù)觀察,當(dāng)噬菌體侵入細(xì)菌細(xì)胞后,細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)里很快便充滿了DNA細(xì)絲,十分鐘左右開始出現(xiàn)完整的多角形頭部結(jié)構(gòu)。噬菌體成熟時(shí),這些DNA高分子聚縮成多角體,頭部蛋白質(zhì)通過排列和結(jié)晶過程,把多角形DNA聚縮體包圍,然后頭部和尾部相互吻合,組裝成一個(gè)完整的子代噬菌體。
成熟階段:噬菌體成熟后,在潛伏后期,溶解寄主細(xì)胞壁的溶菌酶逐漸增加,促使細(xì)胞裂解,從而釋放出子代噬菌體。在光學(xué)顯微鏡下觀察培養(yǎng)的感染細(xì)胞,可以直接看到細(xì)胞的裂解現(xiàn)象。T2噬菌體在37 ℃下大約只需四十分就可以產(chǎn)生100~300個(gè)子代噬菌體。子代噬菌體釋放出來后,又去侵染鄰近的細(xì)菌細(xì)胞,產(chǎn)生子二代噬菌體。
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