噬菌體

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介紹

你知道嗎？除了動物、植物和人類，即使是細菌也會被病毒感染？這些病毒被稱為“噬菌體”，源於希臘語“phagein”，意思是“捕食”。噬菌體感染細菌並在細菌體內生長，眾所周知，病毒需要宿主才能繁殖，而無法在沒有宿主的情況下獨立增殖。

**弗雷德里克·特沃特**於1915年發現了這些專性細胞內寄生蟲，**費利克斯·德埃雷爾**於1917年獨立發現了它們。它們通常被稱為“噬菌體”。它們是最豐富的生物體，可以在任何細菌豐富的來源中分離出來。噬菌體只捕食細菌，而不會捕食其他微生物。

形態

感染大腸桿菌的T2、T4和T6噬菌體被廣泛研究。噬菌體的結構非常簡單。它包括一個包含雙鏈DNA的二十面體頭部和一個尾部。尾部是圓柱形的，包含連線頭部的頸圈或頸部、中央空心管、圍繞管的尾鞘和六邊形基板。病毒透過尾絲附著在細菌表面。不同噬菌體的結構差異很大。

例如，T1、T5和λ噬菌體缺乏基板，尾部沒有鞘，最終形成重要的尾絲。T3和T7具有短的、非收縮的、沒有尾絲的尾部。尾部的功能是將噬菌體頭部中包含的DNA注射到宿主細菌細胞中。

**圖1** - 噬菌體的結構

噬菌體的生命週期

所有病毒，包括噬菌體，都需要活的宿主才能複製和增殖。噬菌體感染細菌併產生子代噬菌體的過程稱為噬菌體生命週期。生命週期有兩種型別：裂解性（涉及殺死宿主細菌）和溶原性（宿主細菌免於被殺死）。

裂解週期

裂解性感染模式也稱為毒性週期，因為它涉及在宿主細菌細胞中繁殖並導致其裂解。裂解週期涉及的步驟如下：

• **吸附/附著** - 這是一個快速的過程。噬菌體透過尾絲與細菌細胞表面的特異性受體位點結合。這些受體位點可能是細菌細胞壁的成分，例如糖蛋白、脂蛋白、碳水化合物、脂質或蛋白質。病毒的氨基酸基團與細菌細胞壁的表面成分之間存在相互作用。噬菌體分泌一種稱為溶菌酶的酶進入宿主細胞，**在細菌細胞壁上形成一個孔。這種酶存在於尾絲中**。

• **穿透/注射** - 噬菌體進入細菌宿主細胞的細胞質。附著在宿主細胞表面的尾絲收縮，使基板接觸細胞壁。然後，尾鞘收縮，允許中央空心管進入細菌宿主內部。噬菌體DNA分子被注射到細胞質中。一旦DNA釋放，衣殼就不再有用。

• **噬菌體成分的生物合成** - 一旦噬菌體DNA進入宿主細胞，細菌的細胞代謝就停止運作，而噬菌體顆粒則像頭部和尾部一樣合成。

• **組裝** - 新形成的噬菌體頭部和尾部現在組裝成新的子代病毒顆粒。

• **宿主細胞的裂解** - 最後一步包括病毒透過**細胞裂解殺死細菌細胞，導致**子代病毒顆粒被釋放。該過程在不同的細菌宿主中重複，這就是噬菌體吞噬細菌的方式。

溶原性週期

這種生命週期模式被稱為非感染性或溫和週期，因為細菌免於被噬菌體吞噬。參與這種生命週期的噬菌體被稱為溫和噬菌體或溶原性噬菌體。

溶原性週期涉及的步驟如下：

• **吸附** - 在這裡，溫和噬菌體或溶原性噬菌體識別細菌宿主的受體位點，並使用尾絲附著在宿主細胞表面。該過程與裂解週期相同。

• **穿透/注射** - 噬菌體DNA進入宿主細胞。此步驟與裂解週期相同。

• **遺傳物質整合** - 噬菌體DNA整合或與宿主細胞的遺傳物質結合形成前噬菌體。前噬菌體是一種休眠的溫和噬菌體，即它保留其DNA，不像裂解週期那樣產生噬菌體成分。

• **複製和細胞分裂** - 在有利條件下，溶原性細菌和前噬菌體同步複製並傳遞給子代。細菌細胞不會受到損害。細胞分裂產生新的子細胞。

• **終止** - 如果溶原性細菌暴露於極端環境條件，如高溫、紫外線、誘變劑、過氧化氫、乾燥等，溶原性週期就會終止。這個過程稱為誘導。整合過程被逆轉，噬菌體可以啟動裂解週期。

潛伏期

從噬菌體DNA進入宿主細菌細胞到毒性噬菌體在宿主細胞中成熟的這段時間稱為“潛伏期”。時間範圍可能為15-30分鐘。

噬菌體有什麼用？

• 它們透過消除食品工業中不需要的細菌作為生物控制劑。

• 它廣泛用作基因工程中的載體。

• 它有助於指示環境中的致病菌。

• 與大腸桿菌一樣，噬菌體被廣泛用作各種研究的模式生物。

• 它通常用於噬菌體療法治療細菌感染。

常見問題

問1. 什麼是裂解期？

**答：**裂解期也稱為上升期，此時宿主細菌細胞發生裂解並釋放感染性噬菌體顆粒。

問2. 什麼是病毒顆粒？

**答：**成熟的病毒顆粒，由核酸（即DNA或RNA）和能夠引起感染的蛋白質外殼構成，被稱為病毒顆粒。

問3. 什麼是衣殼？

**答：**保護病毒遺傳物質（即DNA或RNA）並幫助在宿主細胞之間轉移的蛋白質外殼稱為衣殼。

問4. 解釋溶原性轉換。

**答：**當宿主細菌細胞被噬菌體溶原化時，一些噬菌體基因也會表達，導致細菌細胞的特性發生改變。這個過程稱為溶原性轉換。

問5. 描述噬菌體測定。

**答：**當噬菌體的接種物在含有已知細菌菌株的培養物上進行平板塗布時，在孵育後會出現透明區，代表噬菌體對細菌的作用。這些透明區稱為噬菌斑。