??????????????????

http://www.hbhlny.cn/editarticle.aspx?articleid=1152567400

????????????????????????????????????

噬菌體[shì jūn tǐ]

侵襲細(xì)菌的病毒

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

噬菌體（phage）是侵襲細(xì)菌的病毒，也是賦予宿主菌生物學(xué)性狀的遺傳物質(zhì)。噬菌體必須在活菌內(nèi)寄生，有嚴(yán)格的宿主特異性，其取決于噬菌體吸附器官和受體菌表面受體的分子結(jié)構(gòu)和互補(bǔ)性。噬菌體是病毒中最為普遍和分布最廣的群體。通常在一些充滿細(xì)菌群落的地方，如：泥土、動(dòng)物的腸道里，都可以找到噬菌體。

中文名

噬菌體

外文名

Phage

別    名

細(xì)菌病毒

學(xué)    科

分子生物學(xué)

發(fā)現(xiàn)者

F．d′Herelle和F．W．Twort

目錄

1介紹
2生物學(xué)性狀
3種類
?蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
?核酸特點(diǎn)
?繁殖特點(diǎn)
4發(fā)現(xiàn)歷史
5細(xì)菌防御方法
6應(yīng)用

介紹

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。二十世紀(jì)初在葡萄球菌和志賀菌中首先發(fā)現(xiàn) ^[3]。作為病毒的一種，噬菌體具有病毒的一些特性，個(gè)體微??；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。世上蘊(yùn)含最豐富噬菌體的地方就是海水 。

生物學(xué)性狀

噬菌體的體積小，其形態(tài)有蝌蚪形、微球形和細(xì)桿形，以蝌蚪形多見。噬菌體是由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成。蛋白質(zhì)起著保護(hù)核酸的作用，并決定噬菌體的外形和表面特征。其核酸只有一種類型，即DNA或RNA，雙鏈或單鏈，環(huán)狀或線狀。

種類

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

無尾部結(jié)構(gòu)的二十面體：這種噬菌體為一個(gè)二十面體，外表由規(guī)律排列的蛋白亞單位——衣殼組成，核酸則被包裹在內(nèi)部。

有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體：這種噬菌體除了一個(gè)二十面體的頭部外，還有由一個(gè)中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘組成的尾部，以及尾絲和尾針組成的基部。

線狀體：這種噬菌體呈線狀，沒有明顯的頭部結(jié)構(gòu)，而是由殼粒組成的盤旋狀結(jié)構(gòu)。

迄今已知的噬菌體大多數(shù)是有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體，這是因?yàn)檎嗝骟w是多面體里最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，搭建起來最容易，所以病毒喜歡采用正多面體的結(jié)構(gòu)。而正多面體一共又只有五種，分別是正4, 6, 8, 12, 20面體，其中正20面體是最接近球形的，也就是在體積相同的情況下，需要更少的材料，更為節(jié)省。

1.毒性噬菌體

噬菌體侵染細(xì)菌(2張)

指在宿主菌體內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌。毒性噬菌體的增殖方式是復(fù)制，其增殖過程經(jīng)歷吸附穿入、生物合成和成熟釋放3個(gè)階段。

進(jìn)入菌細(xì)胞內(nèi)的噬菌體核酸首先經(jīng)早期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生早期蛋白質(zhì)，并復(fù)制子代核酸，再進(jìn)行晚期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白。子代噬菌體達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，由于噬菌體合成酶類的溶解，菌細(xì)胞突然裂解，釋放出的噬菌體再感染其他敏感細(xì)菌。

2.溫和噬菌體

感染宿主菌后并不增殖。其基因整合于細(xì)菌染色體上，即前噬菌體，隨細(xì)菌染色體的復(fù)制而復(fù)制，并隨細(xì)菌分裂而分配至子代細(xì)菌的染色體中。溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，可偶爾自發(fā)地或在某些理化或生物因素地影響下，整合的前噬菌體脫離宿主菌染色體，進(jìn)入溶菌性周期導(dǎo)致細(xì)菌裂解，并產(chǎn)生新的成熟噬菌體。

發(fā)現(xiàn)歷史

初期：1915年~1940年

1915年，弗德里克· 特沃特（Frederick W.Twort）擔(dān)任倫敦布朗研究所所長(zhǎng)。特沃特在研究中力圖尋找用于天花疫苗的痘苗病毒（vaccina virus）的變異株（variant），這種變異株可能在活細(xì)胞外介質(zhì)中復(fù)制。他在一項(xiàng)試驗(yàn)中將一部分天花疫苗接種給一個(gè)含營(yíng)養(yǎng)瓊脂的培養(yǎng)盤。雖然這種病毒未能復(fù)制，但是細(xì)菌污染物在瓊脂盤中生長(zhǎng)很快。特沃特繼續(xù)進(jìn)行他的培養(yǎng)并注意到，一些細(xì)菌菌落顯示出“帶水的樣子”（即變得比較透明）。這樣的菌落做進(jìn)一步培養(yǎng)時(shí)也不再能復(fù)制（即細(xì)菌被殺死）。特沃特把這種現(xiàn)象稱為透明轉(zhuǎn)化（glassy transformation）。他接著證明用透明轉(zhuǎn)化原理，感染一個(gè)正常的細(xì)菌菌落會(huì)把這種細(xì)菌殺死。這種透明實(shí)體很容易通過一個(gè)陶瓷過濾器，可被稀釋一百萬倍，當(dāng)放在新鮮細(xì)菌上的時(shí)候就會(huì)恢復(fù)它的實(shí)力，或者說滴度。

特沃特發(fā)表了一篇描述這種現(xiàn)象的短文，認(rèn)為對(duì)他所觀察的結(jié)果的解釋是存在一種細(xì)菌病毒。由于服役于第一次世界大戰(zhàn)，特沃特的研究中斷了。返回倫敦后，他沒有繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究，因此在這個(gè)領(lǐng)域沒有作出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。

與此同時(shí)，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）當(dāng)時(shí)正在巴黎的巴斯德研究所工作。1915年8 月，法國(guó)的一個(gè)騎兵中隊(duì)駐扎在巴黎郊外的梅宗-勒菲特（Maisons-Lafitte），一場(chǎng)嚴(yán)重的志賀氏桿菌引發(fā)的痢疾，對(duì)整個(gè)部隊(duì)造成了毀滅性的打擊。德赫雷爾對(duì)患者的糞便進(jìn)行過濾，很快從過濾的乳狀液中分離出痢疾桿菌，并且加以培養(yǎng)。細(xì)菌不斷生長(zhǎng)，復(fù)蓋了培養(yǎng)皿的表面。德赫雷爾偶然觀察到清楚的圓點(diǎn)，上面沒有長(zhǎng)出任何細(xì)菌。他把這些東西稱為乳樣斑（taches vierges）,或稱為噬斑（plaques）。德赫雷爾跟蹤觀察一名患者的整個(gè)感染過程，觀察何時(shí)細(xì)菌最多，斑點(diǎn)何時(shí)出現(xiàn)。有意思的是，患者的病情在感染后的第四天開始好轉(zhuǎn)。

德赫雷爾把這些病毒（virus）稱為噬菌體（bateriophage），緊接著他發(fā)明了病毒學(xué)研究領(lǐng)域的方法。他將噬斑進(jìn)行有限的稀釋，測(cè)定病毒的濃度。他的推論是出現(xiàn)斑點(diǎn)表明病毒為顆粒或稱為小體（corpuscular）。德赫雷爾在研究中還證明病毒感染的第一步是病原體附著（吸附）宿主細(xì)胞。他通過把病毒與宿主細(xì)胞混合后共沉淀證明了這一點(diǎn)。（他還證明，上清中不存在這種病毒）一種病毒的附著只是在細(xì)菌對(duì)與它混合的病毒敏感時(shí)才出現(xiàn)，這表明了一種病毒對(duì)宿主細(xì)胞的吸附有特定的范圍。他還用很清楚的現(xiàn)代術(shù)語描述了細(xì)胞溶菌（lysis）的釋放。德赫雷爾在許多方面是現(xiàn)代病毒學(xué)原理的創(chuàng)始人之一。

到1921 年，越來越多的溶原性菌株（lysogenic bacterial strain） 被分離，在一些實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)不可能把病毒與它的宿主分開。這使布魯塞爾巴斯德研究所的朱勒斯· 博爾德特（Jules Bordet）認(rèn)為，德赫雷爾描述的傳染性病原體只不過是一種促進(jìn)自身繁殖的細(xì)菌酶（bacterial enzyme）。雖然這是一種錯(cuò)誤的結(jié)論，但是它相當(dāng)接近于朊病毒（prion）結(jié)構(gòu)和復(fù)制的看法。

在20 世紀(jì)20-30 年代，德赫雷爾重點(diǎn)探索他的研究成果在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，但是毫無成果。當(dāng)時(shí)進(jìn)行的基礎(chǔ)研究常常受該領(lǐng)域個(gè)別科學(xué)家的強(qiáng)烈個(gè)性所產(chǎn)生的解釋的影響。顯然有許多不同的噬菌體，一些為溶菌性（lytic）而另一些則是溶原性（lysogenic），但是它們之間的相互關(guān)系仍然定義不明確。這個(gè)時(shí)期的重要發(fā)現(xiàn)是馬克斯· 施萊辛格,他證明純化的噬菌體最大直徑（linear dimension）0.1 微米，質(zhì)量大約4x10克，它們由蛋白質(zhì)和DNA 構(gòu)成，比例大體上相等。1936 年那時(shí)沒有任何人清楚地知道如何利用這種觀察結(jié)果，但是，它在隨后的20 年里產(chǎn)生了重大影響。

現(xiàn)代：1938 年-1970 年

馬克斯· 德爾布呂克（Max Delbruck）是吉廷根大學(xué)（Gittinge）培養(yǎng)出來的物理學(xué)家。他的第一份工作是在柏林威廉化學(xué)研究所，在那里他與一些研究人員積極地討論量子物理與遺傳學(xué)的關(guān)系。德爾布呂克對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的興趣使他發(fā)明了一種基因的量子機(jī)械模型（guantum mechanical model of gene）。1937 年，他申請(qǐng)并獲得了在加利福尼亞理工學(xué)院學(xué)習(xí)的獎(jiǎng)學(xué)金。一到加利福尼亞理工學(xué)院他就開始與另一位研究員埃默里· 埃利斯（Emory Ellis）合作。埃利斯當(dāng)時(shí)正在研究一組噬菌體-T2 、T4 、T6（T-偶數(shù)噬菌體）。德爾布呂克很快認(rèn)識(shí)到這些病毒適合研究病毒復(fù)制。這些噬菌體是探索遺傳信息如何決定一種生物體的結(jié)構(gòu)和功能的一個(gè)途徑。從一開始，這些病毒就被視為了解癌癥病毒，甚至了解精子如何使卵子受精并發(fā)育為一種新生物體的典型系統(tǒng)。埃利克和德爾布呂克設(shè)計(jì)出一步生長(zhǎng)曲線試驗(yàn)。在這項(xiàng)試驗(yàn)中，一種受感染的細(xì)菌經(jīng)過半個(gè)小時(shí)的潛伏期（latent period）或稱為隱蔽期（eclipse period）之后釋放了大量噬菌體。這項(xiàng)試驗(yàn)給潛伏期下了定義，即病毒失去傳染性的時(shí)候。這成為這個(gè)噬菌體研究小組的試驗(yàn)范例。

第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，德爾布呂克留在美國(guó)（在范德比爾特大學(xué)），見到了意大利難民薩爾瓦多·盧里亞（Salvador E . Luria）。盧里亞逃到美國(guó)避難，當(dāng)時(shí)在紐約州哥倫比亞大學(xué)研究T1和T2噬菌體。他們是1940 年12 月28 日在費(fèi)城舉行的一次會(huì)議上見面的，并在隨后的兩天里策劃在哥倫比亞大學(xué)的試驗(yàn)。兩位科學(xué)家將招聘和領(lǐng)導(dǎo)越來越多的研究人員重點(diǎn)研究利用細(xì)菌病毒作為了解生命進(jìn)程的一個(gè)模型。對(duì)他們的成功起關(guān)鍵作用的是1941 年夏天他們應(yīng)邀到冷泉港實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)。就這樣一位德國(guó)物理學(xué)家和一位意大利遺傳學(xué)家在二戰(zhàn)期間一直進(jìn)行合作，周游美國(guó)招聘新一代的生物學(xué)家，后來這些人被稱為噬菌體研究小組。

此后不久，新澤西州普林斯頓RCA 實(shí)驗(yàn)室的電子顯微學(xué)家湯姆· 安德森（Tom Anderson）見到了德爾布呂克。到1942 年3 月，他們第一次獲得了噬菌體的清晰照片。大約同時(shí)，這些噬菌體變異株第一次被分離和鑒定。到1946 年，冷泉港實(shí)驗(yàn)室開設(shè)了第一門噬菌體課程，1947 年3 月，第一次噬菌體會(huì)議有8 人出席。分子生物學(xué)就是從這些緩慢的開端中發(fā)展起來的。這門科學(xué)的重點(diǎn)是研究細(xì)菌宿主及其病毒。

隨后的25 年（1950 年至1975 年）是用噬菌體進(jìn)行病毒學(xué)研究碩果累累的時(shí)期。數(shù)百名病毒學(xué)家發(fā)表了數(shù)千篇論文，主要涉及三個(gè)領(lǐng)域：（a）用T-偶數(shù)噬菌體進(jìn)行的大腸桿菌溶菌性感染研究；（b）利用λ噬菌體進(jìn)行的溶原性研究，以及（c）幾種獨(dú)特噬菌體的復(fù)制和特性研究，例如ФX174 （單鏈環(huán)狀DNA）、RNA 噬菌體、T7 等。它們?yōu)楝F(xiàn)代分子病毒學(xué)

和生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)。本文不可能一一介紹所有這些科學(xué)文獻(xiàn)，只能提及一些有選擇的重點(diǎn)。

到1947年至1948年，用生物化學(xué)方法研究噬菌體感染細(xì)胞在潛伏期發(fā)生的變化開始盛行。西摩·科恩（Seymour Cohen）最初曾在哥倫比亞大學(xué)與歐文· 查格夫（Erwin Chargaff）一道研究脂質(zhì)和核酸，隨后又與溫德爾· 斯坦利研究煙草花葉病毒RNA ,1946年在冷泉港實(shí)驗(yàn)室主修德爾布呂克的噬菌體課程。他利用比色法（colorimetric analisis）研究被噬菌體感染的細(xì)胞中DNA 和RNA 水平的影響。

這些研究表明，被噬菌體感染的細(xì)胞中大分子合成發(fā)生了戲劇性的改變：（a）RNA 的凈積累在這些細(xì)胞中停止。[后來，這成為發(fā)現(xiàn)多種RNA 的基礎(chǔ)，并且第一次證明了信使RNA 的存在]。（b）DNA 合成停止了7 分鐘，隨后又以5 倍至10 倍的速度恢復(fù)DNA 合成。（c）與此同時(shí)，蒙諾德（Monod）和沃爾曼（Wollman）的研究表明，噬菌體感染后一種細(xì)胞酶——可誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶（galactosidase）的合成受到抑制。這些試驗(yàn)把病毒的潛伏期分為初期（在DNA 合成之前）和晚期兩個(gè)階段。更重要的是這些研究結(jié)果表明，病毒可能改變受感染細(xì)胞的大分子合成過程。

到1952 年底，兩項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響。

首先，赫爾希和蔡斯利用標(biāo)記病毒蛋白（SO）和核酸（PO）跟蹤噬菌體對(duì)細(xì)菌的附著。他們能用攪拌機(jī)去除病毒的蛋白質(zhì)衣殼，只保留與受感染細(xì)胞有聯(lián)系的DNA 。這使他們能夠證明這種DNA 具有再生大量新病毒所需的全部信息。赫爾希-蔡斯的試驗(yàn)和沃森與克里克一年后闡述的新DNA 結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了分子生物學(xué)革命的奠基石。

病毒學(xué)領(lǐng)域的第二項(xiàng)試驗(yàn)是1953年由懷亞特（G.R.Wyatt）和科恩（S.S.Cohen）進(jìn)行的。他們?cè)谘芯縏-偶數(shù)噬菌體時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的堿基，即5'羥甲基胞嘧啶（hydroxymethylcytosine）。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的堿基似乎取代了細(xì)菌DNA 中的胞嘧啶（cytosine）。這使科學(xué)家們開始對(duì)細(xì)菌和受噬菌體感染的細(xì)胞中DNA 的合成進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10 年的研究。最關(guān)鍵的研究表明，病毒把遺傳信息引入受感染的細(xì)胞中。到1964 年，馬修斯（Mathews）等人的研究證明，未受感染的細(xì)胞中不存在5'羥甲基胞嘧啶，并且必須由病毒為之編碼。這些試驗(yàn)提出了脫氧嘧啶（deoxypyrimidine）生物合成和DNA 復(fù)制方面的早期酶學(xué)概念，提供的明確的生物化學(xué)證據(jù)表明可以編碼一種新的信息并在受感染的細(xì)胞中表達(dá)。對(duì)這些噬菌體的詳細(xì)遺傳分析后確認(rèn)了編碼這些噬菌體蛋白質(zhì)的基因，并繪制了基因圖使概念更完整。實(shí)際上，對(duì)T-偶數(shù)噬菌體的rⅡ 和B 順反子（cistron）的遺傳分析成為研究最充分的“遺傳精細(xì)結(jié)構(gòu)”之一。利用噬菌體變異株和提取物體外復(fù)制病毒DNA ，對(duì)我們當(dāng)代了解DNA 如何自我復(fù)制作出了重要貢獻(xiàn)。最后，通過對(duì)噬菌體裝配的詳細(xì)遺傳學(xué)分析，利用噬菌體突變株體外裝配的互補(bǔ)性闡明了有機(jī)體如何利用自我裝配的原理構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)。對(duì)噬菌體溶菌酶的遺傳和生物化學(xué)分析有助于闡述突變的分子性質(zhì)，噬菌體突變（琥珀突變）提供了在分子水平研究第二位點(diǎn)抑制突變（second-site suppressor mutation）的明確方式 。DNA的環(huán)形排列、末尾冗余（引起噬菌體雜合體）結(jié)構(gòu)可以解釋T 偶數(shù)噬菌體的環(huán)形遺傳圖。

病毒和細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成在受噬菌體感染的細(xì)胞中發(fā)生明顯變化，這一點(diǎn)是在早期研究中使用十二烷基硫酸鈉一聚丙烯酰胺凝膠（sodium dodecyl sulfate (SDS)-polyacrylamide gels）而被戲劇性地發(fā)現(xiàn)，結(jié)果表明病毒蛋白質(zhì)的合成有特定順序，分為早期蛋白質(zhì)和晚期蛋白質(zhì)。這種一過性的基本調(diào)節(jié)機(jī)制最終發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)RNA 聚合酶和授予基因特殊性的∑因子。幾乎每一個(gè)級(jí)別的基因調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄、RNA 穩(wěn)定性、蛋白合成、蛋白處理）的研究均是通過對(duì)噬菌體感染性研究得出的原始數(shù)據(jù)揭示的。

雖然溶菌噬菌體（lytic phage）研究取得如此顯著的進(jìn)展，但是仍然沒有人能清楚地解釋溶源性噬菌體（lysogenic phage）。這種局面在1949年發(fā)生了變化，當(dāng)時(shí)，巴斯德研究所的安德烈· 勒沃夫（Andre Lwoff） 開始對(duì)Bacillus megaterium 及其溶源性噬菌體進(jìn)行研究。通過使用一種顯微操縱器將單一細(xì)菌分割多達(dá)19 次，從未釋放出任何病毒。當(dāng)從外部對(duì)溶源性細(xì)菌進(jìn)行溶解時(shí)，也沒有發(fā)現(xiàn)病毒。但是經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)細(xì)菌自發(fā)地發(fā)生溶解并釋放出許多病毒來的現(xiàn)象。紫外線能誘使這些病毒釋放是一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)，這種觀察可以概述一種病毒與其宿主之間的奇妙關(guān)系。到1954 年，巴斯德研究所的雅各布（Jacob）和沃爾曼（Wollman）得出重要的研究結(jié)果，即一種溶源性菌株（Hfr ，λ）與非溶源性受體在結(jié)合之后的遺傳雜交（genetic cross）導(dǎo)致病毒的誘發(fā)。他們把這個(gè)過程稱為合子誘導(dǎo)（zygotic induction）。事實(shí)上溶源性噬菌體或稱原噬菌體（prophage）在其宿主大腸桿菌的染色體中的位置，可在遺傳雜交之后用標(biāo)準(zhǔn)的中斷交尾實(shí)驗(yàn)繪圖。這是在概念上了解溶源性病毒的最關(guān)鍵試驗(yàn)之一，理由如下：（a）病毒的行為就像一種細(xì)菌的染色體上的細(xì)菌基因一樣；（b）它表明病毒遺傳物質(zhì)由于負(fù)面的調(diào)節(jié)而在病毒中保持靜止的試驗(yàn)結(jié)果之一。當(dāng)染色體從溶源性供體細(xì)菌傳遞到非溶源性受體宿主時(shí)，該病毒遺傳物質(zhì)丟失；（c）這有助于解釋雅各布和沃爾曼早在1954 年就認(rèn)識(shí)到的酶合成以及噬菌體生成的誘導(dǎo)是同一現(xiàn)象的表現(xiàn)”。這些試驗(yàn)為操縱子模型（operon model）和協(xié)同基因調(diào)控（coordinate gene regulation）的性質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

雖然在1953 年闡述了DNA 的結(jié)構(gòu) , 1954 年描述了合子誘導(dǎo)，但是溶源現(xiàn)象中細(xì)菌染色體與病毒染色體之間的關(guān)系仍被稱為附著部位（attachment site），當(dāng)時(shí)也只能從這些角度考慮。后來，坎貝爾（Campbell）根據(jù)噬菌體標(biāo)記的順序在整合狀態(tài)下不同于復(fù)制或生長(zhǎng)狀態(tài)這一事實(shí)，提出DNA 與細(xì)菌染色體進(jìn)行λ整合的模型，至此，病毒與其宿主之間的真正密切關(guān)系才得到認(rèn)識(shí)。這導(dǎo)致分離出λ噬菌體的負(fù)調(diào)節(jié)基因或稱抑制基因，這是對(duì)溶原菌免疫特性的清楚了解，也是對(duì)基因如何進(jìn)行協(xié)同調(diào)節(jié)的早期范例之一。對(duì)λ噬菌體生命周期的遺傳分析是微生物遺傳學(xué)領(lǐng)域的重大學(xué)術(shù)探險(xiǎn)。它值得所有分子病毒學(xué)和生物學(xué)學(xué)者進(jìn)行詳細(xì)的研究。

諸如鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）P22 這樣的溶源性噬菌體是一般性轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）的第一個(gè)例證，而λ噬菌體是特殊轉(zhuǎn)導(dǎo)的第一個(gè)例證。病毒可能攜帶細(xì)胞基因，并把這樣的基因從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，這不僅提供了精確遺傳繪圖的一種方法，而且也是病毒學(xué)中的一個(gè)新概念。隨著細(xì)菌的遺傳因素被更詳細(xì)地研究，可以清楚地看出，從溶源性噬菌體研究發(fā)展到附加體（episome）、轉(zhuǎn)座子（transposon）、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotranspon）、插入元件（insertion element）、逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）、嗜肝DNA 病毒（hepadnovirus）、類病毒（viroid）、擬病毒（virusoid ，又稱類病毒viroid-like指一類包裹在植物病毒顆粒中的病毒，譯者注），以及朊病毒（prion）研究，這一切使得遺傳信息在病毒與其宿主之間的定義和分類的關(guān)系開始變得模糊不清。從噬菌體研究中得出的遺傳和生化概念使病毒學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展成為可能。溶菌和溶源性噬菌體研究的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)常常隨著對(duì)動(dòng)物病毒的研究而被人們重新學(xué)習(xí)和修改。細(xì)菌防御方法

細(xì)菌防御噬菌體的主要方法是合成能夠降解外來DNA的酶。這些酶被稱為限制性內(nèi)切酶，它們能夠剪切噬菌體注入細(xì)菌細(xì)胞的病毒DNA。細(xì)菌還含有另一個(gè)防御系統(tǒng)，這一系統(tǒng)利用CRISPR序列來保留其過去曾經(jīng)遇到過的病毒的基因組片段，從而使得它們能夠通過RNA干擾的方式來阻斷病毒的復(fù)制。這種遺傳系統(tǒng)為細(xì)菌提供了一個(gè)類似于獲得性免疫的機(jī)制來對(duì)抗病毒感染。

應(yīng)用

作為分子生物學(xué)研究的試驗(yàn)工具

噬菌體是遺傳調(diào)控、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯等方面的生物學(xué)基礎(chǔ)研究和基因工程中的重要材料或工具。遺傳學(xué)中的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用就是以噬菌體作為媒介，在2株細(xì)菌間傳遞遺傳物質(zhì)。

用于細(xì)菌的鑒定和分型

噬菌體只能侵染相應(yīng)的細(xì)菌，具有高度的特異性，可用于細(xì)菌鑒定。同時(shí)，噬菌體具有型的特異性，可對(duì)細(xì)菌進(jìn)行分型鑒定?？梢岳檬删w對(duì)沙門氏菌、大腸桿菌和傷寒菌等進(jìn)行分型。

噬茵體展示技術(shù)和噬菌體抗體庫

噬菌體展示技術(shù)是一種強(qiáng)有力的基因表達(dá)篩選技術(shù)，1985年首次由美國(guó)科學(xué)家SmithMl在(Science)雜志進(jìn)行了闡述。噬菌體展示技術(shù)的基本原理是將外源蛋白的基因克隆到噬菌體的基因組DNA中，從而在噬菌體的表面表達(dá)特定的外源蛋白。

Ellis SEp等指出利用噬菌體展示多肽庫可以篩選和確定線蟲疫苗的抗原，這是疫苗抗原鑒定的一種新方法。近年來隨著流行性病毒引起的疾病逐漸增加，抗病毒多肽被認(rèn)為是預(yù)防和治療疾病極有希望的方法。Castel G等指出噬菌體展示技術(shù)特異性表達(dá)的重組多肽可以應(yīng)用到抗病毒研究及藥物開發(fā)中。

在噬菌體展示技術(shù)及PCR克隆技術(shù)基礎(chǔ)上，英國(guó)科學(xué)家Winter等率先在(Nature)雜志上發(fā)表文章闡述噬菌體抗體庫技術(shù)。該技術(shù)是將抗體重鏈和輕鏈可變區(qū)基因與噬菌體的外殼蛋白基因重組，將抗體片段Fab或scFv與噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式展示于噬菌體顆粒表面，進(jìn)而快速高效篩選并富集針對(duì)某種抗原的特異性抗體，從根本上改變了傳統(tǒng)的單抗制備流程。Krishnaswamy等利用噬菌體抗體庫技術(shù)篩選到抗白色念珠菌HM一1殺傷毒素的scFv—C1陽性噬菌體抗體，該噬菌體抗體比單克隆抗體結(jié)合抗原的特異性高60倍。刑佑尚等報(bào)道了噬菌體抗體庫技術(shù)在生物寄生蟲檢測(cè)、病毒檢測(cè)、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測(cè)、藥物殘留檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，指出此技術(shù)在檢驗(yàn)檢疫領(lǐng)域具有天然的契合優(yōu)勢(shì)和光明的前景。噬菌體抗體庫技術(shù)必將成為抗體生產(chǎn)的主要技術(shù)，將給人類在疾病診斷、腫瘤研究、自身免疫性疾病研究、基因治療、疾病防治和發(fā)病機(jī)制等方面帶來極為廣闊的前景。

用于檢測(cè)和控制致病菌

食品和環(huán)境中存在許多致病菌，研究表明噬菌體能夠檢測(cè)和控制食品和環(huán)境中致病菌及腐敗菌的生長(zhǎng)。Bmvko LYu等討論了噬菌體檢測(cè)致病菌的優(yōu)缺點(diǎn)，指出利用噬菌體檢測(cè)食品安全及加工制造過程等方面存在的致病菌具有極大的應(yīng)用前景。姜琴等指出利用噬菌體可以實(shí)時(shí)、快速而準(zhǔn)確地檢測(cè)食品中的沙門氏菌，在公共和食品衛(wèi)生、畜牧獸醫(yī)和121岸檢疫中具有重要的意義。劉心妍認(rèn)為噬菌體不僅可用于檢測(cè)食源性致病菌，還可以應(yīng)用在原料采集環(huán)節(jié)殺滅病原菌、生產(chǎn)或加工環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)備等進(jìn)行消毒、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)藏期、消毒新鮮水果蔬菜等方面。

噬菌體療法在各領(lǐng)域中的應(yīng)用

噬菌體在宿主細(xì)胞中生長(zhǎng)繁殖，能夠引起致病菌的裂解，降低致病菌的密度，從而減少或避免致病菌感染或發(fā)病的機(jī)會(huì)，達(dá)到治療和預(yù)防疾病的目的，即噬菌體療法¨“。此療法已廣泛應(yīng)用于獸醫(yī)、農(nóng)業(yè)和食品微生物學(xué)等領(lǐng)域。

（1）噬菌體療法在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)尤其是養(yǎng)雞業(yè)常常受到畜禽腸道腹瀉病的困擾，此病主要是由大腸桿菌、沙門氏菌等致病微生物引起。隨著耐藥性細(xì)菌的大量出現(xiàn)，用具有專一性強(qiáng)、不易產(chǎn)生抗性等優(yōu)點(diǎn)的相關(guān)噬菌體來治療細(xì)菌疾病受到重視。Smith和Barrow等利用噬菌體療法可以降低羊羔、仔豬和雛雞患大腸桿菌腸道疾病的機(jī)率。 ^[1]

（2）噬菌體療法在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

爆發(fā)性疾病的頻繁發(fā)生給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，細(xì)菌性疾病噬菌體療法在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有良好的應(yīng)用前景。Park等在治療Pseudomonas plecoghssicida等病菌引起的細(xì)菌性血型腹水感染時(shí)，通過喂食含噬菌體的食物可以有效清除致病細(xì)菌。 ^[2]

（3）噬菌體療法在治療人類疾病中的應(yīng)用

噬菌體療法首先在人類疾病治療中得到應(yīng)用。1921年，Bruynoghe和Maisin率先用噬菌體制劑治療葡萄球菌引起的皮膚感染。此后噬菌體廣泛應(yīng)用于耳喉科、口腔科、眼科、皮膚科、兒科及肺部疾病等的治療。隨著抗生素的出現(xiàn)，噬菌體療法被漸漸忽視。Kutter 等報(bào)道噬菌體療法治療或預(yù)防人類疾病具有極大的潛力，指出通過實(shí)踐和試驗(yàn)等方法最終使噬菌體療法商業(yè)化是避免此療法被忽視的關(guān)鍵。

隨著細(xì)菌抗生素耐藥性的廣泛存在，在許多領(lǐng)域使用噬菌體控制致病菌的生長(zhǎng)和擴(kuò)增。噬菌體治療能夠避免腸道菌群失衡，保持機(jī)體的正常免疫力，被認(rèn)為是替代抗生素的一種安全、有效和有潛力的微生態(tài)制劑忸。

參考資料

• 1
  宋亞雄, 王麗麗, 李曉宇, 張建城, 李振, 張楠, 李淑英, 徐永平 - 《動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展》 2016年3期．萬方 [引用日期2017-12-14]
• 2
  陳曉春, 王繼文, 曹永長(zhǎng), 畢英佐, 馬靜云 - 《動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展》 2005年1期．萬方 [引用日期2017-12-14]
• 3
  國(guó)際噬菌體研究中心 International Phage Research Center, IPRC．江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品質(zhì)量安全與檢測(cè)研究所 [引用日期2022-08-31]

學(xué)術(shù)論文

內(nèi)容來自

• 馮書章，劉軍，孫洋.  細(xì)菌的病毒——噬菌體最新分類與命名．《中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào)》，2007
• 劉明河.  細(xì)菌病毒--噬菌體的應(yīng)用概況．《CNKI》，2002
• 司穉東.  細(xì)菌病毒——噬菌體的分類和命名．《CNKI》，1987
• 李菁華，孫延波.  噬菌體療法在耐藥性細(xì)菌感染中應(yīng)用的研究進(jìn)展．《CNKI;WanFang》，2013
• 帖金鳳.  噬菌體作為病毒滅活指標(biāo)毒株的探索研究．《中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院》，2006

??????????????????

生物病毒

傳染因子

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

病毒（Biological virus）是一種個(gè)體微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只含一種核酸（DNA或RNA），必須在活細(xì)胞內(nèi)寄生并以復(fù)制方式增殖的非細(xì)胞型生物。

病毒是一種非細(xì)胞生命形態(tài)，它由一個(gè)核酸長(zhǎng)鏈和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，病毒沒有自己的代謝機(jī)構(gòu)，沒有酶系統(tǒng)。因此病毒離開了宿主細(xì)胞，就成了沒有任何生命活動(dòng)、也不能獨(dú)立自我繁殖的化學(xué)物質(zhì)。它的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、和轉(zhuǎn)譯的能力都是在宿主細(xì)胞中進(jìn)行，當(dāng)它進(jìn)入宿主細(xì)胞后，它就可以利用細(xì)胞中的物質(zhì)和能量完成生命活動(dòng)，按照它自己的核酸所包含的遺傳信息產(chǎn)生和它一樣的新一代病毒。 ^[1-2]病毒個(gè)體極其微小，絕大多數(shù)要在電子顯微鏡下才能看到。

中文名

生物病毒

外文名

Biological virus

定    義

1種獨(dú)特的傳染因子

特    性

自主地復(fù)制

包    括

擬病毒、類病毒和病毒粒子

生存條件

活的宿主細(xì)胞

傳播方式

感染

應(yīng)    用

疫苗、細(xì)胞工程、基因工程

目錄

1概念簡(jiǎn)介
2基本結(jié)構(gòu)
3病毒分類
4病毒應(yīng)用
5科學(xué)研究

概念簡(jiǎn)介

著名病毒 ^[3]

狹義的生物病毒是1種獨(dú)特的傳染因子，它是能夠利用宿主細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來自主地復(fù)制自身的DNA或RNA、蛋白質(zhì)等生命組成物質(zhì)的微小生命體。而廣義的病毒復(fù)雜得多，包括擬病毒、類病毒和病毒粒子（virion），其中擬病毒和類病毒僅是1條簡(jiǎn)單的ssRNA鏈，virion是一種類似酶的蛋白分子。因此生物病毒很難有1個(gè)確定的、明確的定義。

HIV

生物病毒不管是烈性噬菌體還是溫和型噬菌體，都必需在活的宿主細(xì)胞中才能得以復(fù)制繁殖，利用宿主細(xì)胞的核苷酸和氨基酸來自主地合成自身的一些組件，裝配下一代個(gè)體。并達(dá)到他們的目的。

復(fù)制后的生物病毒裂解宿主細(xì)胞而被釋放出去，感染新的宿主細(xì)胞。

雖然生物病毒會(huì)給人類帶來一定的益處，例如利用噬菌體可以治療一些細(xì)菌感染；利用昆蟲病毒可以治療、預(yù)防一些農(nóng)業(yè)病蟲害等，但卻危害很大，例如HIV、狂犬病毒等，給人類帶來生命的危險(xiǎn)；流感病毒、肝炎病毒等會(huì)帶來疾?。籘MV，馬鈴薯Y病毒給人帶來財(cái)產(chǎn)損失。

病毒是一種可以在其它生物體間傳播并感染生物體的微小生物（其實(shí)因?yàn)椴《颈旧聿荒苓M(jìn)行新陳代謝，所以某種程度上還不能說病毒是生物）。有時(shí)使用“病毒”描述那些在真核生物中傳播和感染的生物；使用“噬菌體”或“吞噬體”來描述那些在原核生物間傳播的生物。病毒的起源不是很清楚。

基本結(jié)構(gòu)

病毒結(jié)構(gòu) ^[4]

病毒結(jié)構(gòu) ^[5]

病毒的蛋白質(zhì)外殼稱為衣殼，遺傳物質(zhì)多為RNA或DNA。衣殼與核酸分子統(tǒng)稱為核衣殼。但以HIV為例，病毒表面還包裹著類似細(xì)胞膜的胞膜和刺突結(jié)構(gòu)，與衣殼共同決定病毒的特異性。此外還有一些酶：如逆轉(zhuǎn)錄酶。

多數(shù)常見病毒由蛋白質(zhì)外殼和一種核酸（DNA或RNA）組成；但是朊病毒沒有核酸，只有蛋白質(zhì)；還有類病毒沒有蛋白質(zhì)，只有一種核酸。

病毒分類

病毒侵染細(xì)胞 ^[6]

病毒不僅分為植物病毒，動(dòng)物病毒和細(xì)菌病毒。從結(jié)構(gòu)上還分為：單鏈RNA病毒，雙鏈RNA病毒，單鏈DNA病毒和雙鏈DNA病毒

巴爾的摩病毒分類體系將病毒分為7類：

DNA病毒：

雙鏈DNA病毒

單鏈DNA病毒

擬逆轉(zhuǎn)錄病毒（雙鏈DNA反轉(zhuǎn)錄病毒）

RNA病毒：

雙鏈RNA病毒

正鏈RNA病毒

負(fù)鏈RNA病毒

逆轉(zhuǎn)錄病毒（單鏈RNA反轉(zhuǎn)錄病毒）

病毒的生命過程大致分為：吸附，注入（遺傳物質(zhì)），合成（逆轉(zhuǎn)錄/整合入宿主細(xì)胞DNA），裝配（利用宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄RNA，翻譯蛋白質(zhì)再組裝），釋放五個(gè)步驟。

因?yàn)椴《緯?huì)拉近細(xì)胞間距離，易使細(xì)胞相融形成多核細(xì)胞，進(jìn)而裂解。

病毒應(yīng)用

1.滅活病毒做疫苗

2.基因工程中作載體

3.細(xì)胞工程中作細(xì)胞融合的誘因（滅活病毒）

病毒的潛伏期：病毒基因隨著宿主細(xì)胞的復(fù)制而復(fù)制，不進(jìn)行表達(dá)，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)病毒數(shù)量增加不明顯。

百科x混知：圖解疫苗

科學(xué)研究

2022年11月，美國(guó)南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)中心的一項(xiàng)新研究表明，一種名為GRP78的伴侶蛋白在導(dǎo)致新冠病毒的傳播中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。研究表明，GRP78是病毒復(fù)制所必需的前病毒蛋白。 ^[7]

詞條圖冊(cè)  更多圖冊(cè)

概述圖冊(cè)  (1張)

詞條圖片  (6張)

分享你的世界

查看更多

4

這種病毒正在流行！還會(huì)引發(fā)急性壞死性腦病？！

朕說廣州國(guó)館文化傳播有限公司官方賬號(hào),百家榜創(chuàng)作者

9

這種病，全身的洞都會(huì)流血 | 地球知識(shí)局

地球知識(shí)局優(yōu)質(zhì)國(guó)際領(lǐng)域創(chuàng)作者

3

病毒真的是活的嗎？

一旦新的病毒顆粒組裝完成，它們接下來必須離開宿主細(xì)胞。感染細(xì)菌或其他單細(xì)胞有機(jī)體的多種病毒會(huì)通過裂解周期完成這一目的。

利維坦

13

被央視報(bào)道的猴痘病毒，早在40年前，中國(guó)已有對(duì)策

視覺志

18

病毒如何改變世界？

細(xì)菌、植物、動(dòng)物、海洋到整個(gè)地球……病毒參與構(gòu)成了一張不斷變化的巨大網(wǎng)絡(luò)。移除了身上的病毒基因，我們可能根本無法活著從子宮里生出來。

地道風(fēng)物地道風(fēng)物官方賬號(hào)

21

什么是尼帕病毒？

人類步入21世紀(jì)以來，物質(zhì)條件和醫(yī)療技術(shù)都得到了大幅提高與發(fā)展，但誰也無法預(yù)料到一個(gè)小小的病毒會(huì)讓原本繁忙的世界瞬間停擺。那么除了新冠病毒，我們還有其他潛在威脅需要面對(duì)嗎？

環(huán)球科學(xué)大觀心理咨詢師

9

19世紀(jì)倫敦霍亂與新冠病毒爆發(fā)：反應(yīng)何其相似，竟是歷史重演

環(huán)球科學(xué)大觀心理咨詢師

6

俄羅斯西伯利亞永凍層又發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古病毒

環(huán)球科學(xué)大觀心理咨詢師

8

影院緊急尋人，看電影千萬小心

視覺志

6

超級(jí)病毒爆發(fā)，世界會(huì)發(fā)生什么

劉嗶電影影視領(lǐng)域創(chuàng)作者

15

亞馬遜可能是下個(gè)冠狀病毒區(qū)？

環(huán)球科學(xué)貓優(yōu)質(zhì)軍事領(lǐng)域創(chuàng)作者,百家號(hào)金牌導(dǎo)師

7

病毒影響有多大？衣殼有二十“面體”，封存3萬年后還有感染力

環(huán)球科學(xué)貓優(yōu)質(zhì)軍事領(lǐng)域創(chuàng)作者,百家號(hào)金牌導(dǎo)師

1/3

參考資料

• 1曾華宗. 一種利用文獻(xiàn)挖掘進(jìn)行人類microRNA與病毒相互作用的方法: CN, CN 102268486 A[P]. 2011.
• 2蘇易編著,中國(guó)青少年百科 1 彩色插圖版,北京燕山出版社,2013.05,第217頁
• 3HIV, Ebola, Zika and Many More Virus can Stay into Men’s Semen - New Study Finds | Health Org．healthorg.info [引用日期2020-11-02]
• 4We're beginning to understand the biology of the covid-19 virus | New Scientist．www.newscientist.com [引用日期2020-11-08]
• 5COVID-19: Coronavirus replication, pathogenesis, and therapeutic strategies．www.ccjm.org [引用日期2020-11-08]
• 6Viruses: Structure, Replication, and Diseases．www.thoughtco.com [引用日期2020-11-08]
• 7靶向伴侶蛋白藥物有望對(duì)抗新冠|國(guó)際戰(zhàn)“疫”行動(dòng)．科技日?qǐng)?bào)．2022-11-17 [引用日期2022-11-17]

??????????????????

病毒結(jié)構(gòu)

病毒物質(zhì)形式

1. 1.
   雙鏈DNA病毒（如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒）
2. 2.
   單鏈DNA病毒（如小DNA病毒）
3. 3.
   雙鏈RNA病毒（如呼腸孤病毒）
4. 4.
   (+)單鏈RNA病毒（如微小核糖核酸病毒、披蓋病毒）
5. 5.
   (?)單鏈RNA病毒（如正黏液病毒、炮彈病毒）
6. 6.
   單鏈RNA反轉(zhuǎn)錄病毒（如反轉(zhuǎn)錄病毒）
7. 7.
   雙鏈DNA反轉(zhuǎn)錄病毒（如肝病毒）