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，本世紀(jì)初在葡萄球菌和志賀菌中首先發(fā)現(xiàn)。噬菌體具有病毒的一些特性：個(gè)體微小，可以通過(guò)細(xì)菌濾器；沒(méi)有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣殼和包含于其中的核酸組成；只能在活的微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，是一種專性細(xì)胞內(nèi)寄生的微生物。
噬菌體分布極廣，凡是有細(xì)菌的場(chǎng)所，就可能有相應(yīng)噬菌體的存在。在人和動(dòng)物的排泄物，或污染的井水、河水中，常含有腸道菌的噬菌體。在土壤中，可找到土壤細(xì)菌的噬菌體。噬菌體有嚴(yán)格的宿主特異性，只寄居在易感宿主菌體內(nèi)，故可利用噬菌體進(jìn)行細(xì)菌的流行病學(xué)鑒定與分型，以追查傳染源。由于噬菌體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、基因數(shù)少，是分子生物學(xué)與基因工程的良好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
第一節(jié) 噬菌體的生物學(xué)性狀
形態(tài)與結(jié)構(gòu) 噬菌體很小，在光學(xué)顯微鏡下看不見(jiàn)，需用電子顯微鏡觀察。不同的噬菌體在電子顯微鏡下有三種形態(tài)，即蝌蚪形（圖4－1)、微球形和絲形。大多數(shù)噬菌體呈蝌蚪形，由頭部和尾部?jī)刹糠纸M成（圖4－2)。例如大腸埃希菌T4噬菌體頭部呈六邊形，立體對(duì)稱，大小約95×65nm，內(nèi)含遺傳物質(zhì)核酸；尾部是一管狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)95～125nm，直徑13～20nm，由一個(gè)內(nèi)徑約2.5nm中空的尾髓和外面包著的尾鞘組成。尾髓具有收縮功能，可使頭部核酸注入宿主菌。在頭、尾連接處有一尾領(lǐng)結(jié)構(gòu)，可能與頭部裝配有關(guān)。尾部末端有尾板、尾刺和尾絲，尾板內(nèi)有裂解宿主菌細(xì)胞壁的溶菌酶；尾絲為噬菌體的吸附器官，能識(shí)別宿主菌體表面的特殊受體。有的噬菌體尾部很短或缺失。
化學(xué)組成 噬菌體主要由核酸和蛋白質(zhì)組成。核酸是噬菌體的遺傳物質(zhì)，常見(jiàn)噬菌體的基因組大小為2～200kb。蛋白質(zhì)構(gòu)成噬菌體頭部的衣殼及尾部，包括尾髓、尾鞘、尾板、尾刺和尾絲，起著保護(hù)核酸的作用，并決定噬菌體外形和表面特征。
噬菌體的核酸為DNA或RNA，并由此將噬菌體分成DNA噬菌體和RNA噬菌體兩大類。大多數(shù)DNA噬菌體的DNA為線狀雙鏈，但一些微小DNA噬菌體的DNA為環(huán)狀單鏈。多數(shù)RNA噬菌體的RNA為線狀單鏈，少數(shù)為線狀雙鏈，且分成幾個(gè)節(jié)段。有尾噬菌體的核酸均為線狀雙鏈DNA，無(wú)尾噬菌體的核酸可為環(huán)狀單鏈DNA或線狀單鏈RNA（表4－1)。噬菌體的DNA同樣由核苷酸組成，某些噬菌體的基因組含有異常堿基，如大腸埃希菌T偶數(shù)噬菌體無(wú)胞嘧啶，而代以5－羥甲基胞嘧啶與糖基化的5－羥甲基胞嘧啶；某些枯草芽胞桿菌噬菌體的DNA無(wú)胸腺嘧啶，而代以尿嘧啶、5－羥甲基尿嘧啶等。因宿主菌細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有這些堿基，可成為噬菌體DNA的天然標(biāo)記。
抗原性 噬菌體具有抗原性，能刺激機(jī)體產(chǎn)生特異性抗體。該抗體能抑制相應(yīng)噬菌體侵襲敏感細(xì)菌，但對(duì)已吸附或已進(jìn)入宿主菌的噬菌體不起作用，噬菌體仍能復(fù)制增殖。
抵抗力 噬菌體對(duì)理化因素與多數(shù)化學(xué)消毒劑的抵抗力比一般細(xì)菌的繁殖體強(qiáng)；能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，一般經(jīng)75℃ 30min或更久才能被滅活。噬菌體能耐受低溫和冰凍，但對(duì)紫外線和X射線敏感，一般經(jīng)紫外線照射10～15min即失去活性。
第二節(jié) 毒性噬菌體
根據(jù)與宿主菌的相互關(guān)系，噬菌體可分成兩種類型：一種是能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌，稱為毒性噬菌體（virulent phage)。另一種是噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細(xì)菌DNA復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而傳代，稱為溫和噬菌體（temperate phage)或溶原性噬菌體（lysogenic phage)。毒性噬菌體在敏感菌內(nèi)以復(fù)制方式進(jìn)行增殖，增殖過(guò)程包括吸附、穿入、生物合成、成熟和釋放幾個(gè)階段。從噬菌體吸附至細(xì)菌溶解釋放出子代噬菌體，稱為噬菌體的復(fù)制周期或溶菌周期。
吸附 吸附是噬菌體與細(xì)菌表面受體發(fā)生特異性結(jié)合的過(guò)程（圖4－3)，其特異性取決于噬菌體蛋白與宿主菌表面受體分子結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性。不同噬菌體的吸附方式不同，絲形噬菌體以其末gydjdsj.org.cn/wsj/端吸附，有尾噬菌體以尾絲、尾刺吸附。絲形噬菌體如M13、f1等及微球形噬菌體如MS2等是吸附于細(xì)菌的性菌毛上，所以只感染有性菌毛的F＋菌。只要細(xì)菌具有特異性受體，不論是活或已死亡，噬菌體都能吸附，但噬菌體不能進(jìn)入死亡的宿主菌。
穿入 有尾噬菌體吸附宿主菌后，借助尾部末端含有的一種類似溶菌酶的物質(zhì)，在細(xì)菌胞壁上溶一小孔，然后通過(guò)尾鞘的收縮，將頭部DNA注入細(xì)菌體內(nèi)，而蛋白質(zhì)衣殼留在菌細(xì)胞外（圖4－4)。無(wú)尾噬菌體與絲形噬菌體可以脫殼的方式進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)。
生物合成 噬菌體核酸進(jìn)入菌細(xì)胞后，一方面通過(guò)轉(zhuǎn)錄形成mRNA，再由此轉(zhuǎn)譯成噬菌體所需的，與生物合成有關(guān)的酶、調(diào)節(jié)蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白。另一方面，以噬菌體核酸為模板，通過(guò)核酸多聚酶的催化作用，大量復(fù)制子代噬菌體的基因核酸。
成熟與釋放 待噬菌體的蛋白質(zhì)與基因核酸分別合成后，立即在細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)按一定程序裝配成完整的成熟噬菌體。當(dāng)子代噬菌體達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，菌細(xì)胞突然裂解，釋放出的噬菌體又可感染新的敏感細(xì)菌。但有些絲形噬菌體是以出芽的方式逐個(gè)釋放。
在液體培養(yǎng)基中，噬菌現(xiàn)象可使混濁菌液變?yōu)槌吻�。在固體培養(yǎng)基上，若用適量的噬菌體和宿主菌液混合后接種培養(yǎng)，培養(yǎng)基表面可有透亮的溶菌空斑出現(xiàn)。一個(gè)空斑系由一個(gè)噬菌體復(fù)制增殖并裂解細(xì)菌后形成，稱為噬斑（plaque)，不同噬菌體噬斑的形態(tài)與大小不盡相同。若將噬菌體按一定倍數(shù)稀釋，通過(guò)噬斑計(jì)數(shù)，可測(cè)知一定體積內(nèi)的噬斑形成單位（plaque forming units, pfu)數(shù)目，即噬菌體的數(shù)量。
第三節(jié) 溫和噬菌體
溫和噬菌體的基因組能與宿主菌基因組整合，并隨細(xì)菌分裂傳至子代細(xì)菌的基因組中，不引起細(xì)菌裂解。整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體（prophage)，帶有前噬菌體基因組的細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌（lysogenic bacterium)。前噬菌體偶爾可自發(fā)地或在某些理化和生物因素的誘導(dǎo)下脫離宿主菌基因組而進(jìn)入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導(dǎo)致細(xì)菌裂解。溫和噬菌體的這種產(chǎn)生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力，稱為溶原性（lysogeny)。由此可知，溫和噬菌體可有三種存在狀態(tài)：①游離的具有感染性的噬菌體顆粒；②宿主菌胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體核酸；③前噬菌體。另外，溫和噬菌體可有溶原性周期和溶菌性周期（圖4－5)，而毒性噬菌體只有一個(gè)溶菌性周期。
溶原狀態(tài)通常十分穩(wěn)定，能經(jīng)歷許多代。但在某些條件如紫外線、X線、致癌劑、突變劑等作用下，可中斷溶原狀態(tài)而進(jìn)入溶菌性周期，這稱為前噬菌體的誘導(dǎo)與切離（excision)，發(fā)生率為10-2～10-5。極少數(shù)溶源性細(xì)菌中的前噬菌體離開(kāi)細(xì)菌基因組后，不進(jìn)入溶菌性周期，這個(gè)現(xiàn)象被形象地稱之為“治愈”。
溶原性細(xì)菌具有抵抗同種或有親緣關(guān)系噬菌體重復(fù)感染的能力，即使得宿主菌處在一種噬菌體免疫狀態(tài)。
某些前噬菌體可導(dǎo)致細(xì)菌基因型和性狀發(fā)生改變，這稱為溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion)。例如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素，是因其前噬菌體帶有毒素蛋白結(jié)構(gòu)基因；A群溶血性鏈球菌受有關(guān)溫和噬菌體感染發(fā)生溶原性轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生致熱外毒素；肉毒梭菌的毒素、金黃色葡萄球菌溶素的產(chǎn)生，以及沙門(mén)菌、志賀菌等的抗原結(jié)構(gòu)和血清型別都與溶原性轉(zhuǎn)換有關(guān)。
第四節(jié) 噬菌體的應(yīng)用
細(xì)菌的鑒定與分型 噬菌體與宿主菌的關(guān)系具有高度特異性，即一種噬菌體只能裂解一種和它相應(yīng)的細(xì)菌，故可用于未知細(xì)菌的鑒定和分型。例如用傷寒沙門(mén)菌Vi噬菌體可將有Vi抗原的傷寒沙門(mén)菌分為96個(gè)噬菌體型。這對(duì)流行病學(xué)調(diào)查、追查傳染源等具有重要意義。
分子生物學(xué)研究的重要工具 噬菌體對(duì)基因工程理論與技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。噬菌體基因www.med126.com數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，而且容易獲得大量的突變體，因此成為研究基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組、表達(dá)調(diào)控機(jī)制等的重要工具；成為研究DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用的良好模型系統(tǒng)。近年來(lái)，利用λ噬菌體作為載體構(gòu)建基因文庫(kù)；利用絲形噬菌體表面表達(dá)技術(shù)構(gòu)建肽文庫(kù)、抗體文庫(kù)和蛋白質(zhì)文庫(kù)等，又使噬菌體成為分子生物學(xué)研究中的重要載體。
細(xì)菌感染的診斷與治療 應(yīng)用噬菌體效價(jià)增長(zhǎng)試驗(yàn)可檢測(cè)標(biāo)本中的相應(yīng)細(xì)菌。即在疑有某種細(xì)菌存在的標(biāo)本中，加入一定數(shù)量的已知的相應(yīng)噬菌體，37℃孵育6～8 h，再進(jìn)行該噬菌體的效價(jià)測(cè)定。若其效價(jià)有明顯增長(zhǎng)，則表明標(biāo)本中有某種細(xì)菌的存在。若在一標(biāo)本中檢出某種噬菌體，且數(shù)量較多，也表明有相應(yīng)細(xì)菌的存在。
在有些局部感染時(shí)可用噬菌體作為一種輔助治療，如應(yīng)用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。但由于噬菌體的特異性過(guò)于專一，限制了噬菌體在臨床上的廣泛應(yīng)用。
