噬菌體(bacteriophage, phage)是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒，本世紀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：個體微小，可以通過細菌濾器；沒有完整的細胞結(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胞內(nèi)復制增殖，是一種專性細胞內(nèi)寄生的微生物。
噬菌體分布極廣，凡是有細菌的場所，就可能有相應(yīng)噬菌體的存在。在人和動物的排泄物，或污染的井水、河水中，常含有腸道菌的噬菌體。在土壤中，可找到土壤細菌的噬菌體。噬菌體有嚴格的宿主特異性，只寄居在易感宿主菌體內(nèi)，故可利用噬菌體進行細菌的流行病學鑒定與分型，以追查傳染源。由于噬菌體結(jié)構(gòu)簡單、基因數(shù)少，是分子生物學與基因工程的良好實驗系統(tǒng)。
第一節(jié) 噬菌體的生物學性狀
形態(tài)與結(jié)構(gòu) 噬菌體很小，在光學顯微鏡下看不見，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，由頭部和尾部兩部分組成（圖4－2)。例如大腸埃希菌T4噬菌體頭部呈六邊形，立體對稱，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95～125nm，直徑13～20nm，由一個內(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)有裂解宿主菌細胞壁的溶菌酶；尾絲為噬菌體的吸附器官，能識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，且分成幾個節(jié)段。有尾噬菌體的核酸均為線狀雙鏈DNA，無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無胸腺嘧啶，而代以尿嘧啶、5－羥甲基尿嘧啶等。因宿主菌細胞內(nèi)沒有這些堿基，可成為噬菌體DNA的天然標記。
抗原性 噬菌體具有抗原性，能刺激機體產(chǎn)生特異性抗體。該抗體能抑制相應(yīng)噬菌體侵襲敏感細菌，但對已吸附或已進入宿主菌的噬菌體不起作用，噬菌體仍能復制增殖。
抵抗力 噬菌體對理化因素與多數(shù)化學消毒劑的抵抗力比一般細菌的繁殖體強；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胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，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能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代，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)以復制方式進行增殖，增殖過程包括吸附、穿入、生物合成、成熟和釋放幾個階段。從噬菌體吸附至細菌溶解釋放出子代噬菌體，稱為噬菌體的復制周期或溶菌周期。
吸附 吸附是噬菌體與細菌表面受體發(fā)生特異性結(jié)合的過程（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)的互補性。不同噬菌體的吸附方式不同，絲形噬菌體以其末payment-defi.com/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等是吸附于細菌的性菌毛上，所以只感染有性菌毛的F＋菌。只要細菌具有特異性受體，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)，在細菌胞壁上溶一小孔，然后通過尾鞘的收縮，將頭部DNA注入細菌體內(nèi)，而蛋白質(zhì)衣殼留在菌細胞外（圖4－4)。無尾噬菌體與絲形噬菌體可以脫殼的方式進入細菌細胞內(nèi)。
生物合成 噬菌體核酸進入菌細胞后，一方面通過轉(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，通過核酸多聚酶的催化作用，大量復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，立即在細菌胞質(zhì)內(nèi)按一定程序裝配成完整的成熟噬菌體。當子代噬菌體達到一定數(shù)目時，菌細胞突然裂解，釋放出的噬菌體又可感染新的敏感細菌。但有些絲形噬菌體是以出芽的方式逐個釋放。
在液體培養(yǎng)基中，噬菌現(xiàn)象可使混濁菌液變?yōu)槌吻濉Ｔ诠腆w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)。一個空斑系由一個噬菌體復制增殖并裂解細菌后形成，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，通過噬斑計數(shù)，可測知一定體積內(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，并隨細菌分裂傳至子代細菌的基因組中，不引起細菌裂解。整合在細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菌稱為溶原性細菌（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下脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導致細菌裂解。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)而進入溶菌性周期，這稱為前噬菌體的誘導與切離（excision)，發(fā)生率為10-2～10-5。極少數(shù)溶源性細菌中的前噬菌體離開細菌基因組后，不進入溶菌性周期，這個現(xiàn)象被形象地稱之為“治愈”。
溶原性細菌具有抵抗同種或有親緣關(guān)系噬菌體重復感染的能力，即使得宿主菌處在一種噬菌體免疫狀態(tài)。
某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(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)的細菌，故可用于未知細菌的鑒定和分型。例如用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有Vi抗原的傷寒沙門菌分為96個噬菌體型。這對流行病學調(diào)查、追查傳染源等具有重要意義。
分子生物學研究的重要工具 噬菌體對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)比細菌和高等細胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體，因此成為研究基因復制、轉(zhuǎn)錄、重組、表達調(diào)控機制等的重要工具；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，利用λ噬菌體作為載體構(gòu)建基因文庫；利用絲形噬菌體表面表達技術(shù)構(gòu)建肽文庫、抗體文庫和蛋白質(zhì)文庫等，又使噬菌體成為分子生物學研究中的重要載體。
細菌感染的診斷與治療 應(yīng)用噬菌體效價增長試驗可檢測標本中的相應(yīng)細菌。即在疑有某種細菌存在的標本中，加入一定數(shù)量的已知的相應(yīng)噬菌體，37℃孵育6～8 h，再進行該噬菌體的效價測定。若其效價有明顯增長，則表明標本中有某種細菌的存在。若在一標本中檢出某種噬菌體，且數(shù)量較多，也表明有相應(yīng)細菌的存在。
在有些局部感染時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于專一，限制了噬菌體在臨床上的廣泛應(yīng)用。
