裂解vs溶原性-了解噬菌体的生命周期

图2。描述噬菌体溶解周期的阶段。

观察溶解循环的过程在这里．

溶原性周期

溶原性循环(图3)有时被称为温和感染或非毒性感染，它不杀死宿主细胞，而是将其作为处于休眠状态的避难所。在将噬菌体DNA注入宿主细胞后，在噬菌体编码整合酶的帮助下，它将自己整合到宿主基因组中，在那里它被称为噬菌体。然后，随着宿主细胞的分裂，噬菌体基因组与宿主基因组一起被动复制，只要它还在那里，就不会形成产生子代所需的蛋白质。由于噬菌体基因组通常相对较小，细菌宿主通常不会受到这一过程的伤害。

图3。描述噬菌体溶原周期的阶段。

从溶源性到溶源性的转变

如果含有前噬菌体的细菌暴露于应激源，如紫外线、低营养条件或丝裂霉素C等化学物质，前噬菌体可能自发地从宿主基因组中提取自己，并在称为诱导的过程中进入裂解循环。

然而，这个过程并不完美，前噬菌体有时会留下部分DNA，或者在它们再循环时带走部分宿主DNA。如果它们感染了一个新的宿主细胞，它们可能会将细菌基因从一个菌株转移到另一个菌株，这一过程被称为转导。这是一种方法，抗生素抗性基因，毒素和超级抗原编码基因和其他毒力性状可能在细菌种群中传播。

最近的研究表明，在溶源性感染和溶源性感染之间的过渡也依赖于一个区域内噬菌体的丰度，因为它们能够在类似于群体感应的过程中产生和感应小肽⁴．

细菌对噬菌体感染的免疫

并不是所有的细菌都对噬菌体的攻击无能为力，它们拥有一种“免疫系统”，可以进行反击。CRISPR-Cas如今，它已成为基因改造的同义词。弗朗西斯科·莫希卡(Francisco Mojica)最初将其作为一种细菌“适应性免疫系统”提出⁵并由Université Paris-Sud的一个小组独立完成⁶在2005年。CRISPR基因座是由具有唯一序列的间隔子分隔的短重复序列数组。这些间隔序列被发现与病毒和质粒DNA同源，包括噬菌体。当被之前未遇到的噬菌体攻击时，在CRISPR的一侧添加新的间隔，使CRISPR成为细胞及其祖先遇到的噬菌体的时间记录。为了应对噬菌体入侵，CRISPR序列被转录，并与Cas蛋白合作，靶向并破坏与间隔序列同源的噬菌体序列。

噬菌体作为遗传和分子生物学工具

噬菌体，最初从大肠杆菌它是研究得最好的噬菌体之一，是许多遗传工具的基础。甚至有人说，使用噬菌体作为工具最终导致了分子生物学作为一门学科的发展⁷．在20世纪50年代，噬菌体与宿主DNA重组的能力首次被用于操纵动物的基因组沙门氏菌物种等过程转导出生⁸．从那时起，它被用作在许多生物之间移动遗传物质的载体，包括真菌基因操作⁹甚至是人类基因。多亏了不起眼的噬菌体人类胰岛素第一次安全廉价地生产出来。它还在高通量克隆筛选、纳米材料开发等方面开辟了应用¹⁰，食品的抗菌处理，作为诊断工具以及药物研发和输送系统¹¹．

1977年，在弗雷德·桑格(Fred Sanger)和同事的努力下，噬菌体ϕX174在不知不觉中成为了先驱者¹²．

噬菌体疗法

在1928年亚历山大·弗莱明发现抗生素之前，噬菌体被探索作为一种治疗细菌感染的方法。在后抗生素时代，抗生素治疗的便捷广谱活性意味着大多数组织对噬菌体治疗的研究被放弃。然而，在许多缺乏西方抗生素的前苏联国家，由于需要，对噬菌体疗法的研究继续进行。随着全球性问题的日益增多抗生素耐药性在美国，噬菌体治疗领域近年来再度兴起。而噬菌体能够感染并摧毁细菌，并已成功用于治疗危及生命的感染¹³它们的种类，甚至菌株特异性，以及某些细菌预先存在的免疫力，意味着靶向噬菌体治疗目前不是一个微不足道的过程，必须针对个体感染量身定制。这使得它既昂贵又漫长。因此，目前这是最后的手段，在这一领域仍有许多工作要做。

噬菌体家族树

随着核苷酸测序的可获得性和可负担性的增加，在过去20年里提交到数据库的噬菌体基因组数量出现了爆炸式增长¹⁴．

噬菌体的分类国际病毒分类学委员会(ICTV)，截至其2017年更新，有19个噬菌体家族感染细菌和古生菌(表1)，但随着来自更偏远地区的更多样本的测序，这一数字在未来只可能增长。

对于移动用户，左右滚动查看下面的表格数据。

订单	家庭	形态	核酸	例子	亚科	属
Caudovirales	Ackermannviridae		dsDNA		2	4
	Myoviridae	无包膜，可收缩的尾巴	线性dsDNA	T4噬菌体，Mu, PBSX, P1Puna-like, P2, I3, Bcep 1, Bcep 43, Bcep 78	6	41
	Siphoviridae	无包络、不收缩的尾巴(长)	线性dsDNA	λ噬菌体，T5噬菌体，phi, C2, L5, HK97, N15	11	One hundred.
	Podoviridae	无包络、不收缩的尾巴(短)	线性dsDNA	T7噬菌体，T3噬菌体，Φ29, P22, P37	3.	23
Ligamenvirales	Lipothrixviridae	包膜,杆状	线性dsDNA	酸性丝状病毒		3.
	Rudiviridae	Nonenveloped,杆状	线性dsDNA	岛状亚砜棒状病毒		1
未赋值的	Ampullaviridae	包膜,状	线性dsDNA			1
	Bicaudaviridae	Nonenveloped, lemon-shaped	圆形dsDNA			1
	Clavaviridae	Nonenveloped,杆状	圆形dsDNA			1
	Corticoviridae	Nonenveloped,等距	圆形dsDNA			1
	Cystoviridae	包膜,球形	分段dsRNA			1
	Fuselloviridae	Nonenveloped, lemon-shaped	圆形dsDNA			2
	Globuloviridae	包膜,等距	线性dsDNA			1
	Guttaviridae	Nonenveloped,卵圆形	圆形dsDNA			2
	Inoviridae	Nonenveloped,丝状	圆形ssDNA	M13		7
	Leviviridae	Nonenveloped,等距	线性ssRNA	一,问β		2
	Microviridae	Nonenveloped,等距	圆形ssDNA	ΦX174	2	6
	Plasmaviridae	包膜,多形性	圆形dsDNA			1
	Tectiviridae	Nonenveloped,等距	线性dsDNA			2

表1。噬菌体感染细菌和古菌的ICTV分类学分类。

参考文献

1.Twort弗兰克-威廉姆斯。超显微病毒性质的研究。《柳叶刀》．1915, 186(4814): 1241 - 1243。doi:10.1016 / s0140 - 6736 (01) 20383 - 3

2.D 'Herelle F.关于痢疾杆菌拮抗的一种看不见的微生物:F. D 'Herelle先生的简要说明，由Roux先生提交。1917年。Res Microbiol．2007, 158(7): 553 - 554。doi:10.1016 / j.resmic.2007.07.005

3.Taylor NMI, Prokhorov NS, Guerrero-Ferreira RC，等。T4基板结构及其在鞘收缩中的作用。自然．2016, 533(7603): 346 - 352。doi:10.1038 / nature17971

4.张志刚，张志刚，等。病毒之间的交流指导着裂解-溶源的决定。自然．2017, 541(7638): 488 - 493。doi:10.1038 / nature21049