溶解性和溶原性噬菌体生命周期——理解
噬菌体(噬菌体)是专性细胞内病毒专门感染细菌。他们由两位研究者独立发现,弗雷德里克·威廉·Twort1在1915年的伦敦大学,和Felix d 'Herelle2他证实了这一发现,并在1917年创造了这个词噬菌体和得多研究。
噬菌体的结构
噬菌体有一个非常简单的结构(图1)。他们的遗传物质是包含在一个棱镜形状的头,一种蛋白质衣壳包围。这是连接到长鞘(有时称为尾部)颈部或领地区。
的鞘形成空心管病毒DNA / RNA注入宿主细胞,周围被保护鞘蛋白。底部的鞘是底座的尾巴纤维(通常6)促进对宿主细胞均附呈。
溶解性和溶原性:有什么区别?
裂解周期或致命的感染,包括病毒控制其病毒宿主细胞,用它来产生子代,杀死宿主。溶原性循环,吸收其基因组或non-virulent感染,包括病毒与宿主细胞的基因组实现复制没有杀死宿主。
图1所示。噬菌体的结构示例。
为了繁殖,噬菌体必须首先进入宿主细胞。它们绑定到特定的细菌细胞表面的受体与他们的尾巴纤维(吸附)和创建一个洞,一个过程,连同附件,由底座协调3。刚性管是推动鞘,刺穿一个洞的细菌细胞膜注入他们的遗传物质(DNA或RNA、双或单链)。他们可以劫持宿主细胞的细胞机制的复制如果周围条件不利的过程称为裂解周期。或者,他们可以进入休眠状态,称为溶原性周期,在宿主细胞内是否有利的条件。
裂解周期
在裂解周期(图2),有时被称为致命的感染,感染噬菌体最终杀死宿主细胞产生许多自己的后代。立即注入宿主细胞后,噬菌体基因组合成蛋白质分解宿主DNA的早期,允许噬菌体细胞机制的控制。
然后噬菌体使用宿主细胞合成的蛋白质需要建立新的噬菌体粒子。头和鞘分别组装,新的遗传物质挤进头部和女儿噬菌体粒子构造。在这个过程中,宿主细胞逐渐削弱了噬菌体酶和最终破裂,释放出平均100 - 200新噬菌体后代到周围环境中。
图2。描述的噬菌体裂解周期的阶段。
看裂解周期在这里。
溶原性周期
溶原性周期(图3),有时被称为温带或non-virulent感染,不杀死宿主细胞,而是使用它作为一个避难所,它存在于静止状态。噬菌体的DNA注入后进入宿主细胞,它整合到宿主基因组,phage-encoded整合酶的帮助下,它被称为前噬菌体。然后前噬菌体的基因组复制被动地随着宿主基因组的宿主细胞分裂,只要仍有,不形成所需的蛋白质产生后代。噬菌体基因组通常比较小,细菌宿主通常保存相对完好的这个过程。
图3。描述的阶段的噬菌体溶原性周期。
从溶原性转变为溶解性
如果暴露于压力包含前噬菌体的细菌,如紫外线、低营养条件,或化学物质如丝裂霉素C,前噬菌体可能自发地从宿主基因组中提取自己和进入裂解周期这一过程被称为感应。
然而,这个过程并不完美,前噬菌体有时可能会留下的DNA部分或部分宿主DNA re-circularize时。如果他们那么感染新的宿主细胞,他们可能运输细菌基因从一个应变到另一个,这一过程被称为传导。这是一个方法的抗生素抗性基因,毒素和superantigen-encoding基因和其他毒性特征可能传播细菌种群。
最近的研究表明,溶解性和溶原性感染之间的过渡也依赖于大量的噬菌体在一个区域能够产生和小肽过程类似于群体感应4。
细菌噬菌体感染的免疫力
并不是所有的细菌都对噬菌体攻击无助,拥有一个“免疫系统”,允许他们反击。CRISPR-Cas现在转基因的代名词,第一次被提出作为细菌由弗朗西斯科Mojica“适应性免疫系统”5独立,由一群来自大学。因为6在2005年。短CRISPR位点是一个数组的重复序列隔开间距器以独特的序列。这些间隔序列有同源性病毒和质粒DNA,包括噬菌体。以前unencountered噬菌体攻击时,添加新间隔器在CRISPR的一侧,使CRISPR噬菌体的序时记录细胞及其祖先遇到。噬菌体入侵,CRISPR序列转录,蛋白质与中科院合作、目标和摧毁的噬菌体序列同源的间距器序列。
噬菌体的遗传和分子生物学工具
λ噬菌体,最初隔绝大肠杆菌,是一个最好的研究噬菌体,并成立了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分子生物学作为一门学科的发展7。在1950年代,噬菌体与宿主DNA重组的能力首次利用操纵的基因组沙门氏菌物种的过程转导出生8。自那时以来,它已被用来作为载体,移动遗传物质之间的许多生物,包括真菌基因操作9甚至人类基因。这是由于卑微的噬菌体人类胰岛素首先是安全、便宜。它也打开了应用高通量筛选的克隆,纳米材料的发展10,抗菌治疗食品,作为一个诊断工具和药物发现和交付系统11。
噬菌体ϕX174成为一个不知情的先驱在1977年它是第一个生物全部核苷酸序列由于弗雷德·桑格和他的同事们决定的12。
噬菌体疗法
抗生素的发现之前在1928年亚历山大·弗莱明,噬菌体作为治疗细菌感染的方法进行研究。抗生素时代,方便广谱抗生素治疗的活动意味着在大多数组织的研究噬菌体疗法被遗弃。然而,在许多前苏联国家,缺乏西方的抗生素,研究噬菌体疗法继续通过必要性。越来越多的全球性问题抗生素耐药性,一直是近年来噬菌体治疗领域的复苏。虽然噬菌体能够感染和破坏细菌和已经成功地用于治疗危及生命的感染13潜力,他们的物种甚至菌株特异性和免疫力的一些细菌噬菌体治疗目标是目前不是一个简单的过程,必须根据个体的感染。这使它昂贵和耗时。因此,它是目前最后一个,还有许多工作需要在这一领域。
噬菌体的家庭树
提高可用性和可负担性的核苷酸测序,有爆炸的噬菌体基因组的数量在过去的二十年里提交给数据库14。
噬菌体是机密的国际病毒分类委员会(ICTV), 2017年的更新,有19科噬菌体感染细菌和古菌(表1),但随着更多更多的偏远地区样本测序这只是将来可能增长。
对于手机用户来说,左右滚动查看下面的表数据。
订单 | 家庭 | 形态 | 核酸 | 例子 | 亚科 | 属 |
Caudovirales | Ackermannviridae | dsDNA | 2 | 4 | ||
Myoviridae | Nonenveloped,收缩的尾巴 | 线性dsDNA | T4噬菌体,μ,PBSX P1Puna-like, P2, I3, Bcep 1, Bcep 43岁Bcep 78 | 6 | 41 | |
Siphoviridae | Nonenveloped noncontractile尾巴(长) | 线性dsDNA | T5噬菌体λ噬菌体,φ,C2, L5, HK97 N15 | 11 | One hundred. | |
Podoviridae | Nonenveloped noncontractile尾巴(短) | 线性dsDNA | T7噬菌体,T3噬菌体、Φ29 P37第22位 | 3 | 23 | |
Ligamenvirales | Lipothrixviridae | 包膜,杆状 | 线性dsDNA | Acidianus丝状病毒1 | 3 | |
Rudiviridae | Nonenveloped,杆状 | 线性dsDNA | 硫化叶菌islandicus杆状病毒1 | 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 | 一份,Qβ | 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。ICTV分类学分类噬菌体感染细菌和古生菌。
引用
1。Twort弗兰克-威廉姆斯。调查在超微病毒的本质。《柳叶刀》。1915,186 (4814):1241 - 1243。doi:10.1016 / s0140 - 6736 (01) 20383 - 3
2。D 'Herelle f .在一个看不见的微生物拮抗对痢疾杆菌:f . D 'Herelle先生短暂的注意,由Roux先生。1917。Res Microbiol。2007,158 (7):553 - 554。doi:10.1016 / j.resmic.2007.07.005
3所示。泰勒敝中断,普罗霍罗夫NS, Guerrero-Ferreira RC, et al . T4底板的结构及其功能触发鞘收缩。自然。2016,533 (7603):346 - 352。doi:10.1038 / nature17971
4所示。Erez Z, Steinberger-Levy我,沙米尔M, et al .病毒指导lysis-lysogeny决策之间的通信。自然。2017,541 (7638):488 - 493。doi:10.1038 / nature21049
6。Pourcel C, Salvignol G, G Vergnaud CRISPR元素鼠疫杆菌优先吸收获得新的重复的DNA噬菌体,并提供额外的进化研究的工具。 微生物学(阅读) 。2005;151 (Pt 3): 653 - 663。doi: 10.1099 / mic.0.27437-0
9。Chaveroche可Ghigo JM d 'Enfert c .快速高效的丝状真菌的基因替换方法曲霉菌nidulans。 核酸Res 。2000,28 (22):E97。doi: 10.1093 / nar / 28.22.e97
10。钟WJ,塞纳M, Merzlyak,李西南。2.206 -噬菌体作为功能纳米材料开发的工具。:Ducheyne P。 全面的生物材料 。爱思唯尔;2011:95 - 111。doi: 10.1016 / b978 - 0 - 08 - 055294 - 1.00064 - 7
13。斯库利RT, Biswas B,吉尔JJ, et al。开发和使用的个性化Bacteriophage-Based治疗鸡尾酒治疗病人传播耐药鲍曼不动杆菌感染。 Antimicrob代理Chemother 。2017年,61 (10):e00954-17。doi: 10.1128 / AAC.00954-17