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什么是溫和性噬菌體?

發(fā)布日期:2020-08-28 發(fā)布人:潤達生物

噬菌體作為地球上數(shù)量最多的生物體,影響著生命的各個方面,從細菌進化到生態(tài)進化,再到人類健康,噬菌體可謂無處不在。

說起噬菌體,相信大家都已經耳熟能詳了,一種能侵染并裂解細菌的病毒,在對抗“超級細菌”中起著非常重要的作用。噬菌體作為地球上數(shù)量最多的生物體,影響著生命的各個方面,從細菌進化到生態(tài)進化,再到人類健康,噬菌體可謂無處不在。


噬菌體


  根據(jù)噬菌體的生活周期,可以將噬菌體分為裂解性噬菌體和溫和性噬菌體。裂解性噬菌體侵染細菌后利用宿主菌的翻譯轉錄系統(tǒng)合成自身所需的蛋白,組裝成新的子代噬菌體,然后裂解宿主細胞,釋放出子代噬菌體,最終導致宿主細胞的死亡。由于裂解性噬菌體能引起宿主菌的死亡,根據(jù)這個特性,裂解性噬菌體被廣泛用于對抗“超級細菌”感染。

  溫和性噬菌體感染宿主菌后并不引起宿主菌的裂解死亡,而是將自身的基因組整合到宿主菌的基因組中,隨著宿主菌的復制而復制,在受到外界刺激(如絲鏈霉素C,紫外等)時,溫和性噬菌體也可行裂解周期??瓷先ィ瑴睾托允删w的應用前景好像不及裂解性噬菌體“光明”,畢竟,裂解性噬菌體在對抗“超級細菌”這塊就已經“領先”于溫和性噬菌體了,何況,發(fā)現(xiàn)遺傳物質是DNA的實驗也使用了裂解性噬菌體T2,而我們在使用噬菌體對細菌進行鑒定和分型時也是選擇裂解性噬菌體進行實驗。

  如此說來,溫和性噬菌體真的就沒有它的可用之處嗎?事實并非如此,實際上,溫和性噬菌體也是可以用于對抗“超級細菌”的,只是使用方式不同而已。下面就讓我們一起來認識一下溫和性噬菌體吧。

  先讓我們了解幾個概念

  原噬菌體(Prophage):溫和性噬菌體整合到宿主基因組中,這種整合在細菌染色體上的噬菌體基因稱為原噬菌體。

  溶原菌:具有原噬菌體的細菌稱為溶原菌。

  溶原性轉換(Lysogenic conversion):當噬菌體感染細菌時,宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段,使其成為溶原狀態(tài)時而致細菌獲得新的性狀。

  轉導(Transduction):以溫和性噬菌體為載體,將供體菌的一段DNA轉移到受體菌內,使受體菌獲得新的性狀。

  超感染免疫(Superinfection immunity):被感染形成的溶源性細菌,由于細胞內具有原噬菌體,故不能被第一次感染的同種噬菌體再感染。也就是說,溶源性細菌具有了抗御同種噬菌體的能力,這種現(xiàn)象稱為超感染免疫性。

  溫和性噬菌體治療的局限性

  前面說到,溫和性噬菌體侵染細菌后將基因組整合到宿主菌上,不會引起宿主菌的裂解。此外,溫和性噬菌體的整合使宿主菌處于溶原菌的狀態(tài),會呈現(xiàn)“超感染免疫”的狀態(tài),而使原本對其敏感的噬菌體不能再侵染該細菌。另外,溫和性噬菌體可通過轉導或者溶原性轉換介導水平基因轉移(horizontal gene transfer,HGT)。

  溶原性轉換的結果往往是增強細菌的毒力,如引起痢疾的大腸桿菌O157:H7通過溶原性轉換后獲得兩個編碼志賀毒素的原噬菌體,霍亂弧菌可獲得編碼霍亂毒素的絲狀噬菌體(CTXφ),非毒源的白喉棒狀桿菌經β棒狀桿菌噬菌體感染后變成產白喉毒素菌株等。轉導也有利于抗生素耐藥基因和其它移動元件(如金黃色葡萄球菌的毒力島)傳播,從而有助于細菌致病力的進化。

  溫和性噬菌體在噬菌體治療中的優(yōu)勢

  溫和性噬菌體廣泛存在于自然界中,對已測序的細菌進行分析發(fā)現(xiàn),約一半的細菌基因組中含有溫和性噬菌體,這為噬菌體的發(fā)現(xiàn)和分離提供了方便。另外對于一些難以培養(yǎng)或者厭氧的細菌而言,在細菌基因組中尋找溫和性噬菌體進行分離或許比在自然環(huán)境中分離裂解性噬菌體更容易一些。

  利用溫和性噬菌體的整合特性,結合合成生物學技術和CRISPR-Cas技術改造溫和性噬菌體,使其特異性的干擾宿主菌的代謝功能或者攻擊耐藥基因,從而破壞細菌或者使原本耐藥的細菌重新獲得對抗生素的敏感性。由于這種方法不會導致細菌的裂解,也就降低了細菌釋放內毒素的風險。