微生物噬菌体
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噬菌体名词解释微生物学
噬菌体是一种可以侵染和繁殖于细菌中的病毒,也被称为细菌噬菌体或简称为噬菌体。
它们只能寄生在细菌体内繁殖,对细菌产生负面影响,最终导致细菌的破裂和死亡。
噬菌体由一段DNA或RNA基因组包裹在一个蛋白质壳中,基因组可以编码噬菌体感染和复制所需的蛋白质。
当噬菌体感染细菌时,它会通过特定的机制注入其基因组进入细菌细胞内。
然后噬菌体利用细菌细胞的生物合成机制来合成自身所需的蛋白质和核酸,并组装成新的噬菌体颗粒。
最终,新的噬菌体会释放到外部环境,寻找新的宿主细菌进行感染。
噬菌体在微生物学领域中具有重要的应用和意义。
首先,噬菌体可以作为一种细菌控制的工具。
噬菌体可以选择性地感染和杀死特定的细菌,这使得它们可以用作细菌感染性疾病的治疗方法。
其次,研究噬菌体可以帮助我们更好地理解病毒感染细菌的机制,以及它们如何逃避细菌的免疫系统。
此外,噬菌体还可以用作基因工程和基因传递的工具,在生物技术和药物研发等领域具有潜在应用价值。
总体来说,噬菌体是一类具有特殊寄生关系的病毒,它们在微生物学中具有重要的研究和应用价值。
噬菌体一、生物学特性噬菌体(Phage)属于非细胞型微生物,是侵染细菌、放线菌等细胞型微生物的病毒。
它们个体微小,通常仅能在电子显微镜下观察到;结构简单,多数噬菌体仅由蛋白质和核酸两种成分组成,蛋白质构成的衣壳包裹着核酸。
在自然界单独存在的噬菌体不表现出生命规象,但具有潜在的生命力。
噬菌体从吸附至宿主细胞上的一瞬间,就开始了自己的生命过程。
根据噬菌体与宿主的关系,可将其分为烈性噬菌体与温和噬菌体。
烈性噬菌体通过吸附、侵人、生物合成、装配与释放等步骤使宿主细胞裂解死亡;而温和噬菌体侵染宿主后,则将其核酸整合在宿主基因组上,并以原噬菌体状态存在,宿主则转为溶原性菌株;但有时也有机率较少的温和噬菌体与烈性噬菌体一样,引起宿主细胞的裂解死亡。
温和噬菌体对溶原状态和裂解途径的选择,取决于感染细胞内的一些宿主基因产物和噬菌体基因产物活性之间的平衡。
[1]噬菌体广泛分布于自然界是与其宿主的广泛分布分不开的。
迄今为止,几乎没有一群细菌尚未发现其相应的噬菌体,只有那些我们了解的还很肽浅的细菌才尚未见其相应噬菌体的报导。
[2] 根据大小、形态结构特征,可以把噬菌体分为3种类型,一是蝌蚪状不可收缩尾的噬菌体,其头部为二十面体,直径约110 -120nm,尾部长220-230 nm,尾宽13-15 nm,无尾鞘、基板、尾丁、尾兹等结构。
二是蝌蚪状可收缩尾的噬菌体,其头部为三十面体,约70nm x 110 nm,尾部长约120 -130 nm,尾宽约18-22nm,有尾鞘、基板、尾丁、尾兹等结构,该噬菌体似有包膜。
三是短尾噬菌体,其头部为二十面体,大小为20 nm,尾部长约2-3 nm。
[3]图1. 噬菌体生活周期二 噬菌体的繁育技术1. 繁殖方式噬菌体为非细胞型微生物,其增殖(复制)方式与细菌的繁殖(二分裂)方式不同,从吸附宿主菌到子代噬菌体的释放是一个爆发的过程,表现为“一步生长”的特点。
一步生长实验于1939年Ellis 和Delbruck 创立,据此可以测知噬菌体在细菌内增殖的潜伏期即每一个细菌产生噬菌体的平均裂解量。
噬菌体和细胞的相互作用在我们的身体里,微生物遍布其中,其中有一类微生物与我们的免疫系统一直在斗争,而这类微生物就是细菌。
但是,你是否知道,在这场微生物和免疫系统的“战争”中,还有另外一种微生物——噬菌体,而噬菌体和细胞之间,也有着一种相互作用。
什么是噬菌体?噬菌体是一种非常微小但又非常重要的生物体,只有细菌的一半大小。
它是由蛋白质组成的病毒,只能感染细菌,携带着特定的基因组,能在细胞内复制自己的基因组。
在短时间内,噬菌体通过利用细菌的代谢机制和生殖能力,在细菌内部进行大量的繁殖,最终导致细菌死亡,从而完成它的生命周期。
噬菌体和细菌之间的相互作用尽管噬菌体对宿主细菌有着致命的攻击能力,但在它感染细胞的同时,却也与细胞进行了对话和互动。
在噬菌体感染细胞时,噬菌体的基因组与细胞的基因组会交叉,从而使噬菌体的基因组也被融入到宿主细胞的基因组中,这种现象被称为“横向基因转移”。
这种“横向基因转移”的现象不仅发生在噬菌体和细菌之间,也发生在其他微生物之间,但是噬菌体和细菌之间的“横向基因转移”现象更为普遍和显著。
这种现象反映了生物界中基因交换的一种模式,也进一步解释了为什么噬菌体对细菌的致命打击,以及它们在诱导细菌进化和适应环境中所扮演的重要角色。
噬菌体还可以影响宿主细菌的代谢活动和凋亡过程,同时还能调控宿主细胞的免疫应答和自噬机制。
尽管噬菌体的攻击能力很强,但噬菌体也能够促进一些细菌生长。
在某些情况下,噬菌体感染后,能够提高细菌的生长速度和耐受性,使细菌能够更好地适应新的环境。
这是因为一些噬菌体会在感染细菌时,释放出调节物质,从而改善细菌的生存环境。
未来展望随着生物技术的不断发展,噬菌体被越来越广泛地认识到它在生命科学中具有的重要价值。
噬菌体不仅可以作为治疗细菌感染的生物药物,还能够作为基因工程中的重要研究对象。
科学家们正在不断地研究噬菌体和细胞之间的相互作用,在探索噬菌体的功能,以及利用噬菌体改善环境的同时,也希望能进一步探索噬菌体与微生物和人类的关系,进而为生物领域提供更多的可能性和发展方向。
噬菌体裂性噬菌体的增殖:吸附----侵入----增殖---成熟---裂解噬菌体:是病毒中的一种,一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。
(把侵染真菌的病毒叫噬真菌体)基本形态:蝌蚪形,球形,线性1 有收缩性尾壳2.长的非收缩性尾壳由双链DNA组成3 尾部很短4 无尾部:外壳顶端蛋白质衣壳粒较大为DNA单链5 无尾部:外壳顶端蛋白质衣壳粒较小为RNA单链6 线形:为DNA单链根据噬菌体与宿主的关系:烈性噬菌体:指感染宿主细胞后,能够使宿主细胞裂解的噬菌体.温和噬菌体(或溶源性噬菌体):噬菌体感染细胞后,将其核酸整合(附着)到宿主的核DNA上,并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制,在一般情况下,不引起寄主细胞裂解的噬菌体。
烈性噬菌体的繁殖过程一般分为五个阶段:吸附、侵入、生物合成、装配、释放1.吸附:吸附是噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合的过程,其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。
位点:病毒受体、性菌毛等过程:随机碰撞、尾丝散开、固着、刺突插入,基板固定吸附的机理:尾丝尖端与受体发生共价结合2.侵入:过程:尾丝展开、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入动物病毒借助胞吞作用、膜融合或直接穿过膜植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染膜融合病毒包膜与宿主细胞膜融合,核衣壳释放到细胞质中。
如:流感病毒与噬菌体不同的是:动、植物病毒是以整个核衣壳侵入的,须迅速在溶酶体蛋白水解酶的作用下脱掉蛋白质衣壳,释放出核酸,以使病毒核酸复制和转录。
但有些病毒侵入时同时脱壳。
3.生物合成增殖过程中基因表达特点:基因表达有先有后基因表达的顺序为:早期表达;次早期表达;核酸复制;晚期表达前一次表达产物是后一次表达的mRNA 聚合酶晚期表达的结果是合成了各种装配蛋白(另外还有溶菌酶)4.装配DNA分子的缩合---通过衣壳包裹DNA而形成头部---尾丝和尾部其它部件独立装配完成---头部与尾部相结合---装上尾丝5.释放(裂解) 成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。
裂解量:每一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体量增殖性生活周期(裂解性生活周期):烈性噬菌体所经历的繁殖过程噬菌体的效价测定:效价指噬菌体悬液的浓度。
即噬菌体数/ml样品。
噬菌斑形成单位数/感染中心数.测定方法有:斑点实验法,液体稀释管法,双层平板法,单层平板法,快速玻片法一步生长曲线:定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。
潜伏期:毒粒吸附于细胞到受感染细胞释放出子代毒粒所需要的最短时间。
不同病毒的潜伏期长短不同,噬菌体以分钟计,动物病毒和植物病毒以小时或天计。
裂解量:每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数(平均收获量)。
裂解量=裂解期平均噬菌斑数/潜伏期平均噬菌斑数=平稳期噬菌斑数/潜伏期噬菌斑数溶源性:温和噬菌体侵入宿主细胞后产生一种新的特性,称为溶源性。
温和噬菌体:噬菌体吸附并侵入细胞后,其DNA只整合在宿主核染色体组上,并可长期随宿主DNA的复制而同步复制,一般不进行增殖或引起宿主细胞裂解的噬菌体。
原噬菌体(前噬菌体):整合在宿主染色体上的温和噬菌体核酸。
游离态:已成熟释放并具感染性的病毒粒子。
整合态:原噬菌体附着或整合在细菌染色体状态。
营养态:原噬菌体在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质的合成、装配状态。
温和噬菌体的特点:都是dsDNA;具有整合能力具有同步复制能力温和噬菌体存在形式 :游离态,整合态,营养态溶源性细菌:含有原噬菌体(温和噬菌体)的细菌称为溶源性细菌。
溶源菌的基本特征:细菌的溶源性具有遗传性溶源菌对其原噬菌体的同源噬菌体具有免疫性溶源性细菌在培养中不易被查觉复愈:溶源菌(失去原(前)噬菌体)--------非溶源细胞自发裂解和诱导裂解:溶源菌可被自发或诱发裂解而使温和噬菌体变成烈性噬菌体溶源性细胞可获得一些新的生理特性发酵过程中噬菌体的危害及应用:噬菌体的危害:主要是引起发酵中的噬菌体污染例:丙酮、丁醇发酵中的噬菌体污染,抗生素发酵中的噬菌体污染,食品工业上的噬菌体污染防治:控制活菌排放选育抗性生产菌株生产中轮换使用菌种药物防治例如用金霉素、四环素等。
病毒群体形态及组成包涵体:某些感染病毒的宿主内,出现光镜可见的大小、形态和数量不等的小体。
包涵体;是病毒的聚集体;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白质;病毒性包涵体,由化学因子或细菌感染形成空斑:在单层动物细胞培养物上的与噬菌斑类似。
病斑:若单层动物细胞受肿瘤病毒感染,则细胞剧增,产生类似菌落的灶。
枯斑:病毒作用于植物留下的局部坏死部分。
病毒的蛋白质:构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体病毒蛋白还构成了毒粒酶(参与病毒的进入、释放、大分子合成)病毒和核酸: DNA,RAN之分;单双链之分;线状,环状之分(闭合,开放);正负链之分;基因组是单组分、双组分、三分组、多组分亚病毒亚病毒包括:类病毒,卫星病毒,卫星RNA,软病毒卫星病毒:是一类基因组缺损、依赖辅助病毒,基因才能复制和表达且完成增殖的亚病毒因子卫星RNA:是一类寄生于辅助病毒壳体内,虽与辅助病毒基因组无同源性,但须依赖其才能复制 RNA分子片段(拟病毒)软病毒:一种感染性蛋白粒子致病因子称朊病毒植物,脊椎动物,昆虫病毒昆虫病毒作为农药的优点:专一性高,毒力大,后效长,使用方便,对人畜无害,无公害。
缺点:危害经济作物非增殖性感染:由于病毒或细胞的原因,使病毒复制在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻,导致病毒感染的不完全循环。
在受染细胞内,不产生有感染性的病毒子代。
整合感染:许多温和噬菌体和肿瘤病毒感染宿主细胞后,因病毒与细胞的性质,病毒基因组整合于宿主染色体,并随细胞分裂传递给子代细胞,这类感染称之为整合感染侵入方式:通过伤口进入再通过胞间连丝或输导组织迅速向其它部位扩散引起普遍感染。
借嫁接时的伤口而侵入借昆虫刺吸式口器进入植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳病毒感染的致细胞病变效应的机理?致细胞病变效应:宿主细胞和组织中的微观或宏观变化或异常现象病毒可抑制宿主DNA、RNA和蛋白质合成细胞溶酶体损伤,导致水解酶释放,细胞崩解通过向细胞质膜中插入病毒特异性蛋白而迅速改变细胞膜,致受染细胞受到免疫系统攻击几种病毒高浓度的蛋白对细胞和机体有直接毒性作用许多病毒感染过程中形成包涵体而直接破坏细胞结构疱疹病毒和其他病毒感染破坏染色体宿主细胞可能不受直接损害,但被转化成恶性细胞病毒感染对宿主大分子合成的影响:宿主细胞转录的抑制,宿主细胞翻译的抑制,宿主细胞DNA复制的抑制病毒对细胞结构的影响:病毒对宿主细胞膜的影响,病毒细胞骨架的影响,包涵体,细胞凋亡病毒感染对真核细胞的影响:细胞无任何明显变化,细胞病变(损伤,死亡),细胞增生。
病毒感染对个体的影响结果:隐形感染,疾病综合症,潜伏状态,携带者,瘤形成,死亡病毒综述病毒的特性:形态极其微小,必须在电镜下才能观察,一般都具过滤性;没有细胞构造,也称分子微生物;其主要成分仅是核酸和蛋白质两种;每一种病毒只含一种核酸不是DNA就是RNA;既无产能酶系又没有蛋白质合成系统;利用宿主细胞设备进行增殖,不存在个体生长和二均分裂等细胞繁殖方式;在宿主活细胞内营专性寄生;在离体条件下,能以无生命的化学大分子状态存在,并可形成结晶;耐冷不耐热,对一般抗生素不敏感,但对于干扰素敏感。
核酸的作用:为病毒的增殖、遗传、变异等功能提供遗传信息。
衣壳的作用:保护基因组,对抗环境中的核酸酶或其他破坏性因素。
介导病毒核酸进入宿主细胞。
具有抗原性,能引起免疫应答。
包膜的作用:是病毒核衣壳在细胞内装配完成后,以“出芽”的方式通过细胞膜释放所获得的一层脂蛋白性的膜(宿主的细胞膜可能经病毒编码的蛋白质修饰过)。
也有少数病毒的包膜是来自胞浆内空泡膜或核膜。
纤突的作用:少数有包膜病毒在包膜表面有突起叫做纤突。
对病毒分类鉴定有用,与病毒吸附细胞有关。
包涵体的作用:是病毒的聚集体;是病毒的合成部位;是病毒蛋白与和病毒感染有关的蛋白质;非病毒性包涵体,由化学因子或细菌感染形成。
病毒:是一类超显微的非细胞生物,每一种病毒只含有一种核酸;它们只能在活细胞内营专性寄生;在宿主细胞协助下,通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖,在离体条件下,它们以无生命的化学大分子状态存在.病毒粒子:(病毒颗粒)即完整的、具有感染性的单个病毒。
病毒粒子包括核衣壳和包膜核衣壳包括核心(DNA或RNA)和衣壳(衣壳粒蛋白)包膜为类脂或脂蛋白典型形态病毒:螺旋对称的代表烟草花叶病毒(TMV)二十面体对称的代表:腺病毒致病性:呼吸道,眼结膜,淋巴组织炎症。
复合对称的代表:T-偶数噬菌体目前噬菌体基本形态分为3种蝌蚪形 > 微球形 > 丝状病毒在基因工程中的应用:噬菌体作为原核生物基因工程的载体动物DNA病毒作为动物基因工程的载体植物DNA病毒作为植物基因工程的载体昆虫DNA病毒作为真核生物基因工程的载体。