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生物安全

認(rèn)識(shí)噬菌體

發(fā)布時(shí)間:2018-10-19

別讓這個(gè)神秘的詞把您嚇壞了,噬菌體只不過(guò)是把細(xì)菌當(dāng)做感染對(duì)象的病毒。“噬”是吃的意思,噬菌體,顧名思義,就是吃細(xì)菌的東西。聽(tīng)起來(lái)不可思議,連細(xì)菌這么小的微生物也會(huì)感染病毒,可是噬菌體比病毒還要小40倍。噬菌體存在的歷史和細(xì)菌一樣長(zhǎng)。本文討論噬菌體的功能,及其可能給人來(lái)帶來(lái)的好處。

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噬菌體的結(jié)構(gòu)和功能
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噬菌體能在易感細(xì)胞之間運(yùn)載基因物質(zhì),然后在這些細(xì)胞內(nèi)復(fù)制,因此常被比喻為飛船(Kutter,1997)。實(shí)際上噬菌體是非常簡(jiǎn)單的生物,由蛋白外衣包被的基因物質(zhì)(DNA或RNA)、一個(gè)中空的蛋白尾和噬菌體尾絲組成。

噬菌體的通常結(jié)構(gòu)


圖2表示噬菌體的生命循環(huán)周期。如果沒(méi)有細(xì)菌細(xì)胞,那么噬菌體就不能復(fù)制。噬菌體顆粒首先附著于細(xì)菌上,再與細(xì)胞結(jié)合;然后噬菌體將基因物質(zhì)釋放入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),這些基因物質(zhì)就控制了細(xì)胞,并使其生產(chǎn)更多的噬菌體基因物質(zhì)。

另外,噬菌體基因業(yè)迫使細(xì)胞生產(chǎn)相應(yīng)的蛋白外衣、中空的蛋白質(zhì)尾和尾絲,這些成分再重新組裝成一個(gè)新的噬菌體顆粒。最后,當(dāng)細(xì)胞無(wú)法生產(chǎn)更多的噬菌體顆粒時(shí),細(xì)胞破裂,將噬菌體顆粒釋放到環(huán)境中,再與其它細(xì)菌細(xì)胞重復(fù)整個(gè)循環(huán)過(guò)程。感染、復(fù)制和新的噬菌體顆粒釋放的過(guò)程一直持續(xù)到不在有細(xì)胞感染為止。然而,噬菌體生命周期循環(huán)也可能帶來(lái)一些問(wèn)題。如果這個(gè)過(guò)程能夠發(fā)生于細(xì)菌細(xì)胞,那么為什么就不會(huì)發(fā)生于植物、動(dòng)物和人類(lèi)細(xì)胞內(nèi)呢?

每個(gè)細(xì)胞的表面都是由許多種特殊的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪以及其他的有機(jī)成分構(gòu)成的。細(xì)菌細(xì)胞表面的有機(jī)物使得噬菌體智能識(shí)別并附著于特定的細(xì)菌細(xì)胞。如果噬菌體不能識(shí)別特異性的蛋白混合物、碳水化合物和脂肪,它們將不會(huì)附著于這些細(xì)胞上。這意味著如果他們不是細(xì)菌,那么噬菌體將不會(huì)附著于這些細(xì)胞上。在植物、動(dòng)物和人類(lèi)細(xì)胞的有機(jī)復(fù)合物不能被噬菌體識(shí)別,因此噬菌體不能感染這些細(xì)胞。另外,注入細(xì)胞內(nèi)的噬菌體基因物質(zhì)智能作用于細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)。既然植物、動(dòng)物和人類(lèi)細(xì)胞的內(nèi)源物質(zhì)(結(jié)構(gòu)和化學(xué)作用)不同于細(xì)菌細(xì)胞,所以噬菌體的基因物質(zhì)不能控制這些細(xì)胞,這意味著及時(shí)噬菌體感染并將其基因物質(zhì)注入植物、動(dòng)物或人類(lèi)細(xì)胞中,這些基因物質(zhì)業(yè)不能控制細(xì)胞的內(nèi)部機(jī)制(Kutter,1997)。由于噬菌體的特異性,它們被認(rèn)為是安全的。而且確實(shí)也沒(méi)有關(guān)于噬菌體已經(jīng)感染植物、動(dòng)物和人類(lèi)細(xì)胞的報(bào)道。

實(shí)際上,只有在他們感染的細(xì)菌內(nèi)噬菌體才表現(xiàn)為非常的特異性,例如感染大腸桿菌的噬菌體將不感染沙門(mén)氏菌。這種特異性可能會(huì)帶來(lái)好處,也可能會(huì)帶來(lái)壞處。特異性可能意味著噬菌體清除特異性的病原微生物,而不損害有益的生物有機(jī)體。然而,當(dāng)集中病原微生物同時(shí)入侵或者同時(shí)有一個(gè)動(dòng)物體內(nèi)感染,噬菌體將不得不清除每一種病原微生物。噬菌體可能有利于治療人類(lèi)、動(dòng)物,甚至植物的疾病。實(shí)際上,你會(huì)驚奇的發(fā)現(xiàn)在東歐,是具體用來(lái)治療細(xì)菌性疾病已經(jīng)有80年的歷史了(佚名1,ND)。實(shí)際上,在上世紀(jì)70年代和80年代的蘇聯(lián)每月生產(chǎn)成千加侖的噬菌體。在每個(gè)蘇聯(lián)士兵的急救包內(nèi)都帶有一種含有噬菌體的粉末(佚名1,ND)這里要簡(jiǎn)單的了解噬菌體的歷史是有幫助的。

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噬菌體研究簡(jiǎn)史
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1986年,一個(gè)研究者報(bào)道在印度,當(dāng)過(guò)濾Ganges河河Jumna河的河水以去除細(xì)菌時(shí),在河水中的某些物質(zhì)具有抗菌的作用。大約20年后,其他的研究者表明病毒參與了這個(gè)過(guò)程,并將這種病毒命名為噬菌體(佚名3,無(wú)日期)。考慮到當(dāng)時(shí)磺胺類(lèi)藥物和抗生素還沒(méi)有被發(fā)明,于是噬菌體被用于疾病治療。1921年法國(guó)首先報(bào)道了第一例用噬菌體治療細(xì)菌疾病的病例(佚名2,無(wú)日期)。噬菌體被用來(lái)治療各種各樣的疾病。它們可以口服、涂于傷口、做成氣溶劑、注射或用于眼睛滴液。根據(jù)病原體的不同,據(jù)報(bào)道噬菌體治療的成功率可以達(dá)到75%-100%(佚名3,無(wú)日期,Kutter,1997)。事實(shí)上,在20世紀(jì)30年代的美國(guó),噬菌體產(chǎn)品已經(jīng)被只要公司生產(chǎn)并注冊(cè)銷(xiāo)售。

然而,在20世紀(jì)40年代,一種新的神奇的藥物(抗生素)被廣泛使用,所以在西方世界噬菌體或噬菌體治療被廣泛禁止(Kutter,1997)。然而,最近由于細(xì)菌對(duì)抗生素的抵抗力增加,因此研究者開(kāi)始重新審視噬菌體。

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總結(jié)
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噬菌體是智能感染細(xì)菌的病毒。由于噬菌體的特異性,它們被認(rèn)為是安全的,而且目前還沒(méi)有關(guān)于噬菌體感染植物、動(dòng)物或人類(lèi)細(xì)胞的報(bào)道。在東歐,噬菌體已經(jīng)被用來(lái)治療細(xì)菌疾病達(dá)80年之久。最近由于細(xì)菌對(duì)抗生素的抵抗力增加,因此促使研究者重新審視噬菌體。