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噬菌体的生长,繁殖和污染

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-06-11 1:05:09 * 浏览: 0
鲜集网络生物技术频道新闻:噬菌体(噬菌体)是一种侵入细菌(包括放线菌)的病毒,也称为细菌病毒(bacterialvirus)。它具有其他病毒的共同特征:个体小,可以通过灭菌过滤器,没有细胞结构,并且具有非常特殊的寄生性。它是一种非细胞生物。它的结构主要由蛋白质和核酸(DNA或RNA)组成。它在自然界中广泛分布,可以存在于土壤,空气,水或生物中。根据噬菌体和宿主细胞之间的关系,它们可以分为两种类型:有毒噬菌体和温带噬菌体。前者改变宿主的性质并大量产生新的噬菌体,最终导致细菌的裂解和死亡,后者可因不同的生长条件而导致宿主细胞的裂解和死亡,并可以整合宿主细胞。核酸进入细菌的染色体,使细菌细胞继续生长和繁殖,并发生溶菌作用。噬菌体的危害主要存在于发酵工业中,例如乳制品,酶制剂,氨基酸,有机溶剂,抗生素,微生物农药和细菌肥料的生产。因为它的个体比细菌小数百倍,所以它可以附着在灰尘上并随风飘动,因此可以长时间传播并传播到一定范围,并且可以远离宿主生存。它可以在宿主细胞中快速大量繁殖子代噬菌体。例如,在约十分钟至一个小时内,细胞在被噬菌体感染后可感染数十至数百个子代噬菌体。一旦发生噬菌体污染,将导致异常的发酵和倾倒,对工业生产造成严重损失。由于噬菌体的结构比细菌和更高的细胞简单,因此被广泛用于复制,转录和调控机制的研究。 λ噬菌体以原噬菌体的形式存在于大肠杆菌K12菌株中,并且可以通过紫外线诱导释放λ噬菌体,并且可以感染失去λ噬菌体的大肠杆菌菌株。 λ噬菌体可以在大肠杆菌的裂解物中生长或整合到宿主染色体中进行复制。可以将λ-DNA体外包装到病毒颗粒中以有效感染大肠杆菌,可以将25kb长的外来DNA插入λ-DNA并引入受体细胞,此外,重组λ-DNA更易于筛选和保存,因此它通常用作分子克隆载体。 1.噬菌体的形态和结构在形态上可分为六类,其中第1、2和3组的头和尾呈t形:第4和5组无尾且略呈球形。组6是纤维噬菌体,其是稍微弯曲的丝。目前,我国谷氨酸发酵中发现的噬菌体均为t状。感染棒状杆菌的噬菌体具有头和尾,该头明显为六边形,并且头的大小约为55 nm。它是一种非收缩的尾巴噬菌体,尾巴呈棒状或弯曲状,长约193nm×12nm。在尾巴的末端,可以看到六个不同的尖峰,其中三个在一个平面上,另外三个在另一个平面上。这两个平面彼此平行并垂直于尾部。六个尖峰在垂直投影表面上形成六个角度。 T奇数噬菌体种类很多,据报道有四种噬菌体可感染北京棒状杆菌。这四个噬菌体是A2,A3,A133和A155。 A133是收缩性尾巴,A2,A3和A155是非收缩性尾巴。尚未报道这四个噬菌体的尾巴。噬菌体的化学成分主要是核酸和蛋白质,它们占颗粒重量的90%以上,其中核酸占40%至50%。大多数噬菌体核酸是单链或双链DNA,但是在过去的十年中,他们发现许多噬菌体中包含的核酸是RNA。噬菌体的外壳由蛋白质组成。 2.噬菌体的生长和繁殖噬菌体的生长和繁殖过程包括五个步骤,即吸附,注射,复制,成熟和释放(图2-127)。 (1)Adsorption是噬菌体的吸附器官(尾丝,底物和尖峰)与敏感宿主细胞的特殊部位的接触(图2-128)。尾线首先接触宿主细胞的表面,然后固定基底和棘突。一般而言,噬菌体对宿主非常特异性。例如,产生谷氨酸的北京棒状杆菌噬菌体严格限于感染北京棒状杆菌。但是某些噬菌体也可以感染相似物种或属的菌株,例如产生四环素的细菌的噬菌体。敏感细胞无法吸附在整个细胞中的任何位置,它们必须位于特殊的位置,而大肠杆菌的位置也取决于噬菌体。噬菌体T3,T4和T7的特异性位点是脂多糖层,T2和T6是脂蛋白,雄性特异性噬菌体是F +细胞的纤毛。当然,被噬菌体吸附的宿主细胞的特异性和特异性位点是不同的,并且程度是不同的。 (2)侵入和吸附后,尾丝收缩,开始感染过程,尾鞘开始收缩,抵抗T型噬菌体。结果,不仅尾浆被插入细胞壁,而且DNA也像注射一样被注入细胞。蛋白质的外壳仍在壁的外面,而线性噬菌体则全部进入宿主细胞。从吸附到侵入的时间非常短,例如T4仅需15s。 (3)噬菌体一旦侵入,即开始增殖,即核酸复制和蛋白质合成。首先,将宿主RNA聚合酶用于转录,然后噬菌体mRNA由宿主的蛋白质合成系统翻译,从而形成一系列新的早期蛋白质。在T类噬菌体中,早期蛋白质包括一种新的DNA聚合酶,一种分解宿主DNA的核酸酶,5-羟甲基胞嘧啶及其ATP合成所需的酶以及转录形成蛋白质后期蛋白质基因所需的基因。然后开始噬菌体核酸的复制。在含有双链DNA的噬菌体中,复制过程类似于正常的DNA复制。在含有单链DNA(例如ΦX174)的噬菌体中,合成互补的DNA形成双链DNA,然后将其用作合成RNA和子代DNA的模板。第二步是后来的蛋白质开始出现。在T型噬菌体中,合成的晚期蛋白质是噬菌体的头和尾成分以及噬菌体的溶菌酶的亚基。该酶分解宿主细胞壁的肽聚糖。 (4)成熟当所有噬菌体结构成分合成完成后,开始成熟过程(即“组装”)。在T4中,需要约30种不同的蛋白质来组装成熟的噬菌体,并至少具有47种基因功能。该过程始于DNA的缩合,将头的亚基组装到头中,并且尾丝和尾丝也分开组成。然后从头到尾按顺序进行自组装,最后安装尾丝以形成完整的噬菌体(图2-130)。 (5)噬菌体繁殖释放的最后阶段是裂解以释放子代噬菌体。被T型噬菌体感染的细胞的裂解涉及两个或多个基因的作用,至少一个作用于细胞膜,另一个具有溶菌酶分解壁上肽聚糖的作用。线性噬菌体不会裂解宿主细胞,而宿主细胞可能会被挤压出细胞壁。每个噬菌体侵入敏感细胞,每个细胞可以组装和释放的噬菌体数量称为裂解量。它是相对固定的。例如,T4为100,ΦX174为1000,f2为10000,T2为200,产生谷氨酸的细菌的噬菌体为50-150。图2-131是噬菌体的单步生长曲线,它是定量描述有效噬菌体生长规律的实验曲线。在实验中,必须使用噬菌体感染高浓度的宿主细胞,以确保每个细胞最多吸收一个噬菌体。由于许多宿主细胞的裂解无法同步,因此释放时间更长。 (6)噬菌体滴度的确定此处的滴度是指每毫升中所含的传染性噬菌体数。样品的称量,也称为噬斑形成单位。确定效能的方法通常在双层方法中使用。倒入2%琼脂下层后,将1%琼脂上层培养基与敏感的宿主细胞和噬菌体样品稀释液混合以固化,并在37℃孵育10个小时以上,皿表面会出现一定的形状和大小以及斑块的透明度。噬菌体首先感染细胞,然后以此为起点重复感染大量周围细胞,从而形成可观察到的噬菌斑。已知直径为2mm的噬菌斑包含107至109个噬菌体。 3.噬菌体的生活史噬菌体有两种类型。大多数噬菌体都很有效,例如T4,T7,ΦX174等。它们在生长周期结束时杀死细胞,其过程类似于整个生长和繁殖过程。但是,自然界中还有另一种噬菌体,称为轻度噬菌体。当轻度噬菌体感染敏感的细菌菌株时,根据各种遗传和生理条件,有两种可能的行为,即某些细胞被噬菌体增殖所裂解,而另一些则被裂解。轻度噬菌体侵入宿主细胞后,前者的基因组整合到后者的DNA中,并与宿主细胞复制同步复制。不引起宿主细胞溶解的现象称为“溶原化”。可以引起溶菌原性的噬菌体被称为轻度噬菌体,已经整合到宿主DNA中的噬菌体被称为“噬菌体”,此时的宿主被称为“溶原菌”(lysogenicbacteria)。它以“噬菌体”的形式嵌入宿主的DNA中,并可以与宿主一起繁殖以继续通过。 “和平共处”通常不会引起细胞裂解。命名裂解的菌株的方法是在菌株名称之后添加括号,并且它们携带的噬菌体名称在括号中。如大肠杆菌(λ),λ是大肠杆菌菌株携带的原噬菌体。像菌株的其他遗传特征一样,溶原性通常是菌株的非常稳定的特征。因此,在大多数溶原菌的细菌细胞群中,只有极少数的溶原菌会丢失其噬菌体,丢失的原因尚不清楚。诱导后,溶原细胞也可以变为“强”状态,也就是说,它们还可以复制和溶解宿主细胞并释放正常的传染性噬菌体。另外,溶原菌显示出对相同噬菌体或与其密切相关的噬菌体的免疫力,即,它不再能被相同噬菌体裂解或溶菌。但是免疫力不同于细菌对噬菌体的抵抗力。耐药性是由于细胞表面受体位点结构的改变所致,因此噬菌体无法被吸附。只要溶菌细菌在固体培养基上划线,溶菌细菌就很容易识别,当穿过对噬菌体敏感的菌株时,沿溶菌细菌的边界可以看到狭窄的裂解区。当溶源性细菌受到强力因素处理时,它们也很容易转化为强效细菌。另外,许多菌株可以被几种不同的噬菌体裂解。 4.噬菌体的分离和检查噬菌体具有非常特殊的寄生性,它只能在特定的宿主细胞中增殖。另外,噬菌体缺乏独立代谢的酶系统,不能独立于宿主繁殖。因此,噬菌体的繁殖必须取决于宿主细胞的繁殖,该宿主细胞只能在处于繁殖阶段的活细胞中繁殖,并且只能在死亡,衰老,休眠的细胞或代谢产物或培养基中繁殖。 。因此,必须使用特殊方法来分离和检查噬菌体。 (1)分离方法1.分离样品的制备1)当分离源为液体时,可以进行一次离心分离,即以10000r / min的速度分离10分钟以去除杂质,然后进行分离。上清液用作分离样品。 2)对于土壤等固体物质,可以先将1到2克固体悬浮在5到10毫升的介质中,然后将离心上清液作为样品。