[科普中國(guó)]-T2噬菌體

T2噬菌體是噬菌體的一個(gè)品系，屬于T系噬菌體。這是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒，具有蝌蚪狀外形，頭部呈正20面體，外殼由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部包裹DNA作為遺傳物質(zhì)。侵染寄主時(shí)，尾鞘收縮，頭部的DNA即通過(guò)中空的尾部注入細(xì)胞內(nèi)。進(jìn)而通過(guò)寄主體內(nèi)的物質(zhì)合成子代噬菌體。1

T2噬菌體是一種專(zhuān)門(mén)寄生在大腸桿菌內(nèi)的病毒，繁殖比較迅速。它的頭部和尾部的外殼都由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部含有DNA。噬菌體侵染大腸桿菌后，就會(huì)在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)來(lái)合成自身的組成成分，進(jìn)行大量增殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。2T2噬菌體為烈性噬菌體。3

20世紀(jì)40年代，在大腸桿菌T2噬菌體中首次發(fā)現(xiàn)了噬菌體的基因重組。31952年，赫爾希（Hershey）和蔡斯（Chase）等利用T2噬菌體侵染實(shí)驗(yàn)證明了遺傳物質(zhì)是DNA，但并沒(méi)有證明遺傳物質(zhì)不是蛋白質(zhì)。4

介紹T系噬菌體是一類(lèi)侵染大腸桿菌的病毒，共有7種。5英語(yǔ)字母T的意思是type，即類(lèi)型。1科學(xué)家給它們編號(hào)為T(mén)1-T7。但很偶然的發(fā)現(xiàn)T2、T4、T6型的噬菌體有一些共同的性質(zhì)和形態(tài)特征，而其它的四種和它們共同點(diǎn)要少一些。所以現(xiàn)在把前幾種叫做偶數(shù)噬菌體，而其它幾種叫做奇數(shù)噬菌體。5T2噬菌體屬于偶數(shù)系1。

形態(tài)結(jié)構(gòu)T2噬菌體外形呈蝌蚪形，具有多角形頭部和棒狀尾部。頭部由很多相同的蛋白質(zhì)亞單位構(gòu)成外殼，內(nèi)藏一條長(zhǎng)50納米的雙鏈DNA分子。復(fù)合尾部由尾管、尾鞘、基盤(pán)、尾釘和尾絲等部分構(gòu)成。6

T2噬菌體核酸分子量13 Mu，雙鏈DNA病毒，呈線狀，宿主細(xì)胞為大腸桿菌。7

化學(xué)組成T2噬菌體相對(duì)分子質(zhì)量1.3×108，核苷酸對(duì)數(shù)目2.0×105。8化學(xué)組成中約有60%的蛋白質(zhì)和40%的DNA。6

T2噬菌體幾乎只由蛋白質(zhì)和脫氧核糖核酸組成。對(duì)噬菌體蛋白質(zhì)做進(jìn)一步的分級(jí)分離尚少嘗試。但是由血清學(xué)的證據(jù)指出，至少存在有兩種不同的蛋白質(zhì)，其中一種是存在于噬菌體的頭部，另一種是在噬菌體的尾部。9

生活周期噬菌體生活周期，可以分為3個(gè)階段：感染階段、增殖階段和成熟階段。10

（1）感染階段

噬菌體侵染寄主細(xì)胞的第一步是“吸附”，即噬菌體的尾部附著在細(xì)菌的細(xì)胞壁上，然后進(jìn)行。侵入”。先通過(guò)溶菌酶的作用在細(xì)菌的細(xì)胞壁上打開(kāi)一個(gè)缺口，尾鞘像肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的作用一樣收縮，露出尾軸，伸入細(xì)胞壁內(nèi)，如同注射器的注射動(dòng)作，噬菌體只把頭部的DNA注重組的DNA入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，其蛋白質(zhì)外殼留在壁外，不參與增殖過(guò)程。10

（2）增殖階段

噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后，會(huì)引起一系列的變化）：細(xì)菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌體逐漸控制了細(xì)胞的代謝。噬菌體巧妙地利用寄主（細(xì)菌）細(xì)胞的“機(jī)器”，大量地復(fù)制子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，并形成完整的噬菌體顆粒。噬菌體的形成是借助于細(xì)菌細(xì)胞的代謝機(jī)構(gòu)，由本身的核酸物質(zhì)操縱的。據(jù)觀察，當(dāng)噬菌體侵入細(xì)菌細(xì)胞后，細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)里很快便充滿了DNA細(xì)絲，10min左右開(kāi)始出現(xiàn)完整的多角形頭部結(jié)構(gòu)。噬菌體成熟時(shí)，這些DNA高分子聚縮成多角體，頭部蛋白質(zhì)通過(guò)排列和結(jié)晶過(guò)程，把多角形DNA聚縮體包圍，然后頭部和尾部相互吻合，組裝成一個(gè)完整的子代噬菌體。10

（3）成熟階段

噬菌體成熟后，在潛伏后期，溶解寄主細(xì)胞壁的溶菌酶遂慚增加，促使細(xì)胞裂解，從而釋放出子代噬菌體。在光學(xué)顯微鏡下觀察培養(yǎng)的感染細(xì)胞，可以直接看到細(xì)胞的裂解現(xiàn)象。T2噬菌體在37 ℃下大約只需40 min 就可以產(chǎn)生100-300個(gè)子代噬菌體。子代噬菌體釋放出來(lái)后，又去侵染鄰近的細(xì)菌細(xì)胞，產(chǎn)生子二代噬菌體。10

基因重組1946年，德?tīng)柌紖慰? Delbruck，M. )和赫爾希( Hershey，A. )發(fā)現(xiàn)了噬菌體的遺傳重組。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種不同基因型的噬菌體顆粒同時(shí)感染一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞時(shí)，可發(fā)生遺傳重組，產(chǎn)生新的基因型的噬菌體。這種重組與真核生物的情況基本相似，是兩個(gè)完整的基因組通過(guò)配對(duì)和交換實(shí)現(xiàn)的，但也有不同：①被感染的細(xì)菌細(xì)胞中會(huì)存在很多同源的DNA分子，因而參與重組的DNA分子數(shù)在不同的細(xì)胞會(huì)不一樣；②并不是所有的染色體都能夠被包裝在成熟的噬菌體顆粒中，因而在從單個(gè)細(xì)胞獲得的溶菌產(chǎn)物中，交互重組子( reciprocal recombinant)并不總是以相同的頻率出現(xiàn)。11

T2噬菌體有許多突變型，最早發(fā)現(xiàn)的有快速溶菌(r)、寄主范圍(h)、小型噬菌斑(m)等突變型。h可以感染野生型細(xì)菌和抗T2細(xì)菌（用B/2表示），h+只能感染野生型大腸桿菌B品系；r-為快速溶菌突變型，能產(chǎn)生大噬菌斑，r+為遲緩溶菌，生成小的噬菌斑。當(dāng)h+r-（寄主范圍正常，但具速溶性狀）和h-r+（無(wú)速溶性狀，但寄主范圍擴(kuò)大）兩種噬菌體同時(shí)感染大腸桿菌B品系，然后把子代噬菌體接種在同時(shí)長(zhǎng)有大腸桿菌B和B/2兩種菌組成的混合菌平板上，結(jié)果出現(xiàn)4種不同的噬菌斑。在4種噬菌斑中，透明而小(h-r+)和半透明而大(h+r-)是親本組合，半透明而小(h+r+)和透明而大(h-r-)是重組類(lèi)型。3

根據(jù)重組噬菌斑數(shù)與總噬菌斑數(shù)之比，就能夠算出基因的重組率。通過(guò)T2噬菌體的不同品系的雜交試驗(yàn)，可以知道T2噬菌體的連鎖圖是環(huán)狀的。12

侵染實(shí)驗(yàn)T2噬菌體感染實(shí)驗(yàn)是證實(shí)核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。13

1952年，美國(guó)微生物學(xué)家Alfred Hershey和遺傳學(xué)家Martha Chase用T2噬菌體（一種侵染細(xì)菌的病毒）做了一系列的實(shí)驗(yàn)。4

他們將細(xì)菌分兩批培養(yǎng)，分別加入不同的放射性同位素。一個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)里加入只有蛋白質(zhì)合成才能利用的放射性同位素35S，另一個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)里加入只有DNA合成才能利用的放射性同位素32P。然后加入噬菌體到兩個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)里，這樣在兩個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)物里繁殖的噬菌體就有這樣的不同：一種噬菌體帶有同位素35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)外殼和沒(méi)有同位素標(biāo)記的DNA，另一種帶有沒(méi)有同位素標(biāo)記的蛋白質(zhì)外殼和有同位素32P標(biāo)記的DNA。然后他們用這兩種噬菌體去分別侵染細(xì)菌，之后用離心的方法收集純細(xì)菌。4

他們通過(guò)同位素檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，用帶有同位素35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼和無(wú)同位素標(biāo)記DNA的噬菌體侵染的細(xì)菌里沒(méi)有同位素35S，這說(shuō)明噬菌體的蛋白質(zhì)外殼在噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌。而且他們還發(fā)現(xiàn)在這個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)物里產(chǎn)生的噬菌體后代也沒(méi)有同位素35S。而用無(wú)同位素標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼和有同位素32P標(biāo)記DNA的噬菌體侵染的細(xì)菌里發(fā)現(xiàn)有同位素32P，而且這個(gè)培養(yǎng)物產(chǎn)生的噬菌體后代也有同位素32P。4

這一系列的實(shí)驗(yàn)證明了噬菌體在侵染細(xì)菌時(shí)，蛋白質(zhì)外殼并沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌，而是DNA進(jìn)入了細(xì)菌，而且只需要DNA就可以在細(xì)菌里繁殖出新的噬菌體。這就證明了DNA才是控制遺傳性狀從一代傳到另一代的物質(zhì)。4

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本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)