细菌群体感应系统与噬菌体的相互作用机制研究进展

细菌在与噬菌体的长期共进化过程中形成多种抵抗噬菌体侵染的机制,其中群体感应参与的细菌抵御噬菌体侵染机制成为近年来的研究热点。群体感应与噬菌体之间的相互作用是复杂和多样的,本文将重点综述群体感应在噬菌体侵染中的作用、调控在噬菌体裂解-溶源转变的作用,以及群体感应与噬菌体的其他相互影响等内容,为噬菌体在细菌性疾病的治疗提供理论依据。     

细菌与噬菌体相互抵抗机制研究进展

噬菌体作为一种侵染细菌的病毒,能够特异性识别宿主细菌。近年来,抗生素的过度使用导致耐药细菌的出现,噬菌体有望成为对抗耐药细菌的新武器。在细菌与噬菌体长期共进化过程中,二者都演化出一系列抵御策略。本文从抑制噬菌体吸附、阻止噬菌体DNA进入、切割噬菌体基因组、流产感染以及群体感应对噬菌体的调控等方面,对细菌抵抗噬菌体的机制以及噬菌体应对细菌的策略进行了综述,同时还列举了细菌和噬菌体相互抵抗机制的检测方法,以期为噬菌体在细菌控制中的应用以及探究细菌抵抗噬菌体的机制提供理论依据。     

疑难问题解答一例

问:在噬菌体侵染细菌的实验中,怎样知道进入细菌细胞的是噬菌体的DNA而不是蛋白质呢?答:噬菌体是有蛋白质的外壳包裹着DNA的简单结构.它侵染细菌时,进入细胞的是DNA还是蛋白质呢?美国科学家赫尔希(Hersher)和蔡斯(Chase)在1952年做了如下的实验回答了这个问题.他首先将噬菌体培养在含有用~(32)P同位素标记的磷酸盐培养基上,结果DNA被~(32)P标记.而蛋白质一般只是由C、H、O、N、S元素组成,而不含P,故蛋白质不会被标记.他又将噬菌体放在含有~(35)S同位素标记的硫酸盐培养基里培养,结果噬菌体的蛋白质被~(35)S标记上.而DNA没有被标记.     

细菌毒素-抗毒素系统在噬菌体流产感染中的作用北大核心CSCD

细菌常受到数量众多的噬菌体感染,宿主细菌在和噬菌体竞赛中进化出多样化的分子策略,流产感染(abortive infection,Abi)是其中之一。毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)会在细菌受到压力胁迫时表达并介导细菌的低代谢甚至休眠,还能直接减少子代噬菌体形成。此外,部分毒素序列和结构与Cas蛋白高度同源,噬菌体甚至会编码抗毒素类似物来阻遏对应毒素的活性。这表明流产感染中细菌死亡过程导致的噬菌体感染失败与TA功能高度重合,TA可能是噬菌体侵染宿主的主要阻力和防御力量之一。文中基于TA系统的分类和功能,对参与噬菌体流产感染的TA系统进行了综述,并预测具有流产功能的TA系统和其在抗生素开发和疾病治疗中的应用前景。这有助于认识细菌-噬菌体相互作用,并指导噬菌体治疗和合成生物学。     

关于噬菌体侵染细菌实验的教学策略探析

证明DNA是遗传物质的实验有两个,这两个实验都是高中阶段生物课程教学中非常重要的实验,一个是肺炎双球菌的转化实验,另外一个就是噬菌体侵染细菌实验,其中噬菌体侵染细菌实验探讨的难度相对较大。通过本文,笔者将结合自身教学经验,对该实验的教学策略进行探讨。     

裂解或溶源-细菌遭遇噬菌体后的命运抉择

噬菌体是地球上数量最丰富的有机体,其在自然生态系统的塑造和细菌进化驱动中发挥着至关重要的作用。在与宿主的相互斗争中,噬菌体可以选择以下2种方式决定其与宿主的命运:(1)裂解:通过裂解宿主细胞最终大量释放噬菌体颗粒;(2)溶源:将其染色体整合到宿主细胞基因组中,与宿主建立一种潜在的互存关系。对于一些温和的噬菌体,这种倾向进一步受到感染多样性的调节,其中单一感染主要是裂解性的,而多重感染则多是溶源性的。溶源性的噬菌体不仅可以根据外界环境的理化因子,还可以通过细菌自身的群体感应系统来启动裂解-溶源开关,进而决定其宿主菌的命运。与此同时,宿主细菌在与噬菌体长时间的斗争中也进化出了针对噬菌体的手段。总而言之,噬菌体深刻影响着细菌的群落动态、基因组进化和生态系统等,而这一切都取决于噬菌体与宿主间的斗争模式(裂解/溶源性感染)。本文探讨了导致温和噬菌体对宿主菌进行裂解-溶源命运抉择的影响因素并系统性总结了细菌在面对噬菌体侵染时的应对策略的最新研究进展,以期能为噬菌体与宿主的研究提供建议和帮助。     

噬菌体吸附及受体结合蛋白(RBP)的研究进展与应用

噬菌体通过受体结合蛋白(Receptor binding protein,RBP)结合到细菌表面,其过程需要复杂的原子结构的参与和构象改变.针对噬菌体侵染,细菌发展了多种抗性机制,同时,噬菌体也进化出多种逃逸宿主抗性的机制.对噬菌体与细菌间"吸附-抗吸附-逃逸过程"的探索有助于我们理解噬菌体与细菌共进化的过程,对科学发...     

侵染3株模式豆科根瘤菌的噬菌体生物学特性

豆科作物根瘤菌被噬菌体浸染后,在一定程度上会引起根瘤菌数目和结瘤量的降低,进而导致共生固氮作用弱化和作物产量的显著下降.然而,目前关于根瘤菌噬菌体的相关研究报道较少.本研究以3株模式根瘤菌,即慢生型大豆根瘤菌、中华大豆根瘤菌和中华苜蓿根瘤菌为宿主,于黑土农田土壤中采用双层平板培养法从每个宿主细菌分离3株噬菌体,共分离获得9株根瘤菌噬菌体,对其形态结构及生物学特征进行综合分析.结果表明:侵染苜蓿根瘤菌噬菌体(SMM)和慢生型根瘤菌噬菌体(BDM)属于肌尾噬菌体科,而侵染中华根瘤菌噬菌体(SSS)隶属于长尾噬菌体科.9株噬菌体的最佳感染复数均在0.001~1.0的变化范围内.一步生长曲线结果显示,BDM的潜伏期和爆发期明显长于SMM和SSS,但获得的裂解量最小.根瘤菌噬菌体在30~40℃和中性pH条件下侵染活性最大.对比发现,侵染同一宿主的噬菌体生物学特征虽存在一定差异,但分异度远小于不同宿主噬菌体间的差异.     

结核分枝杆菌限制修饰系统的研究进展

结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)是引起结核病的病原菌,其自身进化所产生的特异性和非特异性免疫机制能够抵御外来DNA(如噬菌体)的入侵,其中细菌自身的限制修饰系统(restriction-modification system,R-M系统)则是阻碍噬菌体侵染的重要原因.细菌的R...     

噬菌体侵染细菌实验的教学设计

噬菌体侵染细菌实验应该是一个探究性实验,但有不少教师将它处理了验证性实验.指出了该实验教学中存在的误区,并提出相关建议和教学设计.     

庆丰链霉菌细菌素

本文报道了庆丰链霉菌斜面培养物上出现的空斑,排除了由于噬菌体污染而引致的可能性：发现和证实可不经诱导而自发产生的细菌素物质,并能对该菌本身产生抑制生长;斜面上出现的空斑与这种细菌素产生的关系进行了探讨;对于放线菌中确定细菌素的问题进行了讨论。     

宿主菌抗噬菌体机制的研究进展

噬菌体又称细菌病毒,是公认最丰富的微生物,也是最多样性的,这种多样性是适应所面对选择性压力例如普遍存在宿主菌的噬菌体抗性机制。噬菌体通过6步(吸附、注入、复制、转录翻译、组装和释放)侵入细菌并使之裂解,但是当噬菌体感染细菌,就会面临细菌抗噬菌体的机制,宿主菌能够进化出多种抗噬菌体的机制来避免噬菌体的侵染和裂解。本文就对宿主菌抗噬菌体各种机制作一综述。     

基于智能计算噬菌体的细菌宿主范围预测

针对噬菌体的细菌宿主范围预测对于深入理解噬菌体及将其作为抗生素替代用于生物疗法具有重要意义。传统生物实验方法确定噬菌体的细菌宿主范围受到极有限的噬菌体可培养性和严苛的培养条件限制,而高通量测序技术所提供的海量基因组或宏基因组序列提供了噬菌体及细菌重要的序列信息,因此智能计算为预测噬菌体的细菌宿主范围提供了可行方法。本文从智能计算的角度对噬菌体的细菌宿主范围预测研究进行系统梳理,从噬菌体感染细菌的过程入手,描述配对预测模型所依赖的特征及其生物合理性,归纳宿主范围预测的智能模型、建模原理及预测策略,总结建模训练和评估所依赖的参考数据集与真实数据及评价指标。本文特别注意挖掘和分析各信息手段、模型、方法其背后的生物合理性及其依赖的生物机理。本综述期望推动基于智能算法的噬菌体的细菌宿主范围预测研究发展,并探索将生物先验结合人工智能实现噬菌体侵袭细菌宿主的本质机理推断,同时也为基于噬菌体的临床应用提供参考与借鉴。     

“噬菌体侵染细菌的实验”的分析与教学建议

从研究背景、实验的难题、科学方法、教育价值等方面,对“噬菌体侵染细菌的实验”进行了较为深入的分析．并给出了相应的教学建议。     

改变寄主细菌长期增殖的噬菌体某些特性的研究

噬菌体在异种寄主细菌增殖后的情况,还缺乏研究。我们选择鼠疫噬菌体和假结核噬菌体在相互寄主细菌内进行增殖,并研究其生物学特性的变化情况。材料和方法(一)菌种     

不同施肥处理农田土壤中噬菌体与细菌携带抗生素抗性基因的比较北大核心CSCD

为了揭示有机肥和化肥长期施用对农田土壤噬菌体携带的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)多样性和丰度的影响,并与土壤细菌携带的ARGs进行对比,本文将土壤抗生素抗性分为细菌和噬菌体两个部分,利用微滴数字PCR(droplet digital PCR,ddPCR)技术定量分析了土壤噬菌体和细菌DNA中25种ARGs亚型和I类整合子(intl1)的丰度。结果表明,土壤噬菌体中ARGs的检出率和总丰度以及intl1丰度均低于土壤细菌,其中噬菌体中检测到20种ARGs亚型,在不施肥、单施化肥和单施有机肥土壤的噬菌体中,目标ARGs的检出率分别为68%、72%和76%。土壤噬菌体中ARGs的总丰度在有机肥施用土壤中显著高于不施肥和化肥施用土壤(P<0.05),其中多耐药类、大环内酯-林肯酰胺-链阳性菌素B(MLSB)类和β-内酰胺类抗性基因丰度占显著优势。除了β-内酰胺类抗性基因blaTEM,噬菌体中其他ARGs亚型的丰度均显著低于细菌(P<0.05)。噬菌体与细菌携带ARGs在不同施肥处理中均存在显著正相关(P<0.05)。冗余分析结果显示,施肥可能通过改变土壤pH、重金属和营养因子水平来影响细菌和噬菌体中ARGs的赋存特征。本研究结果表明,噬菌体是除细菌之外的农田土壤另一个重要ARGs储存库,施用有机肥能同时显著提高土壤细菌和噬菌体中ARGs的多样性和丰度。     

高盐环境可培养细菌噬菌体的研究进展

病毒广泛存在于各类环境中并担负着重要的生态功能,其中包括高盐环境。对高盐环境病毒的研究已成为极端环境微生物研究领域的新热点,目前已被报道的100多株盐病毒中,90多株感染古菌,仅有14株感染细菌。本文综述了目前已知的14株高盐环境细菌噬菌体的形态特征、盐度响应及基因组学的研究进展,并分析了高盐噬菌体的形态多样性、生存策略以及包含在基因组中的进化和起源信息,分析结果表明:高盐噬菌体以有尾噬菌体为主;它们具有广盐性(Euryhaline)的特征,盐度极大地影响其吸附和增殖;它们与非高盐环境噬菌体可能具有共同的起源。高盐噬菌体虽然历经近30年的研究历程,但仅有14株被分离与培养,所以其分离纯化是今后重要工作之一,且结合免培养技术揭示高盐噬菌体的多样性与生态功能是其研究的发展方向。     

解析细菌免疫系统

在细菌与噬菌体之间的生存斗争中,细菌面临噬菌体的威胁,进化了多种免疫机制。在这些免疫机制中,有的采用被动适应,有的采用主动防御的策略,阻止噬菌体DNA进入细胞,裂解侵入的DNA,或以宿主细胞死亡的方式,阻止噬菌体的扩散。各种机制的相互配合,在细菌细胞中构成了一个有效的免疫系统。本文在综述细菌免疫系统最新研究进展基础上,重点分析讨论了细菌免疫系统的作用模式,以及细菌免疫系统与噬菌体之间的进化关系。     

防止发酵细菌受噬菌体污染

有些运载体携带着保护发酵细菌不受噬菌体污染的基因,这些基因编码诸如溶血嗜血菌(Haemophilus haemolyticus)Hhall系统之类的细菌限制——修饰性的序列。它们产生限制性内切酶在限制性位点上消化噬菌体的DNA。     

霍乱弧菌VPIФ/CTXФ/TCP体系:噬菌体-噬菌体-细菌多元作用

霍乱由霍乱弧菌(Vibrio cholerae)菌株感染人体所引起,可导致重度脱水性腹泻,死亡率高.霍乱弧菌存在于水生环境中,人类因食用被污染的水或食物而受到感染,暴发流行.VPIФ/CTXФ/TCP体系是决定该菌侵染力和毒力的关键,它集中体现了有关噬菌体——噬菌体——宿主细菌多元作用,阐释其分子机制是目前十分活跃的研究领域[1,2].作为典型示例,这个体系突出了噬菌体介导的病原细菌毒力溶源转变、毒力基因水平转移和进化等同题[3],开创了在分子水平上研究流行病学、预防医学的新领域[4-6].