细菌的噬菌体感染抗性机制

噬菌体广泛存在于生态环境中。细菌在与噬菌体长期的共进化过程中,衍化出了多种针对噬茵体感染的抗性机制。我们从宿主菌的抑制吸附、阻止噬菌体DNA注入、切断噬菌体DNA和影响其功能及流产感染等方面,对宿主菌抵抗噬菌体感染的机制进行了综述。     

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。     

铜绿假单胞菌噬菌体K5中DNA聚合酶等基因在宿主中的表达

本研究分析了铜绿假单胞菌噬菌体K5基因在宿主中的表达及其影响因素. 通过测定融合报告基因dnaP-lacZ、capP-lacZ、bapP-lacZ和rdr-lacZ编码的β 半乳糖苷酶活力,分析了噬菌体K5相关基因的表达水平,发现噬菌体K5的不同基因在宿主细胞内表达水平存在较大差异,其中噬菌体K5的DNA聚合酶基因dnaP的表达水平最高,而主要衣壳蛋白基因capP的表达水平最低. 加入噬菌体后,除二磷酸核糖核苷酸还原酶基因rnr外,其它基因的表达水平均有明显提高,说明噬菌体自身因子能够调控噬菌体部分基因在宿主细胞中的表达. 进一步分析显示,噬菌体基因在对数生长前期细胞中的表达水平显著高于平衡期. 同时,噬菌体感染对数生长前期的宿主菌,其释放量为12.8 PFU/感染中心,是平衡期释放量的9.2倍. 噬菌体以对数生长期宿主为指示菌时噬菌体的滴度为4.7×108 PFU/mL,而以平衡期宿主菌为指示菌噬菌体K5滴度仅能达到2.5×104 PFU/mL,噬菌体K5的裂解能力显著降低. 这些结果对研究噬菌体与宿主细胞的相互作用机制具有重要作用.     

一株铅黄肠球菌噬菌体的生物学特性和全基因组分析

【目的】铅黄肠球菌是医源感染的机会致病菌,可引起危及生命的败血症、脑膜炎等,但针对其噬菌体的研究尚属空白。噬菌体作为细菌病毒,具有宿主特异性。本研究首次分离到可培养的铅黄肠球菌烈性噬菌体,对其基因组序列的分析和其他特征研究为进一步探讨噬菌体与宿主的作用机制及治疗应用提供参考。【方法】噬菌体Ecf_virus_SZ01以健康人粪便中分离的铅黄肠球菌(DO55)作为宿主菌,分离自深圳市南山区未经处理的生活污水样本,利用透射电镜观察噬菌体形态并对其生物学特征和基因组特点进行研究。【结果】透射电镜显示,噬菌体Ecf_virus_SZ01头部直径约为106 nm,尾部直径约为150 nm,尾长且无伸缩性尾鞘,属长尾噬菌体科;该噬菌体的最佳感染复数为0.01;一步生长曲线显示,潜伏期约为30 min,每个受感染细胞产生子代的平均数量为50 PFU/cell;抑菌曲线显示MOI=0.01时对宿主菌具有很好的抑制效果;宿主特异性强,不能实现跨属侵染;测序结果显示其基因组为dsDNA,长度为59 409 bp,GC含量为43.2%;该噬菌体共有102个开放阅读框,BLASTn比对显示该噬菌体与NCBI数据库中其他噬菌体相似性极低。【结论】首次分离到宿主为铅黄肠球菌的噬菌体,具有潜伏期短、裂解能力强、宿主专一的特征,基因组与数据库中现有噬菌体相比十分新颖,并对其生物学特性和基因组进行了分析。     

黄芩素对副溶血弧菌噬菌体裂解宿主的影响研究

论文以副溶血弧菌噬菌体为研究对象,通过研究黄芩素对副溶血弧菌噬菌体裂解宿主的影响来反映黄芩素的抗病毒效果,同时还研究了将黄芩素制备成环糊精包合物后对副溶血弧菌噬菌体裂解其宿主作用的影响。结果表明,黄芩素及其环糊精包合物均抑制了副溶血弧菌噬菌体对其宿主的裂解,且抑制作用均与它们的浓度与作用时间（一定时间范围内）成正相关;将黄芩素制备成环糊精包合物后有利于黄芩素对副溶血弧菌噬菌体裂解抑制作用的增强,在相同浓度下,黄芩素环糊精包合物对副溶血弧菌噬菌体作用60 min就能完全抑制了副溶血弧菌噬菌体对其宿主的裂解作用,而黄芩素则需要120 min。可见,利用副溶血弧菌噬菌体对其宿主的裂解作用来研究一些药效成分的抗病毒作用是一种简单、方便、成本较低的有效方法。     

噬菌体ΦEc-SL25对大肠埃希菌临床分离株裂解作用的研究

目的分离鉴定大肠埃希菌噬菌体并分析其裂解特性,为噬菌体疗法应用于大肠埃希菌感染提供实验依据。方法采用双层琼脂噬斑法从污水中分离噬菌体,通过透射电镜观察噬菌体的形态学特征,利用限制性酶切图谱初步分析噬菌体的基因组,测定噬菌体对宿主菌的最佳感染复数和一步生长曲线,分析噬菌体对宿主菌的裂解谱,观察噬菌体在不同的pH及温度下对宿主菌的裂解特性,SDS-PAGE分析噬菌体的主要和次要蛋白。结果通过噬斑法从污水中分离出1株能裂解大肠埃希菌的噬菌体,命名为ΦEc-SL25;电镜显示,噬菌体ΦEc-SL25的形态特征符合有尾病毒目、管尾病毒科噬菌体;ΦEc-SL25的最佳感染复数为0.01;一步生长曲线表明,噬菌体ΦEc-SL25的潜伏期为5 min,爆发期为10 min;ΦEc-SL25对26株大肠埃希菌的裂解率可达30.8%;在温度70℃20min时以及在pH 4~10的范围内,噬菌体ΦEc-SL25仍保持其裂解活性;蛋白电泳可观察到2条主要蛋白带和至少3条次要蛋白。结论噬菌体ΦEc-SL25是一种潜伏期短、裂解较性强的毒性噬菌体,可用于开发针对大肠埃希菌感染的生物制剂。     

宿主菌富集空肠弯曲菌噬菌体培养条件的优化

【背景】开发噬菌体产品是一种防控空肠弯曲菌有潜力的策略,但是面临噬菌体分离的挑战。【目的】运用响应面法对宿主菌富集空肠弯曲菌噬菌体的培养条件进行优化。【方法】通过单因素试验分析培养基、培养温度、培养转速、离子添加剂对噬菌体富集效果的影响,以噬菌体回收率为评价指标,采用响应面法优化了空肠弯曲菌噬菌体的富集培养条件。【结果】在37℃条件下进行静置培养时,噬菌体富集培养效果最佳,回收率为354.12%。分离噬菌体的过程包括采样并制备滤液、宿主菌与样品滤液共培养及噬菌体分离与鉴定等环节。应用此方法从鸡粪便中分离空肠弯曲菌噬菌体,与传统的单斑法相比,噬菌体分离率提高了269.23%。【结论】研究优化的宿主菌富集噬菌体培养方法可提高空肠弯曲菌噬菌体的分离效率,为噬菌体的研究提供思路。     

短尾噬菌体识别宿主机制的研究进展

噬菌体可以作为抗生素的替代物,用于致病菌的防控和治疗。有尾噬菌体是最常见的噬菌体类型,可以根据尾部形态的不同分为短尾噬菌体、肌尾噬菌体和长尾噬菌体3类。不同噬菌体间不仅具有明显的形态差异,其对宿主细菌的识别机制也不相同。短尾噬菌体由于其较小的基因组长度和相对简单的结构组成,成为研究宿主与噬菌体的共进化关系、以及通过基因工程改造噬菌体的良好模型。本文综述了短尾噬菌体的分类特征及不同短尾噬菌体识别宿主受体的分子机制。通过明确短尾噬菌体的识别宿主机制,有助于对相应噬菌体进行工程化改造,解决噬菌体应用中存在的关键问题,使噬菌体更广泛地应用于生物、医学与食品工业等领域中。     

前噬菌体研究进展

噬菌体是地球上最多的生物实体,一直被认为是细菌的天敌。然而随着基因组学和分子生物学等技术的快速发展,人们发现噬菌体与宿主之间存在微妙而复杂的关系。前噬菌体是指溶原性细菌内存在的整套噬菌体DNA基因组,广泛分布在细菌基因组中,对调节细菌宿主生理具有重要作用,如参与调节宿主的毒力、影响生物膜形成、赋予宿主免疫力等。有趣的是,前噬菌体可以通过"监听"细菌的群体感应来调节自身的溶原–裂解状态。近年来,一些细菌中由前噬菌体编码的抗CRISPR蛋白的发现引起了人们对前噬菌体研究的关注。因此,对前噬菌体的研究可以为改造宿主和前噬菌体提供基础理论参考。本文对前噬菌体的预测、分布、分类及功能进行了综述,以期为进一步研究噬菌体与宿主间的关系提供基础。     

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.     

前噬菌体

随着微生物基因组测序工作的广泛展开,前噬菌体在宿主菌基因组中普遍存在的事实已逐渐为人们所接受.相关研究工作的深入揭示前噬菌体并不只是细菌体内一个简单的寄生体,相反是细菌生理活动相当活跃的参与者,在宿主菌生命活动中发挥着重要的作用.对前噬菌体的深入了解将丰富人们对多种生命现象的认识.本文即是关于前噬菌体的分类、分布、鉴定、进化及其与宿主菌相互作用等知识点的一个简单综述.     

一株枯草芽孢杆菌噬菌体的生物学特性分析及抗性菌株的诱变筛选

枯草芽孢杆菌工业生产发酵过程中经常出现噬菌体污染的问题,分离筛选以枯草芽孢杆菌为宿主菌的噬菌体,分析其生物学特性并采用自发突变方法筛选噬菌体抗性菌株。以枯草芽孢杆菌KC-260为宿主菌,从车间异常发酵液中分离纯化得到一株噬菌体,将其命名为P260,富集培养后测定效价,对其热稳定性、最佳感染复数、宿主范围、抑制剂和消毒剂耐受性等生物学特性进行了研究。为防治噬菌体P260的污染,利用自发突变的方法筛选对噬菌体P260有抗性的枯草芽孢杆菌突变菌。结果显示,分离纯化得到一株效价为3.45×1010 PFU/m L的噬菌体P260,该噬菌体具有一定的宿主专一性,对凝结芽孢杆菌和短小芽孢杆菌不敏感。噬菌体P260在高温条件下很容易失活,不耐热,70℃处理15 min存活率下降极为明显;25 mg/L的Cl O2对P260有极强的杀灭作用;0.5%的草酸铵和柠檬酸铵对该噬菌体有一定的抑制作用。P260感染宿主菌的最佳感染复数为0.01,增殖的潜伏期为15 min,45 min进入裂解期。通过自发突变的方法获得了抗噬菌体菌株ZF-260,发酵过程中添加噬菌体后ZF-260的生长不受影响,说明ZF-260是一株可以抗噬菌体P260的优良菌株。研究了噬菌体P260的生物学特性,获得了遗传稳定且活菌数高的抗性菌株ZF-260。     

一株假单胞菌属低温噬菌体的分离及其特性研究

目的从纳帕海湿地土样中分离和培养低温菌及其噬菌体,并对其特性进行研究。方法分离纯化低温宿主菌,采用"双层平板法"分离获得噬菌体,通过16S rRNA基因分析对宿主菌进行初步鉴定,对噬菌体进行电镜形态观察,并进行噬菌体基因组酶切片段长度多态性分析及噬菌体生理特性研究。结果从纳帕海土样中分离获得一株裂解性低温噬菌体,命名为SV-12,其宿主菌S-12鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。噬菌体SV-12有囊膜,头部为典型的正六边形,立体对称结构,直径约68.7 nm;尾管长约122.5 nm,直径约25 nm;在4℃时具有侵染活性,4～25℃均能产生边缘清晰、透明的噬菌斑。最适感染温度约为10℃,pH耐受范围较广,在pH=10时具有最多出斑数。结论 SV-12属于肌尾噬菌体科,为裂解性噬菌体,对氯仿极度敏感。基因组为dsDNA,大小约为74 kb。     

欧文氏菌噬菌体的分离纯化及生物学特性研究

以欧文氏菌胡萝卜亚种为宿主菌,从环境污泥中分离到10株噬菌体.噬菌体热稳定性、pH稳定性分析结果表明噬菌体Erj2、Erb1、Erc2在温度-20～40℃、pH4.0～9.0之间均表现出良好的稳定性.噬菌体生物学特性分析显示,它们的最佳感染复数分别为0.0001、0.001、0.0001;核酸类型均为双链DNA;一步生...     

嗜热芽孢杆菌噬菌体的分离及特征研究

目的：从腾冲热海温泉中分离嗜热芽孢杆菌噬菌体,并初步分析其特征。方法：采用双层平板法分离纯化嗜热芽孢杆菌噬菌体,对分离得到的噬菌体进行电镜形态观察,按照感染复数（MOI）分别为0．01、0．1、1．0、10和100加入噬菌体纯培养液和宿主菌,55℃、160r／min培养8h后测定噬菌体滴度,并进行噬菌体的热稳定性和pH稳定性分析。结果：从腾冲热海温泉中分离得到的噬菌体为二十面体型;其感染宿主菌NHH4形成清晰的噬菌斑,最适MOI为1．0,最适感染温度为55℃,最适感染pH值为7．5。将这株噬菌体命名为TBIP1。结论：从腾冲热海温泉中分离得到的噬菌体TBIP1为典型的二十面体型,当MOI为1．0时,TBIP1感染其宿主菌产生的子代噬菌体滴度最高。     

噬菌体与细菌相互作用的分子机制研究进展

噬菌体与细菌是自然界中存在最广泛的两类微生物,两者在群体水平、个体水平以及分子水平上均存在复杂的相互作用关系.细菌能够影响溶原性噬菌体的溶原-裂解决策,而被噬菌体感染的细菌基因表达谱也会受到噬菌体影响,使宿主菌的代谢、应激、抵抗力、毒性等多种性状发生改变.现从细菌和噬菌体两者的角度,分别综述细菌抵抗噬菌体感染以及噬菌体...     

嗜盐细菌噬菌体CJL-1的分离及其生物学特性研究

[目的]以嗜盐细菌为宿主,从运城盐湖水样中分离特异性噬菌体,并对其部分生物学特性进行研究。[方法]采用双层平板法分离获得噬菌体,并进行浓缩纯化。电镜观察噬菌体形态,以及限制性酶切分析、蛋白组成分析及特性研究。[结果]分离获得1株可感染Virgibacillus sp.GQ15的噬菌体CJL-1,其头部为正多面体结构,直径约110 nm,尾长约25 nm。其基因组为双链DNA,且衣壳中至少含有10种蛋白质,其中4种为主要结构蛋白:75 k Da、45 k Da、25 k Da和15 k Da。噬菌体CJL-1含有脂质包膜,且对低盐环境敏感。CJL-1最适MOI为1.0,最适保存温度为30~50℃,最适感染p H为7,且其宿主范围较广。[结论]噬菌体CJL-1属短尾噬菌体,为裂解性嗜盐噬菌体,研究结果可为运城盐湖极端微生物资源的开发利用提供参考。     

短小芽孢杆菌噬菌体的分离及特性

以短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)1037及其抗噬菌体衍生株为指示菌,从噬菌体滋生环境中分离得到10株噬菌斑形态和宿主范围不同的PP系列噬菌体,并对它们的血清型、宿主范围以及对热和对不同pH的稳定性进行了研究。结果表明,在噬菌体滋生的环境中实际存在着不同血清型和宿主范围的噬菌体群体。由PP系列噬菌体与不同宿主菌之间的关系推测,杂菌污染是噬菌体污染的导因,因而认为在工业上防治噬菌体对生产的危害必须采取综合治理措施。     

一株金黄色葡萄球菌噬菌体的分离鉴定与生物学特性

【背景】金黄色葡萄球菌作为一种条件致病菌,在临床感染中扮演着重要的角色,需要研究更多更有效的防治手段。【目的】分离金黄色葡萄球菌噬菌体,研究其生物学特性,从而为金黄色葡萄球菌的替代防治提供理论借鉴。【方法】以金黄色葡萄球菌D085为宿主从污水中分离得到一株噬菌体,命名为v B_Sau S_SAP3,用PEG8000浓缩、氯化铯密度梯度离心获得高纯度的噬菌体,1%乙酸双氧铀染色噬菌体进行电镜观察。测定噬菌体宿主谱、最佳感染复数(Multiplicity of Infection,MOI)、一步生长曲线、热稳定性、pH值稳定性及有机溶剂对噬菌体活性的影响。平衡酚法获取噬菌体基因组,Illumina测序技术和SPAdes软件进行基因组测序分析。【结果】电镜下,噬菌体SAP3头部直径为60±5 nm,尾部长170±5 nm。噬菌体vB_SauS_SAP3还能裂解5株金黄色葡萄球菌和1株产色葡萄球菌,其最佳感染复数为0.1。噬菌体vB_SauS_SAP3潜伏期为20 min,60 min后进入平台期,裂解量约为210 PFU/cell;对45°C以下温度有一定耐受性,超过45°C开始急剧失活;能在中性pH值时保持稳定活性,酸性环境会使其急剧失活,对碱性环境有一定的抵抗力;对氯仿和异戊醇不耐受。其基因组分析结果表明:噬菌体基因组大小为41950bp,GC含量为35.42%,预测有65个开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)。进化分析表明,噬菌体vB_SauS_SAP3属于长尾科噬菌体,是一种新型的噬菌体。【结论】噬菌体vB_SauS_SAP3是一株窄谱的能够耐受一定温度和碱性环境的长尾科新型噬菌体,对其研究可为金黄色葡萄球菌噬菌体的研究提供理论材料。     

一株可裂解动物源性多重耐药志贺氏菌的噬菌体分离鉴定及其生物学特性研究

从鸡的肠道内分离鉴定多重耐药志贺氏菌(Shigelle)，纯化获得可侵袭、裂解该志贺氏菌的噬菌体，并研究其生物学特性。以养殖场病鸡肠道中分离的志贺氏病原菌为宿主，筛选鉴定噬菌体，聚乙二醇沉淀浓缩噬菌体，通过透射电镜观察噬菌体形态，双层平板法测定噬菌体宿主谱、最佳感染复数、一步生长曲线、酸碱耐受性和热稳定性，测定噬菌体对多重耐药致病性志贺氏菌的裂解效果。通过上述方法，共筛选到26株志贺氏菌分离株，分别命名为BS1~BS26。以志贺氏菌BS26为宿主菌分离得到一株裂解性噬菌体并命名为噬菌体PSF26，鉴定为有尾噬菌体目，长尾噬菌体科，噬菌体对福氏志贺氏菌（Shigella flexneri）和宋内志贺氏菌(Shigella sonnei)分离株均有裂解作用。噬菌体PSF26的最佳感染复数为0.1，感染周期为90 min，包括75 min的潜伏期和15 min的爆发期，裂解量为(58±17) pfu/cell。噬菌体PSF26在pH 5~8，温度0~40 ℃条件下能保持较高活性，对宿主菌的抑菌圈直径为(11.33±1.53) mm。结果表明，噬菌体PSF26爆发期短，裂解量高，有较好的酸碱、温度耐受性，对多重耐药性福氏和宋内志贺氏菌有良好的作用效果，为利用噬菌体防控饲养动物中食源性致病菌感染和饲用抗生素替代技术研发提供参考。