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。     

分枝杆菌噬菌体整合及裂解的分子机理

结核病仍旧威胁着全球人类健康,中国是结核病高发国家之一,寻求新的药物和疫苗势在必行。随着对噬菌体研究的深入,分枝杆菌噬菌体成为结核病新型药物发现和药敏实验的研究热点之一。噬菌体进入宿主菌体内,以裂解和溶源两种途径进入循环。以分枝杆菌的溶源性噬菌体为例,综述了分枝杆菌噬菌体整合和裂解分子机理。分枝杆菌溶源性噬菌体的整合需噬菌体基因组的附着位点attachment site(attP),宿主菌分枝杆菌基因组的附着位点attachment site(attB),整合酶integrase(Int)和整合宿主因子integration host factor(mIHF)。部分溶源性噬菌体如Ms6进入裂解循环,复制转录组装成新的子代噬菌体,在裂解素(Lysin)和穿孔素(Holin)的协同作用下裂解宿主菌,释放子代噬菌体。目前国内未见对分枝杆菌噬菌体的研究报道。研究分枝杆菌噬菌体整合及裂解机理对结核病治疗新药开发有一定的启示。     

双启动子对重组溶源性枯草杆菌中外源蛋白表达的增强作用

探讨了双启动子对基于溶源性噬菌体构建的重组枯草杆菌中外源蛋白表达的影响。分别将不含或含有本身启动子的α-淀粉酶基因(来源于Bacillus amyloliquefaciens)和青霉素酰化酶基因(来源于Bacillus megaterium)克隆到溶源性枯草杆菌中,得到重组菌B.subtilisAMY1,B.subtilisAMY2,B.subtilisPA1以及B.subtilisPA2。由于同源重组,所克隆的片段整合到溶源性枯草杆菌中的噬菌体基因组上,并处于噬菌体强启动子的下游。在重组菌AMY1和PA1中,在热诱导的情况下外源基因的转录只受到噬菌体启动子的作用,而在重组菌AMY2和PA2中,在热诱导下外源基因的转录同时受到噬菌体启动子和基因本身所带启动子的作用。双启动子的应用使重组α-淀粉酶的表达量提高了133%,使重组青霉素酰化酶的表达量提高了113%。     

关于溶源性细菌

溶源性细菌（Ｌｙｓｏｓｅｎ或ｌｙｓｏｇｅｎｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ）,简称溶源菌,是指染色质体上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的细菌。它具有以下几个显著的特性：（１）自发裂解;（２）诱发裂解;（３）复愈;（４）免疫性;（５）溶源转变。在这５大特性中,前三者很容易理解,而对免疫性和溶源转变可能有点困难,甚至一些教科书中也会有不同的看法。现将我们在教学中碰到的一些问题及我们的观点与大家交流,不当之处,望能批评指正。１关于免疫性 有些专家认为：任何溶源菌对已感染的噬菌体以外的其它噬菌体即超感染噬…     

N_3质粒对λ噬菌体发育途径的影响

诱导试验表明N_3质粒抑制λ溶源菌诱导处理时的裂解性发育途径,使λ噬菌体产率大大降低,仅为对照的10~(-5)—10~(-6)。感染实验表明N_3质粒主要抑制λ噬菌体的溶源性发育途径,其溶源菌形成率仅为对照的1.3—1.9％。从N_3质粒对λ噬菌体感染时与λ溶源菌诱导时的发育途径的不同作用的事实推测N_3质粒的某种产物(蛋白质)与λ噬菌体cI蛋白相作用,以障碍cI蛋白正常解离或聚合的方式而干扰其发育途径。     

利用噬菌体破细胞壁分离胞内产物的展望

介绍了利用噬菌体破细胞壁的两类方法;构建可诱导裂解的溶源菌和克隆可诱导裂解的噬菌体裂解基因。对λ噬菌体裂解细胞的行为进行了详细分析。以产聚β羟基丁酸酯(PHB)的重组大肠杆菌为例,提出将带有琥珀突变的λ噬菌体的裂解基因SRRz和目标产物的基因克隆到同一质粒上,以用来破细胞壁生产目的产物的方法,可望解决细胞中产物积累量最大和细胞破碎率最高的矛盾,具有一定的应用前景。     

利用噬菌体破细胞壁分离胞内产物的展望

介绍了利用噬菌体破细胞壁的两类方法;构建可诱导裂解的溶源菌和克隆可诱导裂解的噬菌体裂解基因。对λ噬菌体裂解细胞的行为进行了详细分析。以产聚－β－羟基丁酸酯（ＰＨＢ）的重组大肠杆菌为例,提出将带有琥珀突变的λ噬菌体的裂解基因Ｓ＾－ＲＲｚ和目标产物的基因克隆到同一质粒上,以用来破细胞壁生产目的产物的方法,可望解决细胞中产物积累量最大和细胞破碎率最高的矛盾,具有一定的应用前景。     

产生志贺样毒素的噬菌体ψ297整合酶基因(int) 的克隆和序列分析

目的克隆并分析细菌性噬菌体ψ297的整合酶基因(int).方法采用加接头的基因DNA片断为模板进行步移PCR,根据溶源性噬菌体ψ297的染色体DNA上类似于噬菌体933W的整合酶基因的一个40个核苷酸设计引物,进行扩增、克隆、亚克隆、测序和序列分析.结果得到了噬菌体ψ297编码的整合酶基因(int)的完整序列,它的长度是1287bp,编码了428个氨基酸的Int蛋白质.将它们的序列与λ噬菌体的整合酶家族其它成员进行了比较,发现噬菌体ψ297的整合酶基因(int)与噬菌体VT1-Sakai的整合酶基因有79%的同源性,噬菌体ψ297的Int蛋白与噬菌体VT1-Sakai的Int蛋白在氨基酸序列上有82%的同源性.N-末端的氨基酸区域是完全保守的,而中心区和C-末端则显示出较大差异.结论噬菌体ψ297与λ噬菌体的int基因来源于同一基因库,噬菌体ψ297可能属于λ噬菌体家族.     

大肠杆菌VT2噬菌体的分离与溶源转染

本试验利用指示菌MC1061,经双层琼脂法纯化和PCR扩增vt2基因,分别从大肠杆菌O157菌株、牛粪、鸡粪和污水中分离获得5株含vt2基因的噬菌体.这些噬菌斑透明,直径为0.5-2 mm,对指示菌的感染效价均在109PFU/mL以上,抵抗氯仿和56℃C30min的作用.将噬菌体分离株SHφW1感染MC1061后,经PCR鉴定获得一株溶源菌株(MC1061/SHφW1).溶源株的LB培养滤液对Vero细胞产生了显著的病变效应,而MC1061在同等条件下培养的滤液无细胞病变,表明VT2噬菌体通过溶源将vt2毒力基因水平转移,证实了VT2噬菌体的转染与细菌毒力相关.     

基因标记、转化、表达与检测

930450采用交叉调节系统使大肠杆菌表达I组蛋白[会,英]/Kalli0,P.…,Abstr.Pap.Am.Ch—em.Soc.一1992,203Meet,Pt.1.一BI OT‘84[译自DBA,1992,11(15),92—083573 这个新表达系统的产物礞白是氯霉素酰基转移酶。CAT基因和cI阻遏物基因的转录由tac启动子来调节,而lacI基因的转录则由九·噬菌体pL一启动子调控。加入诱导物IPTG可提高CAT蛋白和cI阻遏物的表达,从而抑制lac阻遏物的表达,进一步增强CAT的表达。叙述了在各种拷贝数的质粒中对新系统的构建,并将CAT表达的结果与通常使用的构成性调节系统散了比较。分批诱导的结果与…     

用凝胶电泳方法鉴定苏云金芽孢杆菌溶源性菌株

根据原噬菌体的可诱导性,将苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称B t)培养液用丝裂霉素C(MMC)诱导,诱导液经高速离心除菌和2.5×SDS-EDTA染料混合液处理后,琼脂糖凝胶电泳检测有无DNA带,以确定菌株的溶源性。实验证明,该DNA为溶源菌诱导出的噬菌体DNA,而非溶源菌以同样方法不能获得DNA。用此方法,可作为鉴定B t溶源性菌株的一个手段,有助于B t工业发酵中噬菌体污染的预防。     

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].     

大肠杆菌VT2噬菌体的分离与溶源转染

本试验利用指示菌MC1061。经双层琼脂法纯化和PCR扩增vt2基因,分别从大肠杆菌0157菌株、牛粪、鸡粪和污水中分离获得5株含vt2基因的噬菌体。这些噬菌斑透明,直径为0．5-2min,对指示菌的感染效价均在10^9PFU／mL以上,抵抗氯仿和56℃30min的作用。将噬菌体分离株SHφWl感染MC1061后。经PCR鉴定获得一株溶源菌株(MC1061／SHφW1)。溶源株的LB培养滤液对Vero细胞产生了显著的病变效应,而MC1061在同等条件下培养的滤液无细胞病变,表明VT2噬菌体通过溶源将vt2毒力基因水平转移,证实了VT2噬菌体的转染与细菌毒力相关。     

一种制备λ-DNA的简便方法

一定纯度的λ-DNA是基因工程研究常用的材料。目前所通用的提纯方法氯化铯密度梯度离心法或聚乙二醇6000沉淀-柱层析法,或则耗费昂贵,或则不易纯化。我们采用了一种较简便有效的差速离心法制备和纯化λ-DNA,介绍如下: 采用λ噬菌体溶源性大肠杆菌[Escherichia     

产生志贺样毒素的噬菌体φ297整合酶基因（int）的克隆和序列分析

目的：克隆并分析细菌性噬菌体φ97的整合酶基因(int)。方法：采用加接头的基因DNA片断为模板进行步移PCR,根据溶源性噬菌体φ297的染色体DNA上类似于噬菌体933W的整合酶基因的一个40个核苷酸设计引物,进行扩增、克隆、亚克隆、测序和序列分析。结果：得到了噬菌体φ297编码的整合酶基因(int)的完整序列,它的长度是1287bp,编码了428个氨基酸的Int蛋白质。将它们的序列与λ噬菌体的整合酶家族其它成员进行了比较,发现噬菌体φ297的整合酶基因(int)与噬菌体VT1-Sakai的整合酶基因有79％的同源性,噬菌体φ297的Int蛋白与噬菌体VT1-Sakai的Int蛋白在氨基酸序列上有82％的同源性。N-末端的氨基酸区域是完全保守的,而中心区和C-末端则显示出较大差异。结论：噬菌体φ297与λ噬菌体的int基因来源于同一基因库,噬菌体φ297可能属于λ噬菌体家族。     

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。     

霍乱弧菌VPIΦ/CTXΦ/TCP体系:噬菌体-噬菌体-细菌多元作用

霍乱由霍乱弧菌 (Ｖｉｂｒｉｏｃｈｏｌｅｒａｅ)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。ＶＰＩΦ ＣＴＸΦ 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问题[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 ] 。1　霍乱弧菌…     

大肠杆菌VT噬菌体受体(vpr)基因突变株的鉴定

近年来大肠杆菌O157引起的人和动物的发病率呈上升趋势^[1-3],O157的强致病性与很多因子有关,如：粘附因子、肠溶血素(Enterohaemolysin,Ehx)、Vero毒素(Vero toxin,VTs)等。VT可致人和动物的腹泻、出血性肠炎、溶血性尿毒综合证、血栓、血球减少性紫癜等疾病^[4],是O157主要的致病因子。大量的研究表明VT是由λ家族具有vT基因的噬菌体(vT—phage)编码的^[5],且在噬菌体感染宿主菌的裂解状态时由晚期调节基因调控毒素的产生。可见大肠杆菌O157所产的vT与vT噬菌体的感染有关。大肠杆菌表面是否存在噬菌体的受体为众多科学工作者所关注,1999年Saunders等在大肠杆菌染色体中克隆出一段与VT2噬菌体敏感性有关的基因^[6],将其定名为vpr(verotoxin phage receptor)。为了进一步确定vpr基因的功能,本试验利用同源重组的方法,将已经构建的含vpr基因片段的重组自杀性质粒pYYvpr,转化到含全长vpr基因的大肠杆菌MC1061,经PCR和southern blot鉴定,获得一株染色体同源基因突变株,并对其进行生物学特性研究,初步证实该基因与噬菌体的裂解性感染有关。     

红霉素链霉菌的溶源转换研究

2-62菌株是一溶源性菌株,合成红霉素能力稳定,气生菌丝生长良好。经42℃培养后筛选得到的4株无活性菌株(Em-)便不再释放噬菌体,成为去溶源菌株,并对P4噬菌体敏感。当此菌株再次溶源化后,又恢复了合成红霉素的能力,表明p4噬菌体与红霉素产生密切相关。 经诱变获得的1-9及10-25Em-菌株,气生菌丝生长受抑制,呈光秃型,经连续传代20次仍保持菌落类型纯一。当1-9及10-25菌株成为1-9(P4)及10-25(P4)时,选择恢复气生菌丝生长的菌落用琼脂块法测定,均获得产生红霉素的性能,并都释放噬菌体。说明P4噬菌体具有溶源转换的性能,它与红霉素的生物合成及气生菌丝的形成等性状相关。     

一株新型旱獭源性宽谱大肠杆菌噬菌体的分离鉴定及基因组分析

[目的]分离喜马拉雅旱獭肠内容物样本中的噬菌体,并研究其生物学特性和基因组特征。[方法]以大肠杆菌为宿主菌,利用双层琼脂平板法从喜马拉雅旱獭肠内容物样本中分离噬菌体;用透射电镜观察形态特征;测定其最佳感染复数、一步生长曲线、酸碱耐受度及宿主裂解谱等生物学特性,并进行全基因组测序。[结果]从喜马拉雅旱獭肠内容物样本中分离得到一株裂解性大肠杆菌噬菌体,命名为vB_EcoM_TH18,其噬菌斑呈无晕环的透亮圆形,透射电镜观察发现该噬菌体头部直径为(90±5) nm,尾部长度为(115±5) nm;最佳感染复数为1;一步生长曲线显示其潜伏期为10 min,110 min后进入平台期,平均裂解量为15 PFU/mL;在pH 4.5-9.5的范围内具有稳定活性;可裂解多种致病型和血清型大肠杆菌和宋内志贺氏菌,无法裂解沙门氏菌、屎肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯杆菌及鲍曼不动杆菌;基因组测序结果表明,其基因组长度为133 882 bp,GC含量为39.95%。基因组共注释到210个编码序列(CDS)和13个tRNAs,不含毒力基因及耐药基因。BLASTn比对结果表明该基因组与Avunavirus属噬菌体Av-05同源性为95.17%。基于噬菌体全基因组、主要衣壳蛋白和终止酶大亚基分别构建系统进化树,结果表明vB_EcoM_TH18是一株肌尾噬菌体科(Myoviridae) Avunavirus属的新型噬菌体。[结论]从喜马拉雅旱獭肠内容物中成功分离并鉴定了一株新型宽谱大肠杆菌噬菌体vB_EcoM_TH18,可裂解多种致病型和血清型的大肠杆菌及宋内志贺菌。