烈性噬菌体的增殖周期

根据噬菌体与宿主细胞的关系可分为烈性噬菌体（virulent phage）和温和性噬菌体（tem-perate phage）。凡侵入细胞后，进行复制增殖，导致细胞裂解的噬菌体称烈性噬菌体。而侵入细胞后，与宿主细胞DNA同步复制，并随着宿主细胞的生长繁殖而传下去，一般情况下不引起宿主细胞裂解的噬菌体，称温和性噬菌体。但在偶尔的情况下，如遇到环境诱变物甚至在无外源诱变物情况下可自发地具有产生成熟噬菌体的能力。

对大肠杆菌T-系偶数噬菌体的生活和增殖周期的研究表明，其整个周期可分为5个阶段。

1.吸附（adsorption）

噬菌体侵染宿主细胞的第一步为吸附。吸附过程不仅决定于细胞表面受点的结构，也取决于噬菌体吸附器官———尾部吸附点的结构。当噬菌体和敏感细胞混合发生碰撞接触，敏感细菌细胞表面具有的噬菌体吸附特异性受点，与噬菌体的吸附点进行互补结合，这是一种不可逆的特异性反应。由于宿主细胞表面对各种噬菌体有不同的吸附受点，因而一种细菌可以被多种噬菌体感染。现已证实，大肠杆菌细胞壁的脂蛋白层为T2和T6噬菌体的吸附受点，脂多糖层为T3、T4、T7的吸附受点，而T5噬菌体的吸附受点则为脂多糖-脂蛋白的复合物。吸附时，噬菌体尾部末端尾丝散开，固着于特异性受点，随之尾刺和基板固定于受点上。不同的噬菌体粒子吸附于宿主细胞的部位也不一样，如大肠杆菌T-系噬菌体大多吸附于宿主细胞壁上（图3-8）；大肠杆菌丝状噬菌体M13只吸附在大肠杆菌性伞毛的末端；而枯草杆菌噬菌体PBS2则吸附于细菌鞭毛。那么每个宿主究竟能被多少噬菌体吸附呢？据测定一般在250～360个即达到饱和状态，这称作最大吸附量。

吸附过程也受环境因子的影响，如pH、温度、阳离子浓度等都会影响吸附速度和吸附量。

2.侵入（penetration）

侵入即注入核酸。大肠杆菌（E.coli）T4噬菌体以其尾部吸附到敏感菌表面后，将尾丝展开并固着于细胞上。尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一小孔，然后尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。大肠杆菌T-系噬菌体只需几十秒钟就可以完成这一过程，但受环境条件的影响，通常一种细菌可以受到几种噬菌体的吸附，但细菌只允许一种噬菌体侵入，如有2种噬菌体吸附时，首先进入细菌细胞的噬菌体可以排斥或抑制第二者入内。即使侵入了，也不能增殖而逐渐消解。

尾鞘并非噬菌体侵入所必不可少的。有些噬菌体没有尾鞘，也不收缩，仍能将核酸注入细胞。但尾鞘的收缩可明显提高噬菌体核酸注入的速率。如T2噬菌体的核酸注入速率就比M13的快100倍左右。

3.复制（replication）

复制包括噬菌体DNA复制和蛋白质外壳的合成。噬菌体DNA进入宿主细胞后，立即以噬菌体DNA为模板，利用细菌原有的RNA合成酶来合成早期mRNA，由早期mRNA翻译成早期蛋白质。这些早期蛋白质主要是病毒复制所需要的酶及抑制细胞代谢的调节蛋白质。在这些酶的催化下，以亲代DNA为模板，半保留复制方式复制出子代DNA。在DNA开始复制以后转录的mRNA称为晚期mRNA，再由晚期mRNA翻译成晚期蛋白质。这些晚期蛋白质主要组成噬菌体外壳的结构蛋白质，如头部蛋白质、尾部蛋白质等。在这时期，细胞内看不到噬菌体粒子，称为潜伏期（latent period）。潜伏期是指噬菌体吸附在宿主细胞至宿主细胞裂解、释放噬菌体之间的最短时间。

4.装配（assembly）

当噬菌体的核酸、蛋白质分别合成后即装配成成熟的、有侵染力的噬菌体粒子。例如大肠杆菌T4噬菌体的DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等部件合成后，DNA收缩聚集，被头部外壳蛋白质包围，形成廿面体的噬菌体头部。尾部部件也装配起来，再与头部连接，最后装配完毕，成为新的子代噬菌体（图3-9）。

5.裂解（lysis）

成熟的噬菌体粒子，除M13等少数噬菌体外，均借宿主细胞裂解而释放。细菌裂解导致一种肉眼可见的液体培养物由混浊变清或固体培养物出现噬菌斑。丝状噬菌体fd成熟后并不破坏细胞壁，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可继续生长。大肠杆菌T系偶数噬菌体从吸附到粒子成熟释放大约需15～30min。释放出的子代噬菌体粒子在适宜条件下便能重复上述过程（图3-10）。

图3-9 T偶数噬菌体装配过程模式图

图3-10 噬菌体T4感染各时段的情况（引自Prescott et al.，2002）