噬菌体载体的生物学特性

噬菌体由遗传物质核酸及其外壳组成。噬菌体颗粒外壳是蛋白质分子，内部的核酸一般是双链线性DNA分子，也有的是双链环形DNA、单链线性DNA、单链环形DNA以及单链RNA等多种形式。不同种噬菌体的核酸分子量相差很大，而且有些噬菌体的DNA碱基并不是由标准的A、T、C、G四种碱基组成。

不同种类的噬菌体颗粒在结构上差别很大，可分为三种类型。大多数噬菌体是具尾部结构的二十面体（头部下端连接着一条尾部结构），看起来像是一种小型的皮下注射器，如T4噬菌体。另两种类型是无尾部结构的二十面体型和线状体型。

噬菌体的感染效率极高。一个噬菌体颗粒感染了一个细菌细胞之后，便可迅速地形成数百个子代噬菌体颗粒，每一个子代颗粒又各自能够感染一个新的细菌细胞，再产生出数百个子代颗粒，如此只要重复4次感染周期，一个噬菌体颗粒便能够使数十亿个细菌细胞死亡。若是在琼脂平板上感染生长的细菌，则是以最初被感染的细胞所在的位置为中心，慢慢地向四周均匀扩展，最后在琼脂平板上形成明显的噬菌斑，也就是感染的细菌细胞被噬菌体裂解之后留下的圆形透亮空斑（图6-1）。噬菌斑的大小，从肉眼勉强可见的小型斑到直径为1 cm以上的大型斑不等。在适当条件下，一个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成的。在基因重组中，噬菌斑是噬菌体重组包装成功的筛选标志。

噬菌体的生活周期有溶菌周期和溶源周期两种不同类型（图6-2）。在溶菌周期中，噬菌体DNA注入细菌细胞后，噬菌体DNA大量复制，并合成新的头部和尾部蛋白质，头部蛋白质组装成头部，并把噬菌体的DNA包裹在内，然后再同尾部蛋白质连接起来，形成子代噬菌体颗粒，最后噬菌体产生一种特异性的酶，破坏细菌细胞壁，子代噬菌体颗粒被释放出来，细菌裂解死亡。这种具有溶菌周期的噬菌体被称为烈性噬菌体。在溶源周期中，噬菌体的DNA进入细菌细胞后，并不马上进行复制，而是在特定的位点整合到宿主染色体中，成为染色体的组成部分，随细菌染色体的复制而复制，并分配到子细胞中而不会出现子代噬菌体颗粒。但是，这种潜伏的噬菌体DNA在某种营养条件或环境条件的胁迫下，可从宿主染色体DNA上切割下来，并进入溶菌周期，细菌同样也会因裂解而致死，释放出许多子代噬菌体颗粒。这种既能进入溶菌周期又能进入溶源周期的噬菌体称为温和噬菌体。

图6-1　噬菌体形成透明噬菌斑

图6-2　噬菌体的生命周期

（a）噬菌体增殖的第一步是吸附到寄主细胞上，同一个细胞可以同时吸附一个以上的噬菌体颗粒；（b）噬菌体的DNA注入感染的寄主细胞内；（c）噬菌体DNA大量增殖；（d）子代噬菌体颗粒的组装；（e）寄主细胞溶菌，释放出大量新的噬菌体颗粒；（f）噬菌体的DNA从寄主染色体DNA上删除下来；（g）溶源性细胞通常按照正常细胞的速率进行分裂。