噬菌體(bacteriophage,phage)是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的細菌病毒的總稱.本世紀初在葡萄球菌和志賀菌中首先發(fā)現(xiàn).噬菌體具有病毒的一些特性：個體微小.噬菌體基因組含有許多個基因,但所有已知的噬菌體都是細菌細胞中利用細菌的核糖體、蛋白質(zhì)合成時所需的各種因子、各種氨基酸和能量產(chǎn)生系統(tǒng)來實現(xiàn)其自身的生長和增殖.一旦離開了宿主細胞,噬菌體既不能生長,也不能復(fù)制.
噬菌體分布極廣,凡是有細菌的場所,就可能有相應(yīng)噬菌體的存在.在人和動物的排泄物或污染的井水、河水中,常含有腸道菌的噬菌體.在土壤中,可找到土壤細菌的噬菌體.噬菌體有嚴格的宿主特異性,只寄居在易感宿主菌體內(nèi),故可利用噬菌體進行細菌的流行病學(xué)鑒定與分型,以追查傳染源.由于噬菌體結(jié)構(gòu)簡單、基因數(shù)少,是分子生物學(xué)與基因工程的良好實驗系統(tǒng).
噬菌體顆粒在結(jié)構(gòu)上有很大差別,一般可分成三種類型,即無尾部結(jié)構(gòu)的二十面體,有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體和線狀體,迄今已知的噬菌體大多數(shù)是有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體.
噬菌體顆粒感染一個細菌細胞后可迅速生成幾百個子代噬菌體顆粒,每個子代顆粒又可感染細菌細胞,再生成幾百個子代噬菌體顆粒.如此重復(fù)只需4次,一個噬菌體顆粒便可使幾十億個細菌感染而死亡.當把細菌涂布在培養(yǎng)基上,長成一層菌苔時,一個噬菌體感染其中一個細菌時,便會同上面所說的那樣,把該細菌周圍的成千上萬個細菌感染致死,在培養(yǎng)基的菌苔上出現(xiàn)一個由于細菌被噬菌體裂解后造成的空斑,這便稱為噬菌斑(plaque).每一噬菌體除了能使宿主細菌裂解死亡外,還有一些噬菌體感染細菌后,并不使細胞死亡,稱為溫和噬菌體,這些噬菌體感染細菌后,將其自身的基因組整合進宿主細胞的基因組,此時,這種宿主細菌稱為溶原性細菌.溶原性細菌內(nèi)存在的整套噬菌體DNA基因組稱為原噬菌體(prophage),溶原性細菌不會產(chǎn)生許多子噬菌體顆粒,也不會裂解；但當條件改變使溶原周期終止時,宿主細胞就會因原噬菌體的增殖而裂解死亡,釋放出許多子代噬菌體顆粒.
溶原性細菌有兩個特點.第一,溶原性細菌在被噬菌體感染并溶原化后,不會被同種噬菌體再次感染,這是超感染免疫性.第二,經(jīng)過若干世代后,溶原性細菌會開始進入溶菌周期,即溶原性細菌的誘發(fā).此時,原噬菌體從宿主基因組上切離下來進行增殖.
λ噬菌體載體不具有質(zhì)粒載體的抗生素抗性的標記基因；因此,對λ重組分子的選擇主要有下面幾種方法.
① cI基因功能選擇 cI基因編碼的阻遏蛋白可使感染了λ噬菌體的大腸桿菌進入溶原化狀態(tài).如果在插入型載體的克隆位點上,或是置換型載體的可置換片段中,放上一個cI基因,當外源DNA插入或取代時,便破壞了cI基因,使出現(xiàn)cI-表型.此時,λ重組分子生成的是透亮的噬菌斑,而未重組的λ噬菌體由于仍保有cI基因,所以宿主細菌是溶原化的,就生成混沌的噬菌斑.
②lac Z基因功能選擇 lac Z基因的產(chǎn)物為盧—半乳糖苷酶,在Xgal—IPTG培養(yǎng)基上顯現(xiàn)藍色.在插入型載體的lac Z基因序列中引入限制性內(nèi)切核酸酶的切點,外源DNA插入這個克隆位點就會破壞lac Z基因,于是在上述培養(yǎng)基上出現(xiàn)無色的噬菌斑.如果沒有同外源DNA形成λ重組分子,則lac Z基因未遭破壞,在培養(yǎng)基上出現(xiàn)藍色的噬菌斑.
③spi-選擇 λ噬菌體的red和gam基因產(chǎn)物可抑制噬菌體在宿主細菌中正常生長,red-和gam-突變型λ噬菌體則可正常生長.當置換型載體的可置換片段中放上red和gam基因后,外源DNA片段取代了置換片段,則同時除去了red、gam基因,就可在宿主菌中生長,否則就不能正常生長.