蘇雲金杆菌噬菌體綜述
廖威廣西職業技術學院 南寧 530226
摘要:該文對蘇雲金杆菌噬菌體的生理學和基因組學進行綜述，提出了對其溶原性噬菌體的研究問題。
關鍵詞: 蘇雲金杆菌,噬菌體，溶原性，綜述
噬菌體是感染細菌等微生物的病毒。已有90屬以上的原核生物中發現了它們的存在，而且大多數是溶原性的。根據它們與宿主菌的關係可分為烈性噬菌體和溶原噬菌體。後者的基因組能夠整合進宿主的基因組中而不導致細胞裂解。整合在細菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體，帶有前噬菌體基因組的細菌稱為溶原性細菌。前噬菌體可以誘導脫離宿主基因組而進入溶菌周期，產生成熟噬菌體，導致細胞裂解。溶原性噬菌體有三種存在狀態：1）具有感染性的遊離顆粒 2）宿主細胞的質粒3）前噬菌體。溶原性噬菌體兩個最主要的特征是具有感染潛力和再感染免疫性,不同的噬菌體可以存在於同一宿主中。
蘇雲金杆菌（Bacillus thuringiensis，B.t）作為一類不汙染環境而又有效的微生物殺蟲劑已經廣泛應用。早在1960年就發現了溶原性噬菌體存在於蘇雲金杆菌中。83%的B.t亞種菌株均能分離到溶原性噬菌體,有些高效價的生產菌株本身就是溶原菌株。1990年喻子牛發現由噬菌體引起的B.t發酵倒灌率輕者為15-30%，重者達到50-80%。由於蘇雲金杆菌高頻率的溶原化，使得溶原性噬菌體成為蘇雲金杆菌發酵工業的首要危害。雖然早在四十多年前就開始研究蘇雲金杆菌噬菌體的特性，並提出過一些防治方法，如把脫乙酰殼多糖加入發酵培養基中用來防止噬菌體的危害，但至今還沒有一種有效的防治方法。
蘇雲金杆菌噬菌體具有其它噬菌體的一般特性。基本形態為蝌蚪形[1，2]，屬於有尾噬菌體科，由頭部和尾部兩部分組成[3]。具體的三種形態為：肌尾噬菌體，尾巴長可以收縮，屬於A組(如：TP33)；長尾噬菌體，尾巴長不能收縮，屬於B組(如：TP21、TP35、TP51、TP52)；短尾噬菌體，尾巴很短，屬於C組(如：TP1)。
可以用抗血清區分不同的噬菌體分型。近半個世紀的研究中，至少從蘇雲金杆菌
中分離出噬菌體1-97, Bam35，Bastille， GIL01，GIL16，T22，Tm2，Tg4，Px1，SU-11等等97種。經常涉及的蘇雲金杆菌亞種或血清型有galleriae,aizawai,berliner,AF101,dendrolimus,kurstakiHD1,kumantoensis H18和israelensis 菌株[4，5]；而且這些噬菌體與來自Bacillus cereus、Bacillus anthaeis和Bacillus licheniformis的噬菌體在結構形態上很相近。參與研究的國家有前蘇聯、日本、比利時、法國、芬蘭、加拿大、美國、英國等，特別是前蘇聯，在國家財政的支持下，進行了噬菌體的生理學、理化特性、臨床治療等一係列的研究。這一時期很多科學家如：Zvenigorodskii，Azizbekian,Kochkina,Colasito,Rautenshtein,Smirnova和Minenkova對研究蘇雲金杆菌噬菌體生理學和理化特性做出了較大的貢獻。
對於蘇雲金杆菌噬菌體的研究，一般都集中在形態學和生物學兩方麵[6]，對其核酸方麵的研究比較滯後。三分之二的噬菌體僅限於對其分離純化及形態的觀察。如噬菌體的形態、噬斑形態、宿主範圍、血清學、一步生長曲線、紫外線和絲裂黴素C的誘導等等 [6-8]。1960年Yoder首次從Berliner菌株中分離B.t噬菌體；隨後的十年間，Stefanov等從不同的亞種中分離出噬菌體，並首次進行了比較全麵的生理學方麵的試驗。1970年Barjac首先發現了B.t轉導噬菌體Thl；1971年Paytehteh使用紫外線和絲裂黴素C誘導B.t噬菌體並大量分離它們；隨後對噬菌體的結構、鑒定、抗體、複製、超微結構、生活周期、二元溶原現象等進行了研究；1978年何能伯在國內首次分離B.t噬菌體並研究其生理學；1978年噬菌體研究專家Ackermann分離出7種溶原性噬菌體並詳細研究噬菌體Bam35的結構和性質。上世紀八十年代以後，國外關於蘇雲金杆菌噬菌體的研究轉到了遺傳育種有關方麵。因為蘇雲金杆菌間進行基因交換的方式有限，而溶原性噬菌體卻可作為研究蘇雲金杆菌遺傳傳遞係統和確定其基因連鎖群的一種工具。如1984年Barsomian利用轉導噬菌體連接了蘇雲金杆菌染色體上的遺傳標記[9]，Ruhfel等則利用轉導噬菌體在B.thuringiensis；B.cerus 和B.anthacis間轉移質粒。1989年日本學者Kohzo Kanda還發現了一種在蘇雲金杆菌AF101株的質粒上整合著的噬菌體J7W-1[10]。在此期間，還對多元噬菌體的生長特性、溶原性噬菌體Tm2的拮抗作用、酶切圖譜、分子雜交、種間轉染、遺傳標記、分子量及末端重複率的估算等進行研究；1982年，Z.Y.Han首次在國內研究了噬菌體的血清學性質；1987年國內首次進行溶原性噬菌體研究；同年， Besaeva探索生產噬菌體用於臨床試驗。在進入九十年代後，大量生產實用的aizawai菌株的噬菌體、劃分出25種模式噬菌體、研究chitosan對抑製噬菌體的爆發作用、用M13DNA作B.t的指紋分析以及研究噬菌體kk-88的粘性末端和3′端突出。二十一世紀以來，進一步研究B.t噬菌體的分子生物學，對噬菌體的核酸性質、爆發機理、基因組的測序進行了研究。
在國外，蘇雲金杆菌溶原性噬菌體的研究早已進入分子生物學水平。一些噬菌體的基因組序列已被陸續測定。一個與質粒pBClin15極其相似的線性雙鏈的基因組Bam35的序列被確定，其大小為15kb。同年，另一個噬菌體GIL01的基因組序列也被測定，並克隆表達了該基因組上的兩個胞壁質酶基因 [11]。噬菌體GIL16 的基因組全序列也被測定[12]。但國內對蘇雲金杆菌溶原性噬菌體的研究剛剛開始，1985年，王國珣鑒定出了核酸的類型和鏈型；朱素娟誘導出幾株蘇雲金杆菌溶原性噬菌體，也未進行深入的工作[7]。王衛國曾研究了三株蘇雲金杆菌噬菌體結構蛋白[8]。至於有關蘇雲金杆菌溶原性噬菌體基因組學的研究還未見報道。
已經全序列報道的三個噬菌體同屬Tectiviridae 家族，它們的基因組長度很為31個ORF左右。Bam35為Gram陽性；GIL01和GIL16 都為Gram陰性，並與噬菌體PRD1非常相似。其中GIL01和GIL16的剪切酶、DNA 聚合酶、類LexA 阻遏因子、DNA包裝蛋白、溶菌酶和胞壁酶等基因被分析。GIL16的兩個溶菌酶基因與GIL01的兩個胞壁酶基因都是溶解細菌的細胞壁[11]，而且這兩個基因在整個基因組上排序相同。對噬菌體DNA 聚合酶基因研究得最透切，其次是DNA包裝蛋白，溶菌酶和胞壁酶，但是對類LexA 阻遏因子研究得比較少。至於Bam35，雖然已經報道出全序列基因組有32個，但沒有對這些基因進行功能分析。對其它的B.t噬菌體的個別基因也有所研究[13]。
2001年，Meij認為所有的DNA 聚合酶都屬於B家族，其中有三個主要的保守區涉及核甘酸鏈區的結合。擁有相似功能的除了噬菌體GIL01和GIL16外，還有幾個其它的噬菌體，如噬菌體Φ29,M2,PZA和PRD1。此外，它們還跟Neurospora crassa, Flammulina velutipes 和Kluyveromyces lactis幾個黴菌的DNA 聚合酶相似，相似程度都達到了30%左右。類LexA 阻遏因子基因跟其它幾個類LexA 阻遏因子的N-端部分相似，相似部分負調節細菌的DNA修複和合成，或者抑製噬菌體的裂解功能。這些阻抑物的N-端保守區域被認為與DNA的識別有關。DNA包裝蛋白基因功能與PRD1和PR4的DNA包裝蛋白很相似。
噬菌體GIL01的胞壁酶的氨基酸序列跟其它溶菌酶的相似。這些溶菌酶在很多的細菌和其它噬菌體中都有發現，如噬菌體Bastille, phi-gle 和phi-105等。1995年，Buist認為同源性主要位於該酶的N-端區域，這是因為可能含有活性位點。在細菌中，這些溶菌酶涉及了肽聚糖的再循環、細胞的分離、鞭毛或芽孢的形成。同時，用於溶解部分的細胞壁而使噬菌體進入或離開細胞[14]。
目前蘇雲金杆菌噬菌體的研究熱點主要集中在各未知基因功能、原噬菌體的形態、與宿主的關係、溶原與裂解的調控、過渡的調節機製等。目前已經測出全序列的蘇雲金杆菌噬菌體還很少，隨著測序技術的進步和成本的下降，更多的蘇雲金杆菌噬菌體基因組將被測定並進行比較，以期發掘出更多有用的基因，特別是對溶原與裂解的調控基因的研究，可直接為生產上防治溶原性噬菌體提供科學依據[15]，尋找影響或控製溶原性噬菌體隨機爆發的理化或生物因素。
參考文獻
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