蘇云金桿菌噬菌體綜述

  蘇云金桿菌噬菌體綜述

廖威廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南寧 530226

摘要:該文對蘇云金桿菌噬菌體的生理學(xué)和基因組學(xué)進(jìn)行綜述，提出了對其溶原性噬菌體的研究問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:  蘇云金桿菌,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(fā)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(guān)系可分為烈性噬菌體和溶原噬菌體。后者的基因組能夠整合進(jìn)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(chēng)為前噬菌體，帶有前噬菌體基因組的細菌稱(chēng)為溶原性細菌。前噬菌體可以誘導脫離宿主基因組而進(jìn)入溶菌周期，產(chǎn)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(tài)：1）具有感染性的游離顆粒 2）宿主細胞的質(zhì)粒3）前噬菌體。溶原性噬菌體兩個(gè)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于同一宿主中。

蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis，B.t）作為一類(lèi)不污染環(huán)境而又有效的微生物殺蟲(chóng)劑已經(jīng)廣泛應用。早在1960年就發(fā)現了溶原性噬菌體存在于蘇云金桿菌中。83%的B.t亞種菌株均能分離到溶原性噬菌體,有些高效價(jià)的生產(chǎn)菌株本身就是溶原菌株。1990年喻子牛發(fā)現由噬菌體引起的B.t發(fā)酵倒灌率輕者為15-30%，重者達到50-80%。由于蘇云金桿菌高頻率的溶原化，使得溶原性噬菌體成為蘇云金桿菌發(fā)酵工業(yè)的首要危害。雖然早在四十多年前就開(kāi)始研究蘇云金桿菌噬菌體的特性，并提出過(guò)一些防治方法，如把脫乙酰殼多糖加入發(fā)酵培養基中用來(lái)防止噬菌體的危害，但至今還沒(méi)有一種有效的防治方法。

蘇云金桿菌噬菌體具有其它噬菌體的一般特性�；�本形態(tài)為蝌蚪形^[1，2]，屬于有尾噬菌體科，由頭部和尾部?jì)刹糠纸M成^[3]。具體的三種形態(tài)為：肌尾噬菌體，尾巴長(cháng)可以收縮，屬于A組(如：TP33)；長(cháng)尾噬菌體，尾巴長(cháng)不能收縮，屬于B組(如：TP21、TP35、TP51、TP52)；短尾噬菌體，尾巴很短，屬于C組(如：TP1)。

可以用抗血清區分不同的噬菌體分型。近半個(gè)世紀的研究中，至少從蘇云金桿菌

中分離出噬菌體1-97, Bam35，Bastille， GIL01，GIL16，T22，Tm2，Tg4，Px1，SU-11等等97種。經(jīng)常涉及的蘇云金桿菌亞種或血清型有galleriae,aizawai,berliner,AF101,dendrolimus,kurstakiHD1,kumantoensis H18和israelensis 菌株^[4，5]；而且這些噬菌體與來(lái)自Bacillus cereus、Bacillus anthaeis和Bacillus licheniformis的噬菌體在結構形態(tài)上很相近。參與研究的國家有前蘇聯(lián)、日本、比利時(shí)、法國、芬蘭、加拿大、美國、英國等，特別是前蘇聯(lián)，在國家財政的支持下，進(jìn)行了噬菌體的生理學(xué)、理化特性、臨床治療等一系列的研究。這一時(shí)期很多科學(xué)家如：Zvenigorodskii，Azizbekian,Kochkina,Colasito,Rautenshtein,Smirnova和Minenkova對研究蘇云金桿菌噬菌體生理學(xué)和理化特性做出了較大的貢獻。

對于蘇云金桿菌噬菌體的研究，一般都集中在形態(tài)學(xué)和生物學(xué)兩方面^[6]，對其核酸方面的研究比較滯后。三分之二的噬菌體僅限于對其分離純化及形態(tài)的觀(guān)察。如噬菌體的形態(tài)、噬斑形態(tài)、宿主范圍、血清學(xué)、一步生長(cháng)曲線(xiàn)、紫外線(xiàn)和絲裂霉素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；隨后的十年間，Stefanov等從不同的亞種中分離出噬菌體，并首次進(jìn)行了比較全面的生理學(xué)方面的試驗。1970年Barjac首先發(fā)現了B.t轉導噬菌體Thl；1971年Paytehteh使用紫外線(xiàn)和絲裂霉素C誘導B.t噬菌體并大量分離它們；隨后對噬菌體的結構、鑒定、抗體、復制、超微結構、生活周期、二元溶原現象等進(jìn)行了研究；1978年何能伯在國內首次分離B.t噬菌體并研究其生理學(xué)；1978年噬菌體研究專(zhuān)家Ackermann分離出7種溶原性噬菌體并詳細研究噬菌體Bam35的結構和性質(zhì)。上世紀八十年代以后，國外關(guān)于蘇云金桿菌噬菌體的研究轉到了遺傳育種有關(guān)方面。因為蘇云金桿菌間進(jìn)行基因交換的方式有限，而溶原性噬菌體卻可作為研究蘇云金桿菌遺傳傳遞系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云金桿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(zhì)粒。1989年日本學(xué)者Kohzo Kanda還發(fā)現了一種在蘇云金桿菌AF101株的質(zhì)粒上整合著(zhù)的噬菌體J7W-1^[10]。在此期間，還對多元噬菌體的生長(cháng)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、分子量及末端重復率的估算等進(jìn)行研究；1982年，Z.Y.Han首次在國內研究了噬菌體的血清學(xué)性質(zhì)；1987年國內首次進(jìn)行溶原性噬菌體研究；同年， Besaeva探索生產(chǎn)噬菌體用于臨床試驗。在進(jìn)入九十年代后，大量生產(chǎn)實(shí)用的aizawai菌株的噬菌體、劃分出25種模式噬菌體、研究chitosan對抑制噬菌體的爆發(fā)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(lái)，進(jìn)一步研究B.t噬菌體的分子生物學(xué)，對噬菌體的核酸性質(zhì)、爆發(fā)機理、基因組的測序進(jìn)行了研究。

在國外，蘇云金桿菌溶原性噬菌體的研究早已進(jìn)入分子生物學(xué)水平。一些噬菌體的基因組序列已被陸續測定。一個(gè)與質(zhì)粒pBClin15極其相似的線(xiàn)性雙鏈的基因組Bam35的序列被確定，其大小為15kb。同年，另一個(gè)噬菌體GIL01的基因組序列也被測定，并克隆表達了該基因組上的兩個(gè)胞壁質(zhì)酶基因 ^[11]。噬菌體GIL16 的基因組全序列也被測定^[12]。但國內對蘇云金桿菌溶原性噬菌體的研究剛剛開(kāi)始，1985年，王國珣鑒定出了核酸的類(lèi)型和鏈型；朱素娟誘導出幾株蘇云金桿菌溶原性噬菌體，也未進(jìn)行深入的工作^[7]。王衛國曾研究了三株蘇云金桿菌噬菌體結構蛋白^[8]。至于有關(guān)蘇云金桿菌溶原性噬菌體基因組學(xué)的研究還未見(jiàn)報道。

已經(jīng)全序列報道的三個(gè)噬菌體同屬Tectiviridae 家族，它們的基因組長(cháng)度很為31個(gè)ORF左右。Bam35為Gram陽(yáng)性；GIL01和GIL16 都為Gram陰性，并與噬菌體PRD1非常相似。其中GIL01和GIL16的剪切酶、DNA 聚合酶、類(lèi)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(gè)溶菌酶基因與GIL01的兩個(gè)胞壁酶基因都是溶解細菌的細胞壁^[11]，而且這兩個(gè)基因在整個(gè)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(lèi)LexA 阻遏因子研究得比較少。至于Bam35，雖然已經(jīng)報道出全序列基因組有32個(gè)，但沒(méi)有對這些基因進(jìn)行功能分析。對其它的B.t噬菌體的個(gè)別基因也有所研究^[13]。

2001年，Meij認為所有的DNA 聚合酶都屬于B家族，其中有三個(gè)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(gè)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(gè)霉菌的DNA 聚合酶相似，相似程度都達到了30%左右。類(lèi)LexA 阻遏因子基因跟其它幾個(gè)類(lèi)LexA 阻遏因子的N-端部分相似，相似部分負調節細菌的DNA修復和合成，或者抑制噬菌體的裂解功能。這些阻抑物的N-端保守區域被認為與DNA的識別有關(guān)。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(fā)現，如噬菌體Bastille, phi-gle 和phi-105等。1995年，Buist認為同源性主要位于該酶的N-端區域，這是因為可能含有活性位點(diǎn)。在細菌中，這些溶菌酶涉及了肽聚糖的再循環(huán)、細胞的分離、鞭毛或芽孢的形成。同時(shí)，用于溶解部分的細胞壁而使噬菌體進(jìn)入或離開(kāi)細胞^[14]。

目前蘇云金桿菌噬菌體的研究熱點(diǎn)主要集中在各未知基因功能、原噬菌體的形態(tài)、與宿主的關(guān)系、溶原與裂解的調控、過(guò)渡的調節機制等。目前已經(jīng)測出全序列的蘇云金桿菌噬菌體還很少，隨著(zhù)測序技術(shù)的進(jìn)步和成本的下降，更多的蘇云金桿菌噬菌體基因組將被測定并進(jìn)行比較，以期發(fā)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(chǎn)上防治溶原性噬菌體提供科學(xué)依據^[15]，尋找影響或控制溶原性噬菌體隨機爆發(fā)的理化或生物因素。

參考文獻

[1] 何能波，陳見(jiàn)璋，林彩嬋. 蘇云金桿菌的六種噬菌體. 微生物學(xué)報，1978，18（3）：220-224.

[2] 司樨東. 細菌病毒----噬菌體的分類(lèi)和命名. 病毒學(xué)雜志，1987，1：3-9.

[3] Ackermann HW. Bacteriophage observations and evolution. Res Microbiol., 2003, 154: 245-51.

 [4] Koretskaia N.G., Kuzin A.I., Svetoch O.E. et al. Structure and biological features of the temperate phage of Bacillus thuringiensis var. galleriae 69/9, sensitive to chloroform. Molekuliarnaia genetika, mikrobiologiia i virusologiia., 1989, 8: 27-34.

[5] Tam A. and Fitz-James P. Plasmids associated with a phagelike particle and with a satellite inclusion in Bacillus thuringiensis ssp. israelensis. Can J Microbiol.,1986, 32: 382-8.

[6]Colasito D.J. and Rogoff M.H. Characterization of lytic bacteriophages of Bacillus thuringiensis. J Gen Virol., 1969a, 5: 267-74.

[7] 朱素娟. 蘇云金桿菌的溶原性.《殺蟲(chóng)微生物》第一卷：88-90，1987.

[8] 王衛國，閘遠鈞，孫富林.  3株蘇云金桿菌噬菌體的核酸性質(zhì). 中國生物防治，2000， 16(2)：69～73.

[9] Barsomian G.D., Robillard N.J. and Thorne C.B. Chomosomal mapping of Bacillus thuringiensis by transduction. J Bacteriol.,1984, 157: 746-50.

[10] Kanda K., Tan Y. and Aizawa K.A. a novel phage genome integrated into a plasmid in Bacillus thuringiensis strain AF101. J Gen Microbiol., 1989, 135: 3035-41.

 [11] Verheust C., Fornelos N. and Mahillon J. The Bacillus thuringiensis phage GIL01 encodes two enzymes with peptidoglycan hydrolase activity. FEMS Microbiol Lett., 2004, 237: 289-95.

[12] Verheust C., Fornelos N. and Mahillon J. GIL16, a new gram-positive tectiviral phage related to the Bacillus thuringiensis GIL01 and the Bacillus cereus pBClin15 elements. J Bacteriol., 2005,187:1966-73.

[13] Walter T.M., Aronson A.I. Transduction of certain genes by an autonomously replicating Bacillus thuringiensis phage. Appl Environ Microbiol., 1991, 57:1000-5.

 [14] Young I, Wang I, Roof W.D. Phages will out: strategies of host cell lysis. Trends Microbiol., 2000, 8:120-8.

[15] Blokhina T.P., Sakharova Z.V., Ignatenko I.N., et al. Variability of Bacillus thuringiensis under various growth conditions. Mikrobiologiia., 1984, 53: 427-31

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