噬菌体疗法概论宿主菌细胞裂解讲解.pptx

职业教育医学生物技术专业教学资源库宿主菌细胞裂解噬菌体疗法概论

宿主菌细胞裂解宿主菌细胞裂解裂解宿主细胞是最后一步，也是很危险的一步，需要把握好时机。如果裂解启动太早，产生的噬菌体太少，不能有效裂解宿主细胞；如果启动太晚，感染时机和新一轮繁殖的暴发期则会丢失。有尾噬菌体裂解涉及两个组分：可以切除肽聚糖基质化学键的裂解素(lysin),以及在细菌细胞内膜上组装成孔道，方便裂解素通过肽聚糖层并加速裂解的孔蛋白。

宿主菌细胞裂解宿主菌细胞裂解生长条件和遗传组成影响噬菌体裂解宿主细胞的时机。可以筛选获得裂解时间改变的噬菌体突变菌株(图1,图2)。裂解的一般机制，以及各种裂解素和孔蛋白将在其他章节讨论。无尾噬菌体编码许多“单蛋白裂解-加速蛋白”(single-proteinlysis-precipitatingprotein),以及“肽聚糖处理酶”(peptidoglycan-processingenzyme)(图3)。裂解过程一般用时非常短。

图1外源添加内溶素(浓度100μg/mL)快速裂解革兰氏阳性菌(标尺：10μm)单增李斯特菌与重组的酰胺酶Ply511混合，相差显微镜观察裂解情况。120~150秒后细菌细胞壁完全裂解宿主菌细胞裂解

图2细菌细胞壁和内溶素靶标宿主菌细胞裂解

图3肉眼观察内溶素活性宿主菌细胞裂解

1.噬菌体裂解蛋白和裂解系统噬菌体相关的裂解过程比较复杂，尤其是dsDNA噬菌体。噬菌体生长周期中，唯一的重大决策可能就是何时终止感染，裂解宿主细胞。所有其他过程都旨在使宿主细胞内最大量地积累感染性病毒粒子。目前的研究发现裂解涉及两个蛋白质：裂解肽聚糖层的内溶素和使内溶素精准地从细胞质进入周质空间的孔蛋白。有些抗孔蛋白也发挥调控作用。小单链DNA和RNA噬菌体自身不编码内溶素或孔蛋白，或者精细调控的裂解时机，但它们进化出各种小的“蛋白质抗生素”(proteinantibiotic),招募宿主酶，破坏肽聚糖层。宿主菌细胞裂解

2.孔蛋白、内溶素和“裂解时控”(lysistiming)捕食者-猎物(predator-prey)关系是指特定噬菌体/宿主在特定条件和适当时间内，噬菌体在宿主内线性增殖与子代噬菌体释放后又要寻找新猎物，实现指数增殖的平衡过程。孔蛋白-内溶素组合有利于影响噬菌体竞争能力的几个关键性质的演化。宿主菌细胞裂解

(1)裂解真正开始前，系统的完整性和产率不受损害。(2)在预设的时间内，传染性子代噬菌体的释放应当非常迅速而高效。(3)噬菌体释放的时机设定应当是有利于释放已经合成的子代噬菌体，攻击新的宿主，有利于存活。宿主菌细胞裂解

(4)突变或者重组获得的变异菌株应当被不断选择，筛选出特定噬菌体和条件更有利于裂解时控。T4样噬菌体利用前述性质(3),形成裂解抑制(lysisinhibition)。T4样噬菌体试图形成超感染,但环境中缺乏宿主，因此裂解被推迟，允许在宿主内继续产生噬菌体，为这些噬菌体提供保护，直到外界条件更适合。宿主菌细胞裂解

孔蛋白可以聚集在内膜形成一定结构，允许内溶素外排，降解细胞壁，据此控制噬菌体感染过程中的裂解时机。孔蛋白是很小的膜蛋白，但变异较大。已知有250多个可能的孔蛋白序列，分为3大类，属于50多个家族。宿主菌细胞裂解

各类噬菌体内溶素攻击肽聚糖层的不同键。细菌细胞壁刚性强，防止细菌在低渗透压环境中破裂。肽聚糖类似包裹细菌的口袋。但是这个口袋可以生长、分裂，且不丧失结构完整性，也是青霉素等抗生素的靶标。宿主菌细胞裂解

3.小噬菌体的单一蛋白质裂解系统各种小单链DNA和RNA噬菌体裂解诱导策略是颠覆宿主平时用来延伸肽聚糖的酶，利用这些酶来进行裂解和噬菌体释放。这些蛋白质抗生素也称为“无胞壁素”。无胞壁素因噬菌体而异，影响胞壁肽合成的多个步骤，这也提供了研发抗生素的新思路。宿主菌细胞裂解

4.T偶数噬菌体的裂解和裂解抑制T偶数噬菌体(T-evenphage)发生裂解时，一般在宿主细胞内积累了100～300个噬菌体。与有尾噬菌体一样，裂解需要两种蛋白质，T4噬菌体溶菌酶的编码基因是e(endolysin的缩写)。T4噬菌体孔蛋白由基因t编码，负责在内膜上打孔，有利于溶菌酶从细胞质进入肽聚糖层。溶菌酶或孔蛋白任何一个缺乏，裂解都不会发生。宿主菌细胞裂解

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