噬菌蛭弧菌、噬菌体和细菌素

中国医学细菌中心弧菌噬菌体研究室  秦生巨

在流行病学和细菌学的研究中，噬菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus，简称蛭弧菌）、噬菌体、细菌素的研究及其应用已越来越引起人们的关注。蛭弧菌、噬菌体、细菌素是分属于细菌、病毒、抗菌物质3种不同的有机物，但它们有许多相似的生物特性，而且往往引起人们产生错误的概念。

蛭弧菌是一类专门以捕食细菌为生的寄生性细菌，它比通常的细菌小，有噬菌体、细菌素的作用，且具有细菌的特性。其宿主范围广泛，对大部分阴性菌都有裂解作用，敏感性较高，特异性不强，但作用方式类似噬菌体和细菌素。蛭弧菌繁殖一代需4~6h，每次可复制6~36个子代细胞。蛭弧菌可以在死菌上生长而与噬菌体、细菌素有别。蛭弧菌的作用可吸附到宿主细胞上并进入宿主细胞内，在其中生长繁殖。最终导致宿主菌裂解。

噬菌体是一类细菌特异性的病毒，它有典型的病毒形态和结构。噬菌体对宿主有高度的特异性，噬菌体的宿主范围是鉴别菌株的一个有用的特性，但并不是一个不变的特性。噬菌体的作用方式，是以尾鞘吸附到宿主细胞特定的受点上，向菌体内注射RNA，并在菌体内复制子代，最终类似蛭弧菌溶解宿主的方式，释放子代。噬菌体不能在停止新陈代谢的宿主内生长繁殖。

细菌素是细菌产生的一类抗菌物质，也是一种具有抑制细菌活性的高分子蛋白质类物质。但其抑制作用范围比较窄，只对产生细菌素菌株有近缘的相应的受体菌才有抑制作用，和噬菌体一样具有较强的特异性。细菌素在作用方式上与噬菌体、蛭弧菌相似，但细菌素不能繁殖，对蛋白酶敏感等与蛭弧菌、噬菌体有别。细菌素吸附在敏感菌株的细胞上将其杀死，但不象蛭弧菌、噬菌体一样引起菌细胞溶解。

本文就蛭弧菌、噬菌体、细菌素的检测方法、形态结构、理化特性、化学组成、作用机理以及其应用范围等异同性作一系统阐述。

一、检测方法

（一）蛭弧菌的检测

蛭弧菌的检测方法及其计数与噬菌体、细菌素所采用的双层琼脂平板是一致的，所不同的是蛭弧菌所利用的宿主菌是经过洗涤的浓缩菌液（400亿/ml）。培养基采用自来水双层琼脂，不需加入特殊的营养成份。在自来水双层琼脂的上层中加入浓厚的宿主菌，此时平板呈半透明背景，蛭弧菌可在含有敏感宿主菌细胞的双层琼脂平板上形成噬菌斑。蛭弧菌在此双层琼脂中形成的噬菌斑可随时间的延长而逐渐的扩大，直至宿主细胞被耗尽。形成噬菌斑的时间一般为40~48h。但在死菌上蛭弧菌形成噬菌斑的时间可提前到14~16h。蛭弧菌在死菌中形成的噬菌斑数目是活菌的35~290倍。在噬菌体、细菌素的增殖中无这些现象的报道。蛭弧菌在营养琼脂平板中形成噬菌斑。蛭弧菌的最适生长温度为25~30℃。

（二）噬菌体的检测

噬菌体的分离可用平板接种法或肉汤培养物的裂解法。噬菌体的测定目前已普遍采用双层琼平板法。在这些方法中所采用的宿主菌均为新陈代谢中的细菌，一旦宿主菌停止新陈代谢，则噬菌体的生长繁殖同时停止。噬菌体的生长温度为37℃。用检查噬菌体和细菌素的方法，蛭弧菌则不能生长形成噬菌斑，反之用检查蛭弧菌的方法检查噬菌体，也不能形成噬菌斑。

平板接种效率是检测噬菌体颗粒在接种平板后实际形成噬菌斑的比例数的常用方法。它取决于噬菌体颗粒吸附敏感宿主细胞的能力和被感染宿主释放噬菌体的能力。影响平板接种效率的因素很多，如培养物中死菌的存在，以及培养基的成份等。

（三）细菌素的检测

检测细菌素的方法和噬菌体基本相同。把敏感菌株培养物种在平板表面，然后将产生细菌素的细菌培养物或其产物接种在上面，37℃24h后可形成抑菌区。交叉划线法和三层琼脂法检测细菌素也是理想的方法。细菌素分型常采用已知的细菌素对待检菌的检测。细菌素产生菌及敏感菌的筛选可采用交互作用的方法。把其菌株既作为细菌产生株，又作为敏感菌，配对检测细菌素的活力单位，在标准条件下，细菌素使敏感菌在琼脂上呈现清晰的抑制生长区域的最高稀释度为一个细菌素活力单位。对不同种和不同型的细菌素，其活力差别很大。

二、形态和结构

（一）蛭弧菌的形态与结构

蛭弧菌革兰染色呈阴性弧杆菌，相差显微镜下，可见呈跳跃式的运动。电镜观察，蛭弧菌以弧、杆状为主。其菌体长约0.8~1.2nm。胞浆常可观察到致密小体，长约150~300nm，宽为70~120nm，呈片状结构。核区非常明显，周围包绕着数个核糖体颗粒。在蛭弧菌中还可见到间体及其他许多内含物质，有人认为间体的存在与蛭弧菌附着宿主菌有关。

蛭弧菌鞭毛结构是独特的，它由鞭毛鞘和轴心组成，鞘壁厚约7.5nm，轴心直径约为13nm。蛭弧菌鞭毛的结构与其它革兰阴性菌的鞭毛结构基本相似，但未发现鞭毛基部有类似于其它革兰阴性鞭毛基部所具有的L环结构。

（二）噬菌体的形态与结构

噬菌体不能在光学显微镜下观察到，因此，对噬菌体形态、结构的认识，得从电子显微镜开始，这一点与细菌素是相同的。噬菌体个体叫做病毒粒子，它的形状有3种，包括蝌蚪形、微球形和纤丝形。

目前已知大部分噬菌体是属于蝌蚪形，它由头和尾两部分组成。噬菌体尾部的结构比较复杂，是感染、吸附、侵入宿主细胞的器官。蛭弧菌、细菌素不具有这种结构上的特殊分化感染器官。按其尾部形态特征可分为两类，一类尾部较长，有伸缩性尾鞘，如T2、T4和T6等；另一类尾部无伸缩性，并呈现不同程度的易变性，如T1、T3、T5、T7和λ噬菌体等。以T2噬菌体为例，头呈六角棱柱体，头长95nm，宽65nm。外壳是蛋白质，由2000个蛋白质亚单位组成。亚单位的分子量为80kD，外壳厚2.5~3nm ,具有弹性、能伸缩，有助于核酸“注射”到宿主菌体内。尾部至少有尾鞘、尾髓、基板、尾丝、尾针等几部分组成。

微球形噬菌体较小，约20~60nm，电镜可见到呈二十面体的结构，没有尾部或突起。φ174 在二十面体的每个顶角附有一纽结结构。噬菌体颗粒的蛋白质外壳包着核酸。

纤丝形噬菌体结构较为简单，呈弯曲丝状，长度可达到600~800nm，没有吸附器官，可直接穿过胞壁而侵染宿主。

（三）细菌素的形态与结构

细菌素是一种生物活性很强的蛋白质物质，或是脂多糖蛋白质复合物，可称为有活性的慢白颗粒。用电镜技术检查，大部分细菌素呈杆形颗粒状，有髓质和鞘组成。有些细菌素形态与大肠杆菌T系偶数噬菌体的有收缩力的尾部结构相似。细菌素的形态可分为收缩型和伸长型两种，收缩型的核和壳的直径较短，一般仅为5~50nm。而伸长型则约为70~130nm。细菌素大小有很大的差别，V型大肠杆菌可通过火棉胶膜，而A型大肠杆菌素是不能透析的，E型大肠杆菌颗粒较大，20000r/min离心2h不能洗下来。铜绿假单胞菌产生的绿脓杆菌素可分为3种：R型，沉降系数90S，分子量1200kD；F型，沉降系数35S，分子量323kD；S型，沉降系数未见报道，分子量在10KD以下。霍乱弧菌产生的弧菌素呈短杆状颗粒，有一个20nm的鞘和一个直径5nm和外径10nm的髓。这种弧菌素的颗粒与完整的霍乱弧菌噬菌体有收缩力鞘的尾部相似。弧菌素有能伸出鞘的尾状结构，其大小是104nm×21nm ，尾部的一端有清楚的颈部，另一端则有纤毛可附属物。收缩鞘长为45nm，宽为24nm，突出的髓部仅宽9nm，长约104nm。

三、理化性质和化学组成

（一）蛭弧菌的化学组成分及其性质

蛭弧菌具有典型的革兰阴性菌的化学组分，含有肽聚糖成分。肽聚糖成分由胞壁酸葡萄糖胺及其它13种氨基酸组成，其甘氨酸：谷氨酸：二异丙基氟磷酸：胞壁酸：谷氨酰胺的比例为 2：1：1：1：1。

蛭弧菌的蛋白质含量丰富，可达细胞干重的60%~65%，DNA的含量为5%，含有典型的嘌呤和嘧啶，DNA的G+C百分含量，大部分菌株为50.2%±0.8%~50.8%±0.9%。到目前为止，除了蛭弧菌的DNA基因位置和装配结构尚不清楚外，还未发现蛭弧菌DNA结构或成分的特殊性。

Thomashow报道，蛭弧菌鞭毛主要是由蛋白质、磷脂和脂多糖组成，其鞭毛轴心由多肽组成。鞭毛磷脂高达54%~58%，蛋白质含量仅为23%~28%。与细胞外膜的磷脂、蛋白质的含量有明显的差异。蛭弧菌Bduki2含有磷脂，其脂质中所含有的鞘脂类是其细菌研究中极为罕见的。    

（二）噬菌体的化学组成和理化特性

噬菌体元素组成主要包括碳、氢、氧、氮、硫等。WH分析表明，碳为42%，氮13.2%，氢6.4%，磷3.7%。这些元素组成的核酸和蛋白质，占噬菌体重量的90%以上。核酸组成噬菌体的髓核，是遗传信息的载体，蛋白质组成噬菌体的衣壳，具有保护作用。核酸和蛋白质约各占一半，随种类的不同而变化。

噬菌体的核酸分DNA和RNA，但在同一噬菌体中不可能同时含有DNA和RNA这是噬菌体分类的基本依据。其中又分单链和双链。

T偶数噬菌体DNA中的胞嘧啶被5-羟甲基胞嘧啶所取代。近年来发现大肠杆菌噬菌体和伤寒沙门菌噬菌体都含有5-羟甲基胞嘧啶。有的噬菌体DNA中的胸腺嘧啶被5-羟甲基尿嘧啶取代。还有某些噬菌体DNA中含有已糖-葡萄糖，并与5-羟甲基胞嘧啶的羟甲基相联结。

噬菌体中的蛋白质主要组成外壳，氨基酸形成的多肽链组成每个蛋白质亚单位，它们在形态上叫壳粒。一个壳粒蛋白实际上就是具高级结构的蛋白质，噬菌体颗粒就是其四级结构的核蛋白大分子。

T偶数噬菌体除头部蛋白和可收缩尾部蛋白质外，还有一些功能不明的内部蛋白占总蛋白质的3%，此外还含有少量其他物质，如酸溶性肽类，主要为门冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸；两种酸溶性多胺——腐胺和精胺。

（三）细菌素的化学组分及理化性质

细菌素是一种具有生物活性蛋白质类物质。大多数细菌素是含有蛋白质和脂多糖的复合物多浆体，相当于菌体O抗原。细菌素抑制菌体的生长作用与蛋白质成分有关，在蛋白酶的作用下，可破坏其抑菌活性，其活性也与糖脂质有关。弧菌在pH1.3~12.5的范围内作用30min不受影响，56℃环境经5h或煮沸1min不被灭活。但是37℃，pH8.0的环境中与0.05%的胰蛋白酶接触20min，或100℃10min可灭活。绿脓菌素在 pH 6.5—9.5环境中是稳定的，经蛋白酶作用，冻融或蒸镏水透析均可失去活性。不同的大肠杆菌素有弥散性，对加热和pH的敏感性等特性有很大差别。V型、D型和E型大肠菌素极易溶于水，能被硫酸胺及有机溶剂沉淀，而对UV，RNA酶及DNA酶是不敏感的。K型大肠菌素可用75%的乙醇和在pH4.5的环境中用75%的硫酸胺反复沉淀，然后再进行透析，并用氯仿-辛醇处理，可得到纯化和浓缩的大肠菌素。这样的K型大肠菌素是耐热的。

四、作用机制

（一）蛭弧菌噬菌体特性及生命过程

蛭弧菌为细胞内寄生物，整个生活周期可分为识别、侵染、穿入宿主菌体、生长发育、裂解宿主菌、释放子代蛭弧菌。

蛭弧菌通过自由碰撞，以没有鞭毛的一端直接吸附在宿主菌上，菌体高速运转，此后通过宿主菌的细孔进入细胞间质中。侵入过程非常的快，几秒钟内即可完成。蛭弧菌穿入宿主菌后，鞭毛消失，整个过程最长为60min。穿入方式：（1）由于蛭弧菌高速运转，使得蛭弧菌在宿主菌细胞壁上机械钻孔，穿入细胞壁。其动力主要来源于特殊的鞭毛结构。蛭弧菌在穿入前，宿主菌的吸附位点在细胞内压力作用下使局部凸起，蛭弧菌吸附宿主菌后，在胞壁上钻孔，头部与宿主菌原生质体连在一起，宿主菌细胞壁结构遭到破坏，导致内外渗透压平衡失调，从而引起宿主菌细胞壁和原生质体膨胀，蛭弧菌被动进入膨胀的细胞。（2）蛭弧菌穿入时宿主细胞壁破坏还有诱导酶的产生，诱导物存在于宿主菌细胞壁内，蛭弧菌穿入 宿主细胞壁时，至少有溶菌酶、胞壁酸酶及酯酶的产生。酶是蛭弧菌穿入宿主细胞壁时的主要原因子。

蛭弧菌穿入过程完成后，对宿主菌细胞结构进行一系列的修饰和改造，形成一个适合蛭弧菌生长的环境。蛭弧菌在宿主菌细胞内生长时，可直接利用单体前体物质合成生物大分子，从而极大提高其生物的合成速度。其核酸的合成，是直接利用单核苷酸作前体物质开始合成的途径。同时蛭弧菌存在胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶、胸腺嘧啶核苷磷酸酶及胸腺嘧啶激酶，具有从头合成DNA的潜在能力。

蛭弧菌的裂解机制，以Thomashow报道的“蛭弧菌穿入、稳定、裂解”模型较有代表性。参与这一过程主要的酶包括：聚糖酶、蛋白酶、N-脱酰基酶、酰基转移酶，Brawn去脂蛋白酶，裂解经修饰的肽聚糖，脂酶，溶菌酶等。

聚糖酶及酯蛋白酶只是在蛭弧菌穿入时有活性，而蛋白酶在蛭弧菌的大部分生活期间有活性，但活力不断下降，这3种酶在蛭弧菌钻孔中起作用。N-脱酰基酶、酰基转移酶的作用是维持蛭弧菌生长的环境的稳定。Brawn去脂蛋白酶主要是通过修饰底物细胞壁，使聚糖酶消失，而完成这一功能。当蛭弧菌在间质中生长成熟后，蛭弧菌合成一种新的酶，其功能是全裂解经修饰的肽聚糖，其作用位点是于肽聚糖中不可缺少的氨基糖连接键，从而释放子代蛭弧菌。

（二）噬菌体对宿主菌的作用

当噬菌体吸附到宿主菌特异的受点时，噬菌体尾部丝散开，固着于特异的受点，随之刺突和基板固定在受体上。有的噬菌体为丝状噬菌体，只吸附在性纤毛上。二价和一价离子可以促进噬菌体的吸附，如T1在0.001mol Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺或0.01mol Na⁺、K⁺、Li⁺时吸附最适。三价阳离子可以引起失活。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

T偶数噬菌体尾丝散开并固着于细胞，随后在受点上尾孔端扎入，尾部溶菌酶消解宿主菌细胞壁的坚固内层，溶成孔洞，尾鞘象肌动球蛋白的作用一样，收缩、露出尾鞘，伸入宿主菌细胞壁，如同注射器注射动作，将头部的DNA注入宿主胞内。ATP和dATP参与这个侵入过程，约有70%高能ATP水解成ADP或dADP，这种能源似与宿主无关。侵入细胞物质仅是核酸，蛋白质外壳留在胞壁外，不参与增殖过程，在核酸注入时，也有极微量的内部蛋白质参与，从吸附到侵入时间短，如T4只需15s。但温度降至15℃时，则延长至7min，33℃时需3min完成。

噬菌体的DNA注入细菌细胞后起作支配作用，大量复制子代噬菌体的DNA和蛋白质。合成子代噬菌体的材料来自入侵的个体以及细胞降解物和培养基介质。噬菌体的合成借助于细胞代谢机构，由于本身的核酸物质操纵。

当核酸进入宿主细胞后，不能在细胞中找到噬菌体。在增殖的不同时期内，利用人工方法打开宿主菌细胞，发现在增殖前期，已经有噬菌体蛋白质存在，血清学方法证明是尾部蛋白质，被侵染的宿主菌细胞，开始DNA的合成暂时停止，约过5~6min后，DNA的合成速度增加，合成量超过子代所需的量。在细胞内合成噬菌体的DNA和蛋白质，装配成完整的噬菌体，最后细胞壁裂解，释放出子代噬菌体。溶菌酶在子代噬菌体释放过程中起一定的促进作用。

噬菌体侵入宿主细胞进行系列合成反应时，宿主菌细胞本身进行了一系列工作，以修复噬菌体侵入所引起的创伤，并加固胞壁的结构，阻止细胞质的继续渗出。噬菌体巧妙地利用宿主菌细胞的“机器”而有效地合成自身。

（三）细菌素对敏感菌株的作用

细菌素的作用范围很窄，与噬菌体一样有很强的特异性。有的细菌素只对某菌株有活性，只对产生细菌素的近缘关系的细菌产生作用。被作用的菌株是对细菌素敏感的菌株，敏感菌株的细胞表面有特异的细菌素受体。细菌素吸附在敏感细菌菌株细胞的特异性受体上，从而把敏感菌株杀死，但不引起菌株溶解。细菌素的致死活性可在吸附后，7~10min内通过胰蛋白酶的消化来完成。如果在次于最适生长下发生细菌素吸附时，则菌株的细胞出现一种暂时的“免疫性”，而用诱导剂的细胞产生的细菌素的“免疫性”就会失去。

细菌素的作用部位主要是在细菌的细胞膜上的特异受体。细菌吸附在细胞膜上后，能影响细胞的代谢功能。用放射性同位素标记技术研究大肠菌素时发现标有放射性同位素的大肠菌素残留在细菌的细胞膜上。因此认为细菌素主要在细菌细胞膜上发挥其生物活性作用。而不是进入细胞内。细菌素吸附在菌株细胞上主要抑制细菌的DNA、RNA和蛋白质的合成。有些细菌可穿入细胞内，对核糖体30S亚单位起作用，使其降解，进而抑制蛋白质合成，使细胞呼吸缓慢，引起抑制作用。弧菌素对敏感菌DNA的合成有抑制作用，同时RNA和蛋白质的合成仍然继续，但合成速度减慢。

细菌素对菌株作用的特异性是由敏感菌细胞表面有特异的接受器所决定的。这种接受器在电镜下可观察到或免疫力反应检测得以验证。用特异的抗血清保护敏感菌株不受细菌素作用。敏感菌株提取物中所含有的物质及完整的敏感细菌能吸附细菌素，并有中和作用使细菌素失去活性。用提纯的细菌素也能中和抗细菌素的形成。

细菌对于敏感菌株的作用，是细菌素致死性颗粒吸附在敏感菌株细胞的表面特异性受体上，使细胞代谢受到干扰，抑制细菌的生长。这种反应是不可逆的，其结果是敏感菌株被杀死，但原细胞不发生溶解。这与蛭弧菌、噬菌体溶菌作用是不同的。细菌素的杀菌速度与其浓度呈正比，单个细胞素颗粒能够杀死一个敏感菌株的细胞。有人发现大肠菌素可阻遏噬菌体的发育，推测大肠菌素和噬菌体可能存在一个共同的受体。

五、应用范围

（一）蛭弧菌的噬菌性及其应用

蛭弧菌对革兰阴性菌中大部分菌株都有裂解作用。如沙门菌属、假单胞菌属、欧文菌属等裂解率为75%~99.96%。对部分阳性菌也有裂解作用，但枯草杆菌不能被裂解。蛭弧菌不仅对人体病原菌有裂解作用，而且对动、植物病原菌也有较强的裂解作用，如对嗜水气单胞菌的裂解率为90%以上。为此人们认为，蛭弧菌可被用来防治人类、动植物病菌所带来的危害。

蛭弧菌对污水的净化作用已证实，它可以清除河水中的沙门菌、不凝集弧菌、大肠杆菌、浮球衣菌等，清除率为92.8%~97.4%。目前已普遍认为，蛭弧菌可控制或减少致病菌对环境水源的污染，从而预防一些常见疾病和发生，尤其是肠道传染病的发生和流行，保护人体健康。

蛭弧菌对动物是不致病的，对小鼠、豚鼠和家兔等动物无毒性作用，就是用于猴肾、HeLa细胞培养亦不引起任何细胞病变。蛭弧菌制剂外用有预防动物角、结膜炎的作用。雏鸡口服可防止白痢病的发生和流行，其效果与抗生素的作用一致。而且对仔鸡有增重作用，一般为8.23%~15.66%。蛭弧菌制剂在鱼池中，可净化细菌，减低鱼类的发病率，且效果也很显著。

但蛭弧菌不能象噬菌体、细菌素一样用于细菌的分型或传染源的追踪，这与其对宿主特异性相差有关。

（二）噬菌体的应用

噬菌体分型技述目前已广泛的被采用。1938年，颜春晖首次报道伤寒沙门菌的Vi噬菌体分型法，这个方法后来成为噬菌体作细菌分型的一个模型。噬菌体分型技术在流行病学追踪传染源方面有独特的作用。如弧菌噬菌体分型、沙门菌噬菌体分型、金葡菌噬菌体分型、白喉杆菌噬菌体分型、绿脓杆菌噬菌体分型等。

噬菌体对宿主细胞的吸附有很强的特异性，有人利用这一特性，用噬菌体治疗某些感染性疾病。如利用绿脓杆菌噬菌体可有效的抑制绿脓菌的感染。用药途径以体表感染外用效果最佳，次之腔道喷雾，以口服治疗效果最差。何晓青等近年来利用噬菌体鉴定肠杆菌科细菌得到了满意的结果，为沙门菌的检测提供了极大的方便。

噬菌体作为生物材料等在生物研究中已广泛应用，如大肠杆菌噬菌体等。

（三）细菌素和应用

细菌素对细菌的分型也已被广泛采用。细菌素分型与血清学分型是完全不同的，两者之间无任何关系。细菌素是利用细菌细胞表面特异性受体作用。目前采用细菌素分型方法的有埃希菌属、沙门菌属、志贺菌属、绿脓杆菌、梭状芽胞杆菌和产气克雷伯菌等。细菌素分型在细菌学研究及流行病学调查中有一定的价值。

六、结束语

蛭弧菌、噬菌体和细菌素之间有许多类似之处，但三者均有其独特的特性，可以从许多不同的方面加以比较（附表）。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素对敏感细胞的作用，在许多方面都是类似的。蛭弧菌吸附宿主菌也可能有特定的受体，噬菌体和细菌素吸附宿主必须特异的受体，而且在菌株中噬菌体和细菌素的受体可能是共同的受体。蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用宿主菌的结果，均可导致宿主细胞的死亡。蛭弧菌和噬菌体利用宿主细胞提供的物质并在其体内生长，最终释放出新的子代，宿主菌细胞破裂。细菌素作用于宿主细胞，干扰细胞代谢，抑制细菌生长，敏感菌株被杀死，但细胞不溶解。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用敏感细菌，在含有敏感细菌的双层琼脂上均可形成透明的噬菌斑。形成的噬菌斑随敏感菌株的生长代谢停止而停止扩展。蛭弧菌噬菌斑可随培养时间而扩展，直至宿主菌耗尽。蛭弧菌在死菌上形成噬菌斑的速度更快、数目更多。用检查噬菌体、细菌素的方法很难检出蛭弧菌，用检查蛭弧菌的方法不能检出噬菌体和细菌素。

尽管蛭弧菌、噬菌体和细菌素三者之间有很多明显的相似之处，甚至有共同的特点，但到目前为止，没有足够的理由说明它们之间有任何的联系。因此，必然的结论是，蛭弧菌不同于噬菌体和细菌素，它是典型的革兰阴性菌的特性，它可以被噬菌体侵染；噬菌体不同于蛭弧菌和细菌素，它具有典型的病毒特征，对宿主菌具有很强的特异性：细菌素不同于蛭弧菌和噬菌体，它是具有很强的生物活性的大分子蛋白质，宿主菌特异性很强，不能溶解细菌。

               附表 蛭弧菌、噬菌体和细菌素特性，比较

在流行病学及细菌学的研究中，如传染源追踪、疾病的预测、细菌病的防治、细菌分类及分型等方面，蛭弧菌、噬菌体和细菌素均已显示了它们独特的作用。采用现代分子生物学及分子遗传学技术进一步研究蛭弧菌、噬菌体和细菌素的本质、生物活性、遗传特点以及三者的关联等将是十分有意义的。

本文发表于中国科学技术出版社出版的《医学分子微生物学进展》第二集第120-127页

参考文献

1  林万明主编. 《医学分子微生物学进展》（第一集上册）  北京：中国科学技术出版社 1991：216

2  丁绍卿.      《第二次中国学细菌中心会议会刊 》 1988：82

3   Auderson ES，et al.  J HygCamd  1973;71:618

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5   Stolp,et al.  Phytopathology  1962;45:364

6   Migaotos,et al.  Jpn J Microbiol   1979;19:309

7   Starr M,et al.  Adv  Microbiol  Physiol  1972;8:215

8   Anderson,et al.  J Gen Microbiol  1956;14:676

噬菌蛭弧菌、噬菌体和细菌素

中国医学细菌中心弧菌噬菌体研究室  秦生巨

在流行病学和细菌学的研究中，噬菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus，简称蛭弧菌）、噬菌体、细菌素的研究及其应用已越来越引起人们的关注。蛭弧菌、噬菌体、细菌素是分属于细菌、病毒、抗菌物质3种不同的有机物，但它们有许多相似的生物特性，而且往往引起人们产生错误的概念。

蛭弧菌是一类专门以捕食细菌为生的寄生性细菌，它比通常的细菌小，有噬菌体、细菌素的作用，且具有细菌的特性。其宿主范围广泛，对大部分阴性菌都有裂解作用，敏感性较高，特异性不强，但作用方式类似噬菌体和细菌素。蛭弧菌繁殖一代需4~6h，每次可复制6~36个子代细胞。蛭弧菌可以在死菌上生长而与噬菌体、细菌素有别。蛭弧菌的作用可吸附到宿主细胞上并进入宿主细胞内，在其中生长繁殖。最终导致宿主菌裂解。

噬菌体是一类细菌特异性的病毒，它有典型的病毒形态和结构。噬菌体对宿主有高度的特异性，噬菌体的宿主范围是鉴别菌株的一个有用的特性，但并不是一个不变的特性。噬菌体的作用方式，是以尾鞘吸附到宿主细胞特定的受点上，向菌体内注射RNA，并在菌体内复制子代，最终类似蛭弧菌溶解宿主的方式，释放子代。噬菌体不能在停止新陈代谢的宿主内生长繁殖。

细菌素是细菌产生的一类抗菌物质，也是一种具有抑制细菌活性的高分子蛋白质类物质。但其抑制作用范围比较窄，只对产生细菌素菌株有近缘的相应的受体菌才有抑制作用，和噬菌体一样具有较强的特异性。细菌素在作用方式上与噬菌体、蛭弧菌相似，但细菌素不能繁殖，对蛋白酶敏感等与蛭弧菌、噬菌体有别。细菌素吸附在敏感菌株的细胞上将其杀死，但不象蛭弧菌、噬菌体一样引起菌细胞溶解。

本文就蛭弧菌、噬菌体、细菌素的检测方法、形态结构、理化特性、化学组成、作用机理以及其应用范围等异同性作一系统阐述。

一、检测方法

（一）蛭弧菌的检测

蛭弧菌的检测方法及其计数与噬菌体、细菌素所采用的双层琼脂平板是一致的，所不同的是蛭弧菌所利用的宿主菌是经过洗涤的浓缩菌液（400亿/ml）。培养基采用自来水双层琼脂，不需加入特殊的营养成份。在自来水双层琼脂的上层中加入浓厚的宿主菌，此时平板呈半透明背景，蛭弧菌可在含有敏感宿主菌细胞的双层琼脂平板上形成噬菌斑。蛭弧菌在此双层琼脂中形成的噬菌斑可随时间的延长而逐渐的扩大，直至宿主细胞被耗尽。形成噬菌斑的时间一般为40~48h。但在死菌上蛭弧菌形成噬菌斑的时间可提前到14~16h。蛭弧菌在死菌中形成的噬菌斑数目是活菌的35~290倍。在噬菌体、细菌素的增殖中无这些现象的报道。蛭弧菌在营养琼脂平板中形成噬菌斑。蛭弧菌的最适生长温度为25~30℃。

（二）噬菌体的检测

噬菌体的分离可用平板接种法或肉汤培养物的裂解法。噬菌体的测定目前已普遍采用双层琼平板法。在这些方法中所采用的宿主菌均为新陈代谢中的细菌，一旦宿主菌停止新陈代谢，则噬菌体的生长繁殖同时停止。噬菌体的生长温度为37℃。用检查噬菌体和细菌素的方法，蛭弧菌则不能生长形成噬菌斑，反之用检查蛭弧菌的方法检查噬菌体，也不能形成噬菌斑。

平板接种效率是检测噬菌体颗粒在接种平板后实际形成噬菌斑的比例数的常用方法。它取决于噬菌体颗粒吸附敏感宿主细胞的能力和被感染宿主释放噬菌体的能力。影响平板接种效率的因素很多，如培养物中死菌的存在，以及培养基的成份等。

（三）细菌素的检测

检测细菌素的方法和噬菌体基本相同。把敏感菌株培养物种在平板表面，然后将产生细菌素的细菌培养物或其产物接种在上面，37℃24h后可形成抑菌区。交叉划线法和三层琼脂法检测细菌素也是理想的方法。细菌素分型常采用已知的细菌素对待检菌的检测。细菌素产生菌及敏感菌的筛选可采用交互作用的方法。把其菌株既作为细菌产生株，又作为敏感菌，配对检测细菌素的活力单位，在标准条件下，细菌素使敏感菌在琼脂上呈现清晰的抑制生长区域的最高稀释度为一个细菌素活力单位。对不同种和不同型的细菌素，其活力差别很大。

二、形态和结构

（一）蛭弧菌的形态与结构

蛭弧菌革兰染色呈阴性弧杆菌，相差显微镜下，可见呈跳跃式的运动。电镜观察，蛭弧菌以弧、杆状为主。其菌体长约0.8~1.2nm。胞浆常可观察到致密小体，长约150~300nm，宽为70~120nm，呈片状结构。核区非常明显，周围包绕着数个核糖体颗粒。在蛭弧菌中还可见到间体及其他许多内含物质，有人认为间体的存在与蛭弧菌附着宿主菌有关。

蛭弧菌鞭毛结构是独特的，它由鞭毛鞘和轴心组成，鞘壁厚约7.5nm，轴心直径约为13nm。蛭弧菌鞭毛的结构与其它革兰阴性菌的鞭毛结构基本相似，但未发现鞭毛基部有类似于其它革兰阴性鞭毛基部所具有的L环结构。

（二）噬菌体的形态与结构

噬菌体不能在光学显微镜下观察到，因此，对噬菌体形态、结构的认识，得从电子显微镜开始，这一点与细菌素是相同的。噬菌体个体叫做病毒粒子，它的形状有3种，包括蝌蚪形、微球形和纤丝形。

目前已知大部分噬菌体是属于蝌蚪形，它由头和尾两部分组成。噬菌体尾部的结构比较复杂，是感染、吸附、侵入宿主细胞的器官。蛭弧菌、细菌素不具有这种结构上的特殊分化感染器官。按其尾部形态特征可分为两类，一类尾部较长，有伸缩性尾鞘，如T2、T4和T6等；另一类尾部无伸缩性，并呈现不同程度的易变性，如T1、T3、T5、T7和λ噬菌体等。以T2噬菌体为例，头呈六角棱柱体，头长95nm，宽65nm。外壳是蛋白质，由2000个蛋白质亚单位组成。亚单位的分子量为80kD，外壳厚2.5~3nm ,具有弹性、能伸缩，有助于核酸“注射”到宿主菌体内。尾部至少有尾鞘、尾髓、基板、尾丝、尾针等几部分组成。

微球形噬菌体较小，约20~60nm，电镜可见到呈二十面体的结构，没有尾部或突起。φ174 在二十面体的每个顶角附有一纽结结构。噬菌体颗粒的蛋白质外壳包着核酸。

纤丝形噬菌体结构较为简单，呈弯曲丝状，长度可达到600~800nm，没有吸附器官，可直接穿过胞壁而侵染宿主。

（三）细菌素的形态与结构

细菌素是一种生物活性很强的蛋白质物质，或是脂多糖蛋白质复合物，可称为有活性的慢白颗粒。用电镜技术检查，大部分细菌素呈杆形颗粒状，有髓质和鞘组成。有些细菌素形态与大肠杆菌T系偶数噬菌体的有收缩力的尾部结构相似。细菌素的形态可分为收缩型和伸长型两种，收缩型的核和壳的直径较短，一般仅为5~50nm。而伸长型则约为70~130nm。细菌素大小有很大的差别，V型大肠杆菌可通过火棉胶膜，而A型大肠杆菌素是不能透析的，E型大肠杆菌颗粒较大，20000r/min离心2h不能洗下来。铜绿假单胞菌产生的绿脓杆菌素可分为3种：R型，沉降系数90S，分子量1200kD；F型，沉降系数35S，分子量323kD；S型，沉降系数未见报道，分子量在10KD以下。霍乱弧菌产生的弧菌素呈短杆状颗粒，有一个20nm的鞘和一个直径5nm和外径10nm的髓。这种弧菌素的颗粒与完整的霍乱弧菌噬菌体有收缩力鞘的尾部相似。弧菌素有能伸出鞘的尾状结构，其大小是104nm×21nm ，尾部的一端有清楚的颈部，另一端则有纤毛可附属物。收缩鞘长为45nm，宽为24nm，突出的髓部仅宽9nm，长约104nm。

三、理化性质和化学组成

（一）蛭弧菌的化学组成分及其性质

蛭弧菌具有典型的革兰阴性菌的化学组分，含有肽聚糖成分。肽聚糖成分由胞壁酸葡萄糖胺及其它13种氨基酸组成，其甘氨酸：谷氨酸：二异丙基氟磷酸：胞壁酸：谷氨酰胺的比例为 2：1：1：1：1。

蛭弧菌的蛋白质含量丰富，可达细胞干重的60%~65%，DNA的含量为5%，含有典型的嘌呤和嘧啶，DNA的G+C百分含量，大部分菌株为50.2%±0.8%~50.8%±0.9%。到目前为止，除了蛭弧菌的DNA基因位置和装配结构尚不清楚外，还未发现蛭弧菌DNA结构或成分的特殊性。

Thomashow报道，蛭弧菌鞭毛主要是由蛋白质、磷脂和脂多糖组成，其鞭毛轴心由多肽组成。鞭毛磷脂高达54%~58%，蛋白质含量仅为23%~28%。与细胞外膜的磷脂、蛋白质的含量有明显的差异。蛭弧菌Bduki2含有磷脂，其脂质中所含有的鞘脂类是其细菌研究中极为罕见的。    

（二）噬菌体的化学组成和理化特性

噬菌体元素组成主要包括碳、氢、氧、氮、硫等。WH分析表明，碳为42%，氮13.2%，氢6.4%，磷3.7%。这些元素组成的核酸和蛋白质，占噬菌体重量的90%以上。核酸组成噬菌体的髓核，是遗传信息的载体，蛋白质组成噬菌体的衣壳，具有保护作用。核酸和蛋白质约各占一半，随种类的不同而变化。

噬菌体的核酸分DNA和RNA，但在同一噬菌体中不可能同时含有DNA和RNA这是噬菌体分类的基本依据。其中又分单链和双链。

T偶数噬菌体DNA中的胞嘧啶被5-羟甲基胞嘧啶所取代。近年来发现大肠杆菌噬菌体和伤寒沙门菌噬菌体都含有5-羟甲基胞嘧啶。有的噬菌体DNA中的胸腺嘧啶被5-羟甲基尿嘧啶取代。还有某些噬菌体DNA中含有已糖-葡萄糖，并与5-羟甲基胞嘧啶的羟甲基相联结。

噬菌体中的蛋白质主要组成外壳，氨基酸形成的多肽链组成每个蛋白质亚单位，它们在形态上叫壳粒。一个壳粒蛋白实际上就是具高级结构的蛋白质，噬菌体颗粒就是其四级结构的核蛋白大分子。

T偶数噬菌体除头部蛋白和可收缩尾部蛋白质外，还有一些功能不明的内部蛋白占总蛋白质的3%，此外还含有少量其他物质，如酸溶性肽类，主要为门冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸；两种酸溶性多胺——腐胺和精胺。

（三）细菌素的化学组分及理化性质

细菌素是一种具有生物活性蛋白质类物质。大多数细菌素是含有蛋白质和脂多糖的复合物多浆体，相当于菌体O抗原。细菌素抑制菌体的生长作用与蛋白质成分有关，在蛋白酶的作用下，可破坏其抑菌活性，其活性也与糖脂质有关。弧菌在pH1.3~12.5的范围内作用30min不受影响，56℃环境经5h或煮沸1min不被灭活。但是37℃，pH8.0的环境中与0.05%的胰蛋白酶接触20min，或100℃10min可灭活。绿脓菌素在 pH 6.5—9.5环境中是稳定的，经蛋白酶作用，冻融或蒸镏水透析均可失去活性。不同的大肠杆菌素有弥散性，对加热和pH的敏感性等特性有很大差别。V型、D型和E型大肠菌素极易溶于水，能被硫酸胺及有机溶剂沉淀，而对UV，RNA酶及DNA酶是不敏感的。K型大肠菌素可用75%的乙醇和在pH4.5的环境中用75%的硫酸胺反复沉淀，然后再进行透析，并用氯仿-辛醇处理，可得到纯化和浓缩的大肠菌素。这样的K型大肠菌素是耐热的。

四、作用机制

（一）蛭弧菌噬菌体特性及生命过程

蛭弧菌为细胞内寄生物，整个生活周期可分为识别、侵染、穿入宿主菌体、生长发育、裂解宿主菌、释放子代蛭弧菌。

蛭弧菌通过自由碰撞，以没有鞭毛的一端直接吸附在宿主菌上，菌体高速运转，此后通过宿主菌的细孔进入细胞间质中。侵入过程非常的快，几秒钟内即可完成。蛭弧菌穿入宿主菌后，鞭毛消失，整个过程最长为60min。穿入方式：（1）由于蛭弧菌高速运转，使得蛭弧菌在宿主菌细胞壁上机械钻孔，穿入细胞壁。其动力主要来源于特殊的鞭毛结构。蛭弧菌在穿入前，宿主菌的吸附位点在细胞内压力作用下使局部凸起，蛭弧菌吸附宿主菌后，在胞壁上钻孔，头部与宿主菌原生质体连在一起，宿主菌细胞壁结构遭到破坏，导致内外渗透压平衡失调，从而引起宿主菌细胞壁和原生质体膨胀，蛭弧菌被动进入膨胀的细胞。（2）蛭弧菌穿入时宿主细胞壁破坏还有诱导酶的产生，诱导物存在于宿主菌细胞壁内，蛭弧菌穿入 宿主细胞壁时，至少有溶菌酶、胞壁酸酶及酯酶的产生。酶是蛭弧菌穿入宿主细胞壁时的主要原因子。

蛭弧菌穿入过程完成后，对宿主菌细胞结构进行一系列的修饰和改造，形成一个适合蛭弧菌生长的环境。蛭弧菌在宿主菌细胞内生长时，可直接利用单体前体物质合成生物大分子，从而极大提高其生物的合成速度。其核酸的合成，是直接利用单核苷酸作前体物质开始合成的途径。同时蛭弧菌存在胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶、胸腺嘧啶核苷磷酸酶及胸腺嘧啶激酶，具有从头合成DNA的潜在能力。

蛭弧菌的裂解机制，以Thomashow报道的“蛭弧菌穿入、稳定、裂解”模型较有代表性。参与这一过程主要的酶包括：聚糖酶、蛋白酶、N-脱酰基酶、酰基转移酶，Brawn去脂蛋白酶，裂解经修饰的肽聚糖，脂酶，溶菌酶等。

聚糖酶及酯蛋白酶只是在蛭弧菌穿入时有活性，而蛋白酶在蛭弧菌的大部分生活期间有活性，但活力不断下降，这3种酶在蛭弧菌钻孔中起作用。N-脱酰基酶、酰基转移酶的作用是维持蛭弧菌生长的环境的稳定。Brawn去脂蛋白酶主要是通过修饰底物细胞壁，使聚糖酶消失，而完成这一功能。当蛭弧菌在间质中生长成熟后，蛭弧菌合成一种新的酶，其功能是全裂解经修饰的肽聚糖，其作用位点是于肽聚糖中不可缺少的氨基糖连接键，从而释放子代蛭弧菌。

（二）噬菌体对宿主菌的作用

当噬菌体吸附到宿主菌特异的受点时，噬菌体尾部丝散开，固着于特异的受点，随之刺突和基板固定在受体上。有的噬菌体为丝状噬菌体，只吸附在性纤毛上。二价和一价离子可以促进噬菌体的吸附，如T1在0.001mol Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺或0.01mol Na⁺、K⁺、Li⁺时吸附最适。三价阳离子可以引起失活。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

T偶数噬菌体尾丝散开并固着于细胞，随后在受点上尾孔端扎入，尾部溶菌酶消解宿主菌细胞壁的坚固内层，溶成孔洞，尾鞘象肌动球蛋白的作用一样，收缩、露出尾鞘，伸入宿主菌细胞壁，如同注射器注射动作，将头部的DNA注入宿主胞内。ATP和dATP参与这个侵入过程，约有70%高能ATP水解成ADP或dADP，这种能源似与宿主无关。侵入细胞物质仅是核酸，蛋白质外壳留在胞壁外，不参与增殖过程，在核酸注入时，也有极微量的内部蛋白质参与，从吸附到侵入时间短，如T4只需15s。但温度降至15℃时，则延长至7min，33℃时需3min完成。

噬菌体的DNA注入细菌细胞后起作支配作用，大量复制子代噬菌体的DNA和蛋白质。合成子代噬菌体的材料来自入侵的个体以及细胞降解物和培养基介质。噬菌体的合成借助于细胞代谢机构，由于本身的核酸物质操纵。

当核酸进入宿主细胞后，不能在细胞中找到噬菌体。在增殖的不同时期内，利用人工方法打开宿主菌细胞，发现在增殖前期，已经有噬菌体蛋白质存在，血清学方法证明是尾部蛋白质，被侵染的宿主菌细胞，开始DNA的合成暂时停止，约过5~6min后，DNA的合成速度增加，合成量超过子代所需的量。在细胞内合成噬菌体的DNA和蛋白质，装配成完整的噬菌体，最后细胞壁裂解，释放出子代噬菌体。溶菌酶在子代噬菌体释放过程中起一定的促进作用。

噬菌体侵入宿主细胞进行系列合成反应时，宿主菌细胞本身进行了一系列工作，以修复噬菌体侵入所引起的创伤，并加固胞壁的结构，阻止细胞质的继续渗出。噬菌体巧妙地利用宿主菌细胞的“机器”而有效地合成自身。

（三）细菌素对敏感菌株的作用

细菌素的作用范围很窄，与噬菌体一样有很强的特异性。有的细菌素只对某菌株有活性，只对产生细菌素的近缘关系的细菌产生作用。被作用的菌株是对细菌素敏感的菌株，敏感菌株的细胞表面有特异的细菌素受体。细菌素吸附在敏感细菌菌株细胞的特异性受体上，从而把敏感菌株杀死，但不引起菌株溶解。细菌素的致死活性可在吸附后，7~10min内通过胰蛋白酶的消化来完成。如果在次于最适生长下发生细菌素吸附时，则菌株的细胞出现一种暂时的“免疫性”，而用诱导剂的细胞产生的细菌素的“免疫性”就会失去。

细菌素的作用部位主要是在细菌的细胞膜上的特异受体。细菌吸附在细胞膜上后，能影响细胞的代谢功能。用放射性同位素标记技术研究大肠菌素时发现标有放射性同位素的大肠菌素残留在细菌的细胞膜上。因此认为细菌素主要在细菌细胞膜上发挥其生物活性作用。而不是进入细胞内。细菌素吸附在菌株细胞上主要抑制细菌的DNA、RNA和蛋白质的合成。有些细菌可穿入细胞内，对核糖体30S亚单位起作用，使其降解，进而抑制蛋白质合成，使细胞呼吸缓慢，引起抑制作用。弧菌素对敏感菌DNA的合成有抑制作用，同时RNA和蛋白质的合成仍然继续，但合成速度减慢。

细菌素对菌株作用的特异性是由敏感菌细胞表面有特异的接受器所决定的。这种接受器在电镜下可观察到或免疫力反应检测得以验证。用特异的抗血清保护敏感菌株不受细菌素作用。敏感菌株提取物中所含有的物质及完整的敏感细菌能吸附细菌素，并有中和作用使细菌素失去活性。用提纯的细菌素也能中和抗细菌素的形成。

细菌对于敏感菌株的作用，是细菌素致死性颗粒吸附在敏感菌株细胞的表面特异性受体上，使细胞代谢受到干扰，抑制细菌的生长。这种反应是不可逆的，其结果是敏感菌株被杀死，但原细胞不发生溶解。这与蛭弧菌、噬菌体溶菌作用是不同的。细菌素的杀菌速度与其浓度呈正比，单个细胞素颗粒能够杀死一个敏感菌株的细胞。有人发现大肠菌素可阻遏噬菌体的发育，推测大肠菌素和噬菌体可能存在一个共同的受体。

五、应用范围

（一）蛭弧菌的噬菌性及其应用

蛭弧菌对革兰阴性菌中大部分菌株都有裂解作用。如沙门菌属、假单胞菌属、欧文菌属等裂解率为75%~99.96%。对部分阳性菌也有裂解作用，但枯草杆菌不能被裂解。蛭弧菌不仅对人体病原菌有裂解作用，而且对动、植物病原菌也有较强的裂解作用，如对嗜水气单胞菌的裂解率为90%以上。为此人们认为，蛭弧菌可被用来防治人类、动植物病菌所带来的危害。

蛭弧菌对污水的净化作用已证实，它可以清除河水中的沙门菌、不凝集弧菌、大肠杆菌、浮球衣菌等，清除率为92.8%~97.4%。目前已普遍认为，蛭弧菌可控制或减少致病菌对环境水源的污染，从而预防一些常见疾病和发生，尤其是肠道传染病的发生和流行，保护人体健康。

蛭弧菌对动物是不致病的，对小鼠、豚鼠和家兔等动物无毒性作用，就是用于猴肾、HeLa细胞培养亦不引起任何细胞病变。蛭弧菌制剂外用有预防动物角、结膜炎的作用。雏鸡口服可防止白痢病的发生和流行，其效果与抗生素的作用一致。而且对仔鸡有增重作用，一般为8.23%~15.66%。蛭弧菌制剂在鱼池中，可净化细菌，减低鱼类的发病率，且效果也很显著。

但蛭弧菌不能象噬菌体、细菌素一样用于细菌的分型或传染源的追踪，这与其对宿主特异性相差有关。

（二）噬菌体的应用

噬菌体分型技述目前已广泛的被采用。1938年，颜春晖首次报道伤寒沙门菌的Vi噬菌体分型法，这个方法后来成为噬菌体作细菌分型的一个模型。噬菌体分型技术在流行病学追踪传染源方面有独特的作用。如弧菌噬菌体分型、沙门菌噬菌体分型、金葡菌噬菌体分型、白喉杆菌噬菌体分型、绿脓杆菌噬菌体分型等。

噬菌体对宿主细胞的吸附有很强的特异性，有人利用这一特性，用噬菌体治疗某些感染性疾病。如利用绿脓杆菌噬菌体可有效的抑制绿脓菌的感染。用药途径以体表感染外用效果最佳，次之腔道喷雾，以口服治疗效果最差。何晓青等近年来利用噬菌体鉴定肠杆菌科细菌得到了满意的结果，为沙门菌的检测提供了极大的方便。

噬菌体作为生物材料等在生物研究中已广泛应用，如大肠杆菌噬菌体等。

（三）细菌素和应用

细菌素对细菌的分型也已被广泛采用。细菌素分型与血清学分型是完全不同的，两者之间无任何关系。细菌素是利用细菌细胞表面特异性受体作用。目前采用细菌素分型方法的有埃希菌属、沙门菌属、志贺菌属、绿脓杆菌、梭状芽胞杆菌和产气克雷伯菌等。细菌素分型在细菌学研究及流行病学调查中有一定的价值。

六、结束语

蛭弧菌、噬菌体和细菌素之间有许多类似之处，但三者均有其独特的特性，可以从许多不同的方面加以比较（附表）。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素对敏感细胞的作用，在许多方面都是类似的。蛭弧菌吸附宿主菌也可能有特定的受体，噬菌体和细菌素吸附宿主必须特异的受体，而且在菌株中噬菌体和细菌素的受体可能是共同的受体。蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用宿主菌的结果，均可导致宿主细胞的死亡。蛭弧菌和噬菌体利用宿主细胞提供的物质并在其体内生长，最终释放出新的子代，宿主菌细胞破裂。细菌素作用于宿主细胞，干扰细胞代谢，抑制细菌生长，敏感菌株被杀死，但细胞不溶解。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用敏感细菌，在含有敏感细菌的双层琼脂上均可形成透明的噬菌斑。形成的噬菌斑随敏感菌株的生长代谢停止而停止扩展。蛭弧菌噬菌斑可随培养时间而扩展，直至宿主菌耗尽。蛭弧菌在死菌上形成噬菌斑的速度更快、数目更多。用检查噬菌体、细菌素的方法很难检出蛭弧菌，用检查蛭弧菌的方法不能检出噬菌体和细菌素。

尽管蛭弧菌、噬菌体和细菌素三者之间有很多明显的相似之处，甚至有共同的特点，但到目前为止，没有足够的理由说明它们之间有任何的联系。因此，必然的结论是，蛭弧菌不同于噬菌体和细菌素，它是典型的革兰阴性菌的特性，它可以被噬菌体侵染；噬菌体不同于蛭弧菌和细菌素，它具有典型的病毒特征，对宿主菌具有很强的特异性：细菌素不同于蛭弧菌和噬菌体，它是具有很强的生物活性的大分子蛋白质，宿主菌特异性很强，不能溶解细菌。

               附表 蛭弧菌、噬菌体和细菌素特性，比较

在流行病学及细菌学的研究中，如传染源追踪、疾病的预测、细菌病的防治、细菌分类及分型等方面，蛭弧菌、噬菌体和细菌素均已显示了它们独特的作用。采用现代分子生物学及分子遗传学技术进一步研究蛭弧菌、噬菌体和细菌素的本质、生物活性、遗传特点以及三者的关联等将是十分有意义的。

本文发表于中国科学技术出版社出版的《医学分子微生物学进展》第二集第120-127页

参考文献

1  林万明主编. 《医学分子微生物学进展》（第一集上册）  北京：中国科学技术出版社 1991：216

2  丁绍卿.      《第二次中国学细菌中心会议会刊 》 1988：82

3   Auderson ES，et al.  J HygCamd  1973;71:618

4   GuineePA,et al.  Jbacteriol  1968;96:564

5   Stolp,et al.  Phytopathology  1962;45:364

6   Migaotos,et al.  Jpn J Microbiol   1979;19:309

7   Starr M,et al.  Adv  Microbiol  Physiol  1972;8:215

8   Anderson,et al.  J Gen Microbiol  1956;14:676噬菌蛭弧菌、噬菌体和细菌素

中国医学细菌中心弧菌噬菌体研究室  秦生巨

在流行病学和细菌学的研究中，噬菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus，简称蛭弧菌）、噬菌体、细菌素的研究及其应用已越来越引起人们的关注。蛭弧菌、噬菌体、细菌素是分属于细菌、病毒、抗菌物质3种不同的有机物，但它们有许多相似的生物特性，而且往往引起人们产生错误的概念。

蛭弧菌是一类专门以捕食细菌为生的寄生性细菌，它比通常的细菌小，有噬菌体、细菌素的作用，且具有细菌的特性。其宿主范围广泛，对大部分阴性菌都有裂解作用，敏感性较高，特异性不强，但作用方式类似噬菌体和细菌素。蛭弧菌繁殖一代需4~6h，每次可复制6~36个子代细胞。蛭弧菌可以在死菌上生长而与噬菌体、细菌素有别。蛭弧菌的作用可吸附到宿主细胞上并进入宿主细胞内，在其中生长繁殖。最终导致宿主菌裂解。

噬菌体是一类细菌特异性的病毒，它有典型的病毒形态和结构。噬菌体对宿主有高度的特异性，噬菌体的宿主范围是鉴别菌株的一个有用的特性，但并不是一个不变的特性。噬菌体的作用方式，是以尾鞘吸附到宿主细胞特定的受点上，向菌体内注射RNA，并在菌体内复制子代，最终类似蛭弧菌溶解宿主的方式，释放子代。噬菌体不能在停止新陈代谢的宿主内生长繁殖。

细菌素是细菌产生的一类抗菌物质，也是一种具有抑制细菌活性的高分子蛋白质类物质。但其抑制作用范围比较窄，只对产生细菌素菌株有近缘的相应的受体菌才有抑制作用，和噬菌体一样具有较强的特异性。细菌素在作用方式上与噬菌体、蛭弧菌相似，但细菌素不能繁殖，对蛋白酶敏感等与蛭弧菌、噬菌体有别。细菌素吸附在敏感菌株的细胞上将其杀死，但不象蛭弧菌、噬菌体一样引起菌细胞溶解。

本文就蛭弧菌、噬菌体、细菌素的检测方法、形态结构、理化特性、化学组成、作用机理以及其应用范围等异同性作一系统阐述。

一、检测方法

（一）蛭弧菌的检测

蛭弧菌的检测方法及其计数与噬菌体、细菌素所采用的双层琼脂平板是一致的，所不同的是蛭弧菌所利用的宿主菌是经过洗涤的浓缩菌液（400亿/ml）。培养基采用自来水双层琼脂，不需加入特殊的营养成份。在自来水双层琼脂的上层中加入浓厚的宿主菌，此时平板呈半透明背景，蛭弧菌可在含有敏感宿主菌细胞的双层琼脂平板上形成噬菌斑。蛭弧菌在此双层琼脂中形成的噬菌斑可随时间的延长而逐渐的扩大，直至宿主细胞被耗尽。形成噬菌斑的时间一般为40~48h。但在死菌上蛭弧菌形成噬菌斑的时间可提前到14~16h。蛭弧菌在死菌中形成的噬菌斑数目是活菌的35~290倍。在噬菌体、细菌素的增殖中无这些现象的报道。蛭弧菌在营养琼脂平板中形成噬菌斑。蛭弧菌的最适生长温度为25~30℃。

（二）噬菌体的检测

噬菌体的分离可用平板接种法或肉汤培养物的裂解法。噬菌体的测定目前已普遍采用双层琼平板法。在这些方法中所采用的宿主菌均为新陈代谢中的细菌，一旦宿主菌停止新陈代谢，则噬菌体的生长繁殖同时停止。噬菌体的生长温度为37℃。用检查噬菌体和细菌素的方法，蛭弧菌则不能生长形成噬菌斑，反之用检查蛭弧菌的方法检查噬菌体，也不能形成噬菌斑。

平板接种效率是检测噬菌体颗粒在接种平板后实际形成噬菌斑的比例数的常用方法。它取决于噬菌体颗粒吸附敏感宿主细胞的能力和被感染宿主释放噬菌体的能力。影响平板接种效率的因素很多，如培养物中死菌的存在，以及培养基的成份等。

（三）细菌素的检测

检测细菌素的方法和噬菌体基本相同。把敏感菌株培养物种在平板表面，然后将产生细菌素的细菌培养物或其产物接种在上面，37℃24h后可形成抑菌区。交叉划线法和三层琼脂法检测细菌素也是理想的方法。细菌素分型常采用已知的细菌素对待检菌的检测。细菌素产生菌及敏感菌的筛选可采用交互作用的方法。把其菌株既作为细菌产生株，又作为敏感菌，配对检测细菌素的活力单位，在标准条件下，细菌素使敏感菌在琼脂上呈现清晰的抑制生长区域的最高稀释度为一个细菌素活力单位。对不同种和不同型的细菌素，其活力差别很大。

二、形态和结构

（一）蛭弧菌的形态与结构

蛭弧菌革兰染色呈阴性弧杆菌，相差显微镜下，可见呈跳跃式的运动。电镜观察，蛭弧菌以弧、杆状为主。其菌体长约0.8~1.2nm。胞浆常可观察到致密小体，长约150~300nm，宽为70~120nm，呈片状结构。核区非常明显，周围包绕着数个核糖体颗粒。在蛭弧菌中还可见到间体及其他许多内含物质，有人认为间体的存在与蛭弧菌附着宿主菌有关。

蛭弧菌鞭毛结构是独特的，它由鞭毛鞘和轴心组成，鞘壁厚约7.5nm，轴心直径约为13nm。蛭弧菌鞭毛的结构与其它革兰阴性菌的鞭毛结构基本相似，但未发现鞭毛基部有类似于其它革兰阴性鞭毛基部所具有的L环结构。

（二）噬菌体的形态与结构

噬菌体不能在光学显微镜下观察到，因此，对噬菌体形态、结构的认识，得从电子显微镜开始，这一点与细菌素是相同的。噬菌体个体叫做病毒粒子，它的形状有3种，包括蝌蚪形、微球形和纤丝形。

目前已知大部分噬菌体是属于蝌蚪形，它由头和尾两部分组成。噬菌体尾部的结构比较复杂，是感染、吸附、侵入宿主细胞的器官。蛭弧菌、细菌素不具有这种结构上的特殊分化感染器官。按其尾部形态特征可分为两类，一类尾部较长，有伸缩性尾鞘，如T2、T4和T6等；另一类尾部无伸缩性，并呈现不同程度的易变性，如T1、T3、T5、T7和λ噬菌体等。以T2噬菌体为例，头呈六角棱柱体，头长95nm，宽65nm。外壳是蛋白质，由2000个蛋白质亚单位组成。亚单位的分子量为80kD，外壳厚2.5~3nm ,具有弹性、能伸缩，有助于核酸“注射”到宿主菌体内。尾部至少有尾鞘、尾髓、基板、尾丝、尾针等几部分组成。

微球形噬菌体较小，约20~60nm，电镜可见到呈二十面体的结构，没有尾部或突起。φ174 在二十面体的每个顶角附有一纽结结构。噬菌体颗粒的蛋白质外壳包着核酸。

纤丝形噬菌体结构较为简单，呈弯曲丝状，长度可达到600~800nm，没有吸附器官，可直接穿过胞壁而侵染宿主。

（三）细菌素的形态与结构

细菌素是一种生物活性很强的蛋白质物质，或是脂多糖蛋白质复合物，可称为有活性的慢白颗粒。用电镜技术检查，大部分细菌素呈杆形颗粒状，有髓质和鞘组成。有些细菌素形态与大肠杆菌T系偶数噬菌体的有收缩力的尾部结构相似。细菌素的形态可分为收缩型和伸长型两种，收缩型的核和壳的直径较短，一般仅为5~50nm。而伸长型则约为70~130nm。细菌素大小有很大的差别，V型大肠杆菌可通过火棉胶膜，而A型大肠杆菌素是不能透析的，E型大肠杆菌颗粒较大，20000r/min离心2h不能洗下来。铜绿假单胞菌产生的绿脓杆菌素可分为3种：R型，沉降系数90S，分子量1200kD；F型，沉降系数35S，分子量323kD；S型，沉降系数未见报道，分子量在10KD以下。霍乱弧菌产生的弧菌素呈短杆状颗粒，有一个20nm的鞘和一个直径5nm和外径10nm的髓。这种弧菌素的颗粒与完整的霍乱弧菌噬菌体有收缩力鞘的尾部相似。弧菌素有能伸出鞘的尾状结构，其大小是104nm×21nm ，尾部的一端有清楚的颈部，另一端则有纤毛可附属物。收缩鞘长为45nm，宽为24nm，突出的髓部仅宽9nm，长约104nm。

三、理化性质和化学组成

（一）蛭弧菌的化学组成分及其性质

蛭弧菌具有典型的革兰阴性菌的化学组分，含有肽聚糖成分。肽聚糖成分由胞壁酸葡萄糖胺及其它13种氨基酸组成，其甘氨酸：谷氨酸：二异丙基氟磷酸：胞壁酸：谷氨酰胺的比例为 2：1：1：1：1。

蛭弧菌的蛋白质含量丰富，可达细胞干重的60%~65%，DNA的含量为5%，含有典型的嘌呤和嘧啶，DNA的G+C百分含量，大部分菌株为50.2%±0.8%~50.8%±0.9%。到目前为止，除了蛭弧菌的DNA基因位置和装配结构尚不清楚外，还未发现蛭弧菌DNA结构或成分的特殊性。

Thomashow报道，蛭弧菌鞭毛主要是由蛋白质、磷脂和脂多糖组成，其鞭毛轴心由多肽组成。鞭毛磷脂高达54%~58%，蛋白质含量仅为23%~28%。与细胞外膜的磷脂、蛋白质的含量有明显的差异。蛭弧菌Bduki2含有磷脂，其脂质中所含有的鞘脂类是其细菌研究中极为罕见的。    

（二）噬菌体的化学组成和理化特性

噬菌体元素组成主要包括碳、氢、氧、氮、硫等。WH分析表明，碳为42%，氮13.2%，氢6.4%，磷3.7%。这些元素组成的核酸和蛋白质，占噬菌体重量的90%以上。核酸组成噬菌体的髓核，是遗传信息的载体，蛋白质组成噬菌体的衣壳，具有保护作用。核酸和蛋白质约各占一半，随种类的不同而变化。

噬菌体的核酸分DNA和RNA，但在同一噬菌体中不可能同时含有DNA和RNA这是噬菌体分类的基本依据。其中又分单链和双链。

T偶数噬菌体DNA中的胞嘧啶被5-羟甲基胞嘧啶所取代。近年来发现大肠杆菌噬菌体和伤寒沙门菌噬菌体都含有5-羟甲基胞嘧啶。有的噬菌体DNA中的胸腺嘧啶被5-羟甲基尿嘧啶取代。还有某些噬菌体DNA中含有已糖-葡萄糖，并与5-羟甲基胞嘧啶的羟甲基相联结。

噬菌体中的蛋白质主要组成外壳，氨基酸形成的多肽链组成每个蛋白质亚单位，它们在形态上叫壳粒。一个壳粒蛋白实际上就是具高级结构的蛋白质，噬菌体颗粒就是其四级结构的核蛋白大分子。

T偶数噬菌体除头部蛋白和可收缩尾部蛋白质外，还有一些功能不明的内部蛋白占总蛋白质的3%，此外还含有少量其他物质，如酸溶性肽类，主要为门冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸；两种酸溶性多胺——腐胺和精胺。

（三）细菌素的化学组分及理化性质

细菌素是一种具有生物活性蛋白质类物质。大多数细菌素是含有蛋白质和脂多糖的复合物多浆体，相当于菌体O抗原。细菌素抑制菌体的生长作用与蛋白质成分有关，在蛋白酶的作用下，可破坏其抑菌活性，其活性也与糖脂质有关。弧菌在pH1.3~12.5的范围内作用30min不受影响，56℃环境经5h或煮沸1min不被灭活。但是37℃，pH8.0的环境中与0.05%的胰蛋白酶接触20min，或100℃10min可灭活。绿脓菌素在 pH 6.5—9.5环境中是稳定的，经蛋白酶作用，冻融或蒸镏水透析均可失去活性。不同的大肠杆菌素有弥散性，对加热和pH的敏感性等特性有很大差别。V型、D型和E型大肠菌素极易溶于水，能被硫酸胺及有机溶剂沉淀，而对UV，RNA酶及DNA酶是不敏感的。K型大肠菌素可用75%的乙醇和在pH4.5的环境中用75%的硫酸胺反复沉淀，然后再进行透析，并用氯仿-辛醇处理，可得到纯化和浓缩的大肠菌素。这样的K型大肠菌素是耐热的。

四、作用机制

（一）蛭弧菌噬菌体特性及生命过程

蛭弧菌为细胞内寄生物，整个生活周期可分为识别、侵染、穿入宿主菌体、生长发育、裂解宿主菌、释放子代蛭弧菌。

蛭弧菌通过自由碰撞，以没有鞭毛的一端直接吸附在宿主菌上，菌体高速运转，此后通过宿主菌的细孔进入细胞间质中。侵入过程非常的快，几秒钟内即可完成。蛭弧菌穿入宿主菌后，鞭毛消失，整个过程最长为60min。穿入方式：（1）由于蛭弧菌高速运转，使得蛭弧菌在宿主菌细胞壁上机械钻孔，穿入细胞壁。其动力主要来源于特殊的鞭毛结构。蛭弧菌在穿入前，宿主菌的吸附位点在细胞内压力作用下使局部凸起，蛭弧菌吸附宿主菌后，在胞壁上钻孔，头部与宿主菌原生质体连在一起，宿主菌细胞壁结构遭到破坏，导致内外渗透压平衡失调，从而引起宿主菌细胞壁和原生质体膨胀，蛭弧菌被动进入膨胀的细胞。（2）蛭弧菌穿入时宿主细胞壁破坏还有诱导酶的产生，诱导物存在于宿主菌细胞壁内，蛭弧菌穿入 宿主细胞壁时，至少有溶菌酶、胞壁酸酶及酯酶的产生。酶是蛭弧菌穿入宿主细胞壁时的主要原因子。

蛭弧菌穿入过程完成后，对宿主菌细胞结构进行一系列的修饰和改造，形成一个适合蛭弧菌生长的环境。蛭弧菌在宿主菌细胞内生长时，可直接利用单体前体物质合成生物大分子，从而极大提高其生物的合成速度。其核酸的合成，是直接利用单核苷酸作前体物质开始合成的途径。同时蛭弧菌存在胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶、胸腺嘧啶核苷磷酸酶及胸腺嘧啶激酶，具有从头合成DNA的潜在能力。

蛭弧菌的裂解机制，以Thomashow报道的“蛭弧菌穿入、稳定、裂解”模型较有代表性。参与这一过程主要的酶包括：聚糖酶、蛋白酶、N-脱酰基酶、酰基转移酶，Brawn去脂蛋白酶，裂解经修饰的肽聚糖，脂酶，溶菌酶等。

聚糖酶及酯蛋白酶只是在蛭弧菌穿入时有活性，而蛋白酶在蛭弧菌的大部分生活期间有活性，但活力不断下降，这3种酶在蛭弧菌钻孔中起作用。N-脱酰基酶、酰基转移酶的作用是维持蛭弧菌生长的环境的稳定。Brawn去脂蛋白酶主要是通过修饰底物细胞壁，使聚糖酶消失，而完成这一功能。当蛭弧菌在间质中生长成熟后，蛭弧菌合成一种新的酶，其功能是全裂解经修饰的肽聚糖，其作用位点是于肽聚糖中不可缺少的氨基糖连接键，从而释放子代蛭弧菌。

（二）噬菌体对宿主菌的作用

当噬菌体吸附到宿主菌特异的受点时，噬菌体尾部丝散开，固着于特异的受点，随之刺突和基板固定在受体上。有的噬菌体为丝状噬菌体，只吸附在性纤毛上。二价和一价离子可以促进噬菌体的吸附，如T1在0.001mol Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺或0.01mol Na⁺、K⁺、Li⁺时吸附最适。三价阳离子可以引起失活。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

T偶数噬菌体尾丝散开并固着于细胞，随后在受点上尾孔端扎入，尾部溶菌酶消解宿主菌细胞壁的坚固内层，溶成孔洞，尾鞘象肌动球蛋白的作用一样，收缩、露出尾鞘，伸入宿主菌细胞壁，如同注射器注射动作，将头部的DNA注入宿主胞内。ATP和dATP参与这个侵入过程，约有70%高能ATP水解成ADP或dADP，这种能源似与宿主无关。侵入细胞物质仅是核酸，蛋白质外壳留在胞壁外，不参与增殖过程，在核酸注入时，也有极微量的内部蛋白质参与，从吸附到侵入时间短，如T4只需15s。但温度降至15℃时，则延长至7min，33℃时需3min完成。

噬菌体的DNA注入细菌细胞后起作支配作用，大量复制子代噬菌体的DNA和蛋白质。合成子代噬菌体的材料来自入侵的个体以及细胞降解物和培养基介质。噬菌体的合成借助于细胞代谢机构，由于本身的核酸物质操纵。

当核酸进入宿主细胞后，不能在细胞中找到噬菌体。在增殖的不同时期内，利用人工方法打开宿主菌细胞，发现在增殖前期，已经有噬菌体蛋白质存在，血清学方法证明是尾部蛋白质，被侵染的宿主菌细胞，开始DNA的合成暂时停止，约过5~6min后，DNA的合成速度增加，合成量超过子代所需的量。在细胞内合成噬菌体的DNA和蛋白质，装配成完整的噬菌体，最后细胞壁裂解，释放出子代噬菌体。溶菌酶在子代噬菌体释放过程中起一定的促进作用。

噬菌体侵入宿主细胞进行系列合成反应时，宿主菌细胞本身进行了一系列工作，以修复噬菌体侵入所引起的创伤，并加固胞壁的结构，阻止细胞质的继续渗出。噬菌体巧妙地利用宿主菌细胞的“机器”而有效地合成自身。

（三）细菌素对敏感菌株的作用

细菌素的作用范围很窄，与噬菌体一样有很强的特异性。有的细菌素只对某菌株有活性，只对产生细菌素的近缘关系的细菌产生作用。被作用的菌株是对细菌素敏感的菌株，敏感菌株的细胞表面有特异的细菌素受体。细菌素吸附在敏感细菌菌株细胞的特异性受体上，从而把敏感菌株杀死，但不引起菌株溶解。细菌素的致死活性可在吸附后，7~10min内通过胰蛋白酶的消化来完成。如果在次于最适生长下发生细菌素吸附时，则菌株的细胞出现一种暂时的“免疫性”，而用诱导剂的细胞产生的细菌素的“免疫性”就会失去。

细菌素的作用部位主要是在细菌的细胞膜上的特异受体。细菌吸附在细胞膜上后，能影响细胞的代谢功能。用放射性同位素标记技术研究大肠菌素时发现标有放射性同位素的大肠菌素残留在细菌的细胞膜上。因此认为细菌素主要在细菌细胞膜上发挥其生物活性作用。而不是进入细胞内。细菌素吸附在菌株细胞上主要抑制细菌的DNA、RNA和蛋白质的合成。有些细菌可穿入细胞内，对核糖体30S亚单位起作用，使其降解，进而抑制蛋白质合成，使细胞呼吸缓慢，引起抑制作用。弧菌素对敏感菌DNA的合成有抑制作用，同时RNA和蛋白质的合成仍然继续，但合成速度减慢。

细菌素对菌株作用的特异性是由敏感菌细胞表面有特异的接受器所决定的。这种接受器在电镜下可观察到或免疫力反应检测得以验证。用特异的抗血清保护敏感菌株不受细菌素作用。敏感菌株提取物中所含有的物质及完整的敏感细菌能吸附细菌素，并有中和作用使细菌素失去活性。用提纯的细菌素也能中和抗细菌素的形成。

细菌对于敏感菌株的作用，是细菌素致死性颗粒吸附在敏感菌株细胞的表面特异性受体上，使细胞代谢受到干扰，抑制细菌的生长。这种反应是不可逆的，其结果是敏感菌株被杀死，但原细胞不发生溶解。这与蛭弧菌、噬菌体溶菌作用是不同的。细菌素的杀菌速度与其浓度呈正比，单个细胞素颗粒能够杀死一个敏感菌株的细胞。有人发现大肠菌素可阻遏噬菌体的发育，推测大肠菌素和噬菌体可能存在一个共同的受体。

五、应用范围

（一）蛭弧菌的噬菌性及其应用

蛭弧菌对革兰阴性菌中大部分菌株都有裂解作用。如沙门菌属、假单胞菌属、欧文菌属等裂解率为75%~99.96%。对部分阳性菌也有裂解作用，但枯草杆菌不能被裂解。蛭弧菌不仅对人体病原菌有裂解作用，而且对动、植物病原菌也有较强的裂解作用，如对嗜水气单胞菌的裂解率为90%以上。为此人们认为，蛭弧菌可被用来防治人类、动植物病菌所带来的危害。

蛭弧菌对污水的净化作用已证实，它可以清除河水中的沙门菌、不凝集弧菌、大肠杆菌、浮球衣菌等，清除率为92.8%~97.4%。目前已普遍认为，蛭弧菌可控制或减少致病菌对环境水源的污染，从而预防一些常见疾病和发生，尤其是肠道传染病的发生和流行，保护人体健康。

蛭弧菌对动物是不致病的，对小鼠、豚鼠和家兔等动物无毒性作用，就是用于猴肾、HeLa细胞培养亦不引起任何细胞病变。蛭弧菌制剂外用有预防动物角、结膜炎的作用。雏鸡口服可防止白痢病的发生和流行，其效果与抗生素的作用一致。而且对仔鸡有增重作用，一般为8.23%~15.66%。蛭弧菌制剂在鱼池中，可净化细菌，减低鱼类的发病率，且效果也很显著。

但蛭弧菌不能象噬菌体、细菌素一样用于细菌的分型或传染源的追踪，这与其对宿主特异性相差有关。

（二）噬菌体的应用

噬菌体分型技述目前已广泛的被采用。1938年，颜春晖首次报道伤寒沙门菌的Vi噬菌体分型法，这个方法后来成为噬菌体作细菌分型的一个模型。噬菌体分型技术在流行病学追踪传染源方面有独特的作用。如弧菌噬菌体分型、沙门菌噬菌体分型、金葡菌噬菌体分型、白喉杆菌噬菌体分型、绿脓杆菌噬菌体分型等。

噬菌体对宿主细胞的吸附有很强的特异性，有人利用这一特性，用噬菌体治疗某些感染性疾病。如利用绿脓杆菌噬菌体可有效的抑制绿脓菌的感染。用药途径以体表感染外用效果最佳，次之腔道喷雾，以口服治疗效果最差。何晓青等近年来利用噬菌体鉴定肠杆菌科细菌得到了满意的结果，为沙门菌的检测提供了极大的方便。

噬菌体作为生物材料等在生物研究中已广泛应用，如大肠杆菌噬菌体等。

（三）细菌素和应用

细菌素对细菌的分型也已被广泛采用。细菌素分型与血清学分型是完全不同的，两者之间无任何关系。细菌素是利用细菌细胞表面特异性受体作用。目前采用细菌素分型方法的有埃希菌属、沙门菌属、志贺菌属、绿脓杆菌、梭状芽胞杆菌和产气克雷伯菌等。细菌素分型在细菌学研究及流行病学调查中有一定的价值。

六、结束语

蛭弧菌、噬菌体和细菌素之间有许多类似之处，但三者均有其独特的特性，可以从许多不同的方面加以比较（附表）。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素对敏感细胞的作用，在许多方面都是类似的。蛭弧菌吸附宿主菌也可能有特定的受体，噬菌体和细菌素吸附宿主必须特异的受体，而且在菌株中噬菌体和细菌素的受体可能是共同的受体。蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用宿主菌的结果，均可导致宿主细胞的死亡。蛭弧菌和噬菌体利用宿主细胞提供的物质并在其体内生长，最终释放出新的子代，宿主菌细胞破裂。细菌素作用于宿主细胞，干扰细胞代谢，抑制细菌生长，敏感菌株被杀死，但细胞不溶解。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用敏感细菌，在含有敏感细菌的双层琼脂上均可形成透明的噬菌斑。形成的噬菌斑随敏感菌株的生长代谢停止而停止扩展。蛭弧菌噬菌斑可随培养时间而扩展，直至宿主菌耗尽。蛭弧菌在死菌上形成噬菌斑的速度更快、数目更多。用检查噬菌体、细菌素的方法很难检出蛭弧菌，用检查蛭弧菌的方法不能检出噬菌体和细菌素。

尽管蛭弧菌、噬菌体和细菌素三者之间有很多明显的相似之处，甚至有共同的特点，但到目前为止，没有足够的理由说明它们之间有任何的联系。因此，必然的结论是，蛭弧菌不同于噬菌体和细菌素，它是典型的革兰阴性菌的特性，它可以被噬菌体侵染；噬菌体不同于蛭弧菌和细菌素，它具有典型的病毒特征，对宿主菌具有很强的特异性：细菌素不同于蛭弧菌和噬菌体，它是具有很强的生物活性的大分子蛋白质，宿主菌特异性很强，不能溶解细菌。

               附表 蛭弧菌、噬菌体和细菌素特性，比较

在流行病学及细菌学的研究中，如传染源追踪、疾病的预测、细菌病的防治、细菌分类及分型等方面，蛭弧菌、噬菌体和细菌素均已显示了它们独特的作用。采用现代分子生物学及分子遗传学技术进一步研究蛭弧菌、噬菌体和细菌素的本质、生物活性、遗传特点以及三者的关联等将是十分有意义的。

本文发表于中国科学技术出版社出版的《医学分子微生物学进展》第二集第120-127页

参考文献

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5   Stolp,et al.  Phytopathology  1962;45:364

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7   Starr M,et al.  Adv  Microbiol  Physiol  1972;8:215

8   Anderson,et al.  J Gen Microbiol  1956;14:676噬菌蛭弧菌、噬菌体和细菌素

中国医学细菌中心弧菌噬菌体研究室  秦生巨

在流行病学和细菌学的研究中，噬菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus，简称蛭弧菌）、噬菌体、细菌素的研究及其应用已越来越引起人们的关注。蛭弧菌、噬菌体、细菌素是分属于细菌、病毒、抗菌物质3种不同的有机物，但它们有许多相似的生物特性，而且往往引起人们产生错误的概念。

蛭弧菌是一类专门以捕食细菌为生的寄生性细菌，它比通常的细菌小，有噬菌体、细菌素的作用，且具有细菌的特性。其宿主范围广泛，对大部分阴性菌都有裂解作用，敏感性较高，特异性不强，但作用方式类似噬菌体和细菌素。蛭弧菌繁殖一代需4~6h，每次可复制6~36个子代细胞。蛭弧菌可以在死菌上生长而与噬菌体、细菌素有别。蛭弧菌的作用可吸附到宿主细胞上并进入宿主细胞内，在其中生长繁殖。最终导致宿主菌裂解。

噬菌体是一类细菌特异性的病毒，它有典型的病毒形态和结构。噬菌体对宿主有高度的特异性，噬菌体的宿主范围是鉴别菌株的一个有用的特性，但并不是一个不变的特性。噬菌体的作用方式，是以尾鞘吸附到宿主细胞特定的受点上，向菌体内注射RNA，并在菌体内复制子代，最终类似蛭弧菌溶解宿主的方式，释放子代。噬菌体不能在停止新陈代谢的宿主内生长繁殖。

细菌素是细菌产生的一类抗菌物质，也是一种具有抑制细菌活性的高分子蛋白质类物质。但其抑制作用范围比较窄，只对产生细菌素菌株有近缘的相应的受体菌才有抑制作用，和噬菌体一样具有较强的特异性。细菌素在作用方式上与噬菌体、蛭弧菌相似，但细菌素不能繁殖，对蛋白酶敏感等与蛭弧菌、噬菌体有别。细菌素吸附在敏感菌株的细胞上将其杀死，但不象蛭弧菌、噬菌体一样引起菌细胞溶解。

本文就蛭弧菌、噬菌体、细菌素的检测方法、形态结构、理化特性、化学组成、作用机理以及其应用范围等异同性作一系统阐述。

一、检测方法

（一）蛭弧菌的检测

蛭弧菌的检测方法及其计数与噬菌体、细菌素所采用的双层琼脂平板是一致的，所不同的是蛭弧菌所利用的宿主菌是经过洗涤的浓缩菌液（400亿/ml）。培养基采用自来水双层琼脂，不需加入特殊的营养成份。在自来水双层琼脂的上层中加入浓厚的宿主菌，此时平板呈半透明背景，蛭弧菌可在含有敏感宿主菌细胞的双层琼脂平板上形成噬菌斑。蛭弧菌在此双层琼脂中形成的噬菌斑可随时间的延长而逐渐的扩大，直至宿主细胞被耗尽。形成噬菌斑的时间一般为40~48h。但在死菌上蛭弧菌形成噬菌斑的时间可提前到14~16h。蛭弧菌在死菌中形成的噬菌斑数目是活菌的35~290倍。在噬菌体、细菌素的增殖中无这些现象的报道。蛭弧菌在营养琼脂平板中形成噬菌斑。蛭弧菌的最适生长温度为25~30℃。

（二）噬菌体的检测

噬菌体的分离可用平板接种法或肉汤培养物的裂解法。噬菌体的测定目前已普遍采用双层琼平板法。在这些方法中所采用的宿主菌均为新陈代谢中的细菌，一旦宿主菌停止新陈代谢，则噬菌体的生长繁殖同时停止。噬菌体的生长温度为37℃。用检查噬菌体和细菌素的方法，蛭弧菌则不能生长形成噬菌斑，反之用检查蛭弧菌的方法检查噬菌体，也不能形成噬菌斑。

平板接种效率是检测噬菌体颗粒在接种平板后实际形成噬菌斑的比例数的常用方法。它取决于噬菌体颗粒吸附敏感宿主细胞的能力和被感染宿主释放噬菌体的能力。影响平板接种效率的因素很多，如培养物中死菌的存在，以及培养基的成份等。

（三）细菌素的检测

检测细菌素的方法和噬菌体基本相同。把敏感菌株培养物种在平板表面，然后将产生细菌素的细菌培养物或其产物接种在上面，37℃24h后可形成抑菌区。交叉划线法和三层琼脂法检测细菌素也是理想的方法。细菌素分型常采用已知的细菌素对待检菌的检测。细菌素产生菌及敏感菌的筛选可采用交互作用的方法。把其菌株既作为细菌产生株，又作为敏感菌，配对检测细菌素的活力单位，在标准条件下，细菌素使敏感菌在琼脂上呈现清晰的抑制生长区域的最高稀释度为一个细菌素活力单位。对不同种和不同型的细菌素，其活力差别很大。

二、形态和结构

（一）蛭弧菌的形态与结构

蛭弧菌革兰染色呈阴性弧杆菌，相差显微镜下，可见呈跳跃式的运动。电镜观察，蛭弧菌以弧、杆状为主。其菌体长约0.8~1.2nm。胞浆常可观察到致密小体，长约150~300nm，宽为70~120nm，呈片状结构。核区非常明显，周围包绕着数个核糖体颗粒。在蛭弧菌中还可见到间体及其他许多内含物质，有人认为间体的存在与蛭弧菌附着宿主菌有关。

蛭弧菌鞭毛结构是独特的，它由鞭毛鞘和轴心组成，鞘壁厚约7.5nm，轴心直径约为13nm。蛭弧菌鞭毛的结构与其它革兰阴性菌的鞭毛结构基本相似，但未发现鞭毛基部有类似于其它革兰阴性鞭毛基部所具有的L环结构。

（二）噬菌体的形态与结构

噬菌体不能在光学显微镜下观察到，因此，对噬菌体形态、结构的认识，得从电子显微镜开始，这一点与细菌素是相同的。噬菌体个体叫做病毒粒子，它的形状有3种，包括蝌蚪形、微球形和纤丝形。

目前已知大部分噬菌体是属于蝌蚪形，它由头和尾两部分组成。噬菌体尾部的结构比较复杂，是感染、吸附、侵入宿主细胞的器官。蛭弧菌、细菌素不具有这种结构上的特殊分化感染器官。按其尾部形态特征可分为两类，一类尾部较长，有伸缩性尾鞘，如T2、T4和T6等；另一类尾部无伸缩性，并呈现不同程度的易变性，如T1、T3、T5、T7和λ噬菌体等。以T2噬菌体为例，头呈六角棱柱体，头长95nm，宽65nm。外壳是蛋白质，由2000个蛋白质亚单位组成。亚单位的分子量为80kD，外壳厚2.5~3nm ,具有弹性、能伸缩，有助于核酸“注射”到宿主菌体内。尾部至少有尾鞘、尾髓、基板、尾丝、尾针等几部分组成。

微球形噬菌体较小，约20~60nm，电镜可见到呈二十面体的结构，没有尾部或突起。φ174 在二十面体的每个顶角附有一纽结结构。噬菌体颗粒的蛋白质外壳包着核酸。

纤丝形噬菌体结构较为简单，呈弯曲丝状，长度可达到600~800nm，没有吸附器官，可直接穿过胞壁而侵染宿主。

（三）细菌素的形态与结构

细菌素是一种生物活性很强的蛋白质物质，或是脂多糖蛋白质复合物，可称为有活性的慢白颗粒。用电镜技术检查，大部分细菌素呈杆形颗粒状，有髓质和鞘组成。有些细菌素形态与大肠杆菌T系偶数噬菌体的有收缩力的尾部结构相似。细菌素的形态可分为收缩型和伸长型两种，收缩型的核和壳的直径较短，一般仅为5~50nm。而伸长型则约为70~130nm。细菌素大小有很大的差别，V型大肠杆菌可通过火棉胶膜，而A型大肠杆菌素是不能透析的，E型大肠杆菌颗粒较大，20000r/min离心2h不能洗下来。铜绿假单胞菌产生的绿脓杆菌素可分为3种：R型，沉降系数90S，分子量1200kD；F型，沉降系数35S，分子量323kD；S型，沉降系数未见报道，分子量在10KD以下。霍乱弧菌产生的弧菌素呈短杆状颗粒，有一个20nm的鞘和一个直径5nm和外径10nm的髓。这种弧菌素的颗粒与完整的霍乱弧菌噬菌体有收缩力鞘的尾部相似。弧菌素有能伸出鞘的尾状结构，其大小是104nm×21nm ，尾部的一端有清楚的颈部，另一端则有纤毛可附属物。收缩鞘长为45nm，宽为24nm，突出的髓部仅宽9nm，长约104nm。

三、理化性质和化学组成

（一）蛭弧菌的化学组成分及其性质

蛭弧菌具有典型的革兰阴性菌的化学组分，含有肽聚糖成分。肽聚糖成分由胞壁酸葡萄糖胺及其它13种氨基酸组成，其甘氨酸：谷氨酸：二异丙基氟磷酸：胞壁酸：谷氨酰胺的比例为 2：1：1：1：1。

蛭弧菌的蛋白质含量丰富，可达细胞干重的60%~65%，DNA的含量为5%，含有典型的嘌呤和嘧啶，DNA的G+C百分含量，大部分菌株为50.2%±0.8%~50.8%±0.9%。到目前为止，除了蛭弧菌的DNA基因位置和装配结构尚不清楚外，还未发现蛭弧菌DNA结构或成分的特殊性。

Thomashow报道，蛭弧菌鞭毛主要是由蛋白质、磷脂和脂多糖组成，其鞭毛轴心由多肽组成。鞭毛磷脂高达54%~58%，蛋白质含量仅为23%~28%。与细胞外膜的磷脂、蛋白质的含量有明显的差异。蛭弧菌Bduki2含有磷脂，其脂质中所含有的鞘脂类是其细菌研究中极为罕见的。    

（二）噬菌体的化学组成和理化特性

噬菌体元素组成主要包括碳、氢、氧、氮、硫等。WH分析表明，碳为42%，氮13.2%，氢6.4%，磷3.7%。这些元素组成的核酸和蛋白质，占噬菌体重量的90%以上。核酸组成噬菌体的髓核，是遗传信息的载体，蛋白质组成噬菌体的衣壳，具有保护作用。核酸和蛋白质约各占一半，随种类的不同而变化。

噬菌体的核酸分DNA和RNA，但在同一噬菌体中不可能同时含有DNA和RNA这是噬菌体分类的基本依据。其中又分单链和双链。

T偶数噬菌体DNA中的胞嘧啶被5-羟甲基胞嘧啶所取代。近年来发现大肠杆菌噬菌体和伤寒沙门菌噬菌体都含有5-羟甲基胞嘧啶。有的噬菌体DNA中的胸腺嘧啶被5-羟甲基尿嘧啶取代。还有某些噬菌体DNA中含有已糖-葡萄糖，并与5-羟甲基胞嘧啶的羟甲基相联结。

噬菌体中的蛋白质主要组成外壳，氨基酸形成的多肽链组成每个蛋白质亚单位，它们在形态上叫壳粒。一个壳粒蛋白实际上就是具高级结构的蛋白质，噬菌体颗粒就是其四级结构的核蛋白大分子。

T偶数噬菌体除头部蛋白和可收缩尾部蛋白质外，还有一些功能不明的内部蛋白占总蛋白质的3%，此外还含有少量其他物质，如酸溶性肽类，主要为门冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸；两种酸溶性多胺——腐胺和精胺。

（三）细菌素的化学组分及理化性质

细菌素是一种具有生物活性蛋白质类物质。大多数细菌素是含有蛋白质和脂多糖的复合物多浆体，相当于菌体O抗原。细菌素抑制菌体的生长作用与蛋白质成分有关，在蛋白酶的作用下，可破坏其抑菌活性，其活性也与糖脂质有关。弧菌在pH1.3~12.5的范围内作用30min不受影响，56℃环境经5h或煮沸1min不被灭活。但是37℃，pH8.0的环境中与0.05%的胰蛋白酶接触20min，或100℃10min可灭活。绿脓菌素在 pH 6.5—9.5环境中是稳定的，经蛋白酶作用，冻融或蒸镏水透析均可失去活性。不同的大肠杆菌素有弥散性，对加热和pH的敏感性等特性有很大差别。V型、D型和E型大肠菌素极易溶于水，能被硫酸胺及有机溶剂沉淀，而对UV，RNA酶及DNA酶是不敏感的。K型大肠菌素可用75%的乙醇和在pH4.5的环境中用75%的硫酸胺反复沉淀，然后再进行透析，并用氯仿-辛醇处理，可得到纯化和浓缩的大肠菌素。这样的K型大肠菌素是耐热的。

四、作用机制

（一）蛭弧菌噬菌体特性及生命过程

蛭弧菌为细胞内寄生物，整个生活周期可分为识别、侵染、穿入宿主菌体、生长发育、裂解宿主菌、释放子代蛭弧菌。

蛭弧菌通过自由碰撞，以没有鞭毛的一端直接吸附在宿主菌上，菌体高速运转，此后通过宿主菌的细孔进入细胞间质中。侵入过程非常的快，几秒钟内即可完成。蛭弧菌穿入宿主菌后，鞭毛消失，整个过程最长为60min。穿入方式：（1）由于蛭弧菌高速运转，使得蛭弧菌在宿主菌细胞壁上机械钻孔，穿入细胞壁。其动力主要来源于特殊的鞭毛结构。蛭弧菌在穿入前，宿主菌的吸附位点在细胞内压力作用下使局部凸起，蛭弧菌吸附宿主菌后，在胞壁上钻孔，头部与宿主菌原生质体连在一起，宿主菌细胞壁结构遭到破坏，导致内外渗透压平衡失调，从而引起宿主菌细胞壁和原生质体膨胀，蛭弧菌被动进入膨胀的细胞。（2）蛭弧菌穿入时宿主细胞壁破坏还有诱导酶的产生，诱导物存在于宿主菌细胞壁内，蛭弧菌穿入 宿主细胞壁时，至少有溶菌酶、胞壁酸酶及酯酶的产生。酶是蛭弧菌穿入宿主细胞壁时的主要原因子。

蛭弧菌穿入过程完成后，对宿主菌细胞结构进行一系列的修饰和改造，形成一个适合蛭弧菌生长的环境。蛭弧菌在宿主菌细胞内生长时，可直接利用单体前体物质合成生物大分子，从而极大提高其生物的合成速度。其核酸的合成，是直接利用单核苷酸作前体物质开始合成的途径。同时蛭弧菌存在胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶、胸腺嘧啶核苷磷酸酶及胸腺嘧啶激酶，具有从头合成DNA的潜在能力。

蛭弧菌的裂解机制，以Thomashow报道的“蛭弧菌穿入、稳定、裂解”模型较有代表性。参与这一过程主要的酶包括：聚糖酶、蛋白酶、N-脱酰基酶、酰基转移酶，Brawn去脂蛋白酶，裂解经修饰的肽聚糖，脂酶，溶菌酶等。

聚糖酶及酯蛋白酶只是在蛭弧菌穿入时有活性，而蛋白酶在蛭弧菌的大部分生活期间有活性，但活力不断下降，这3种酶在蛭弧菌钻孔中起作用。N-脱酰基酶、酰基转移酶的作用是维持蛭弧菌生长的环境的稳定。Brawn去脂蛋白酶主要是通过修饰底物细胞壁，使聚糖酶消失，而完成这一功能。当蛭弧菌在间质中生长成熟后，蛭弧菌合成一种新的酶，其功能是全裂解经修饰的肽聚糖，其作用位点是于肽聚糖中不可缺少的氨基糖连接键，从而释放子代蛭弧菌。

（二）噬菌体对宿主菌的作用

当噬菌体吸附到宿主菌特异的受点时，噬菌体尾部丝散开，固着于特异的受点，随之刺突和基板固定在受体上。有的噬菌体为丝状噬菌体，只吸附在性纤毛上。二价和一价离子可以促进噬菌体的吸附，如T1在0.001mol Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺或0.01mol Na⁺、K⁺、Li⁺时吸附最适。三价阳离子可以引起失活。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

T偶数噬菌体尾丝散开并固着于细胞，随后在受点上尾孔端扎入，尾部溶菌酶消解宿主菌细胞壁的坚固内层，溶成孔洞，尾鞘象肌动球蛋白的作用一样，收缩、露出尾鞘，伸入宿主菌细胞壁，如同注射器注射动作，将头部的DNA注入宿主胞内。ATP和dATP参与这个侵入过程，约有70%高能ATP水解成ADP或dADP，这种能源似与宿主无关。侵入细胞物质仅是核酸，蛋白质外壳留在胞壁外，不参与增殖过程，在核酸注入时，也有极微量的内部蛋白质参与，从吸附到侵入时间短，如T4只需15s。但温度降至15℃时，则延长至7min，33℃时需3min完成。

噬菌体的DNA注入细菌细胞后起作支配作用，大量复制子代噬菌体的DNA和蛋白质。合成子代噬菌体的材料来自入侵的个体以及细胞降解物和培养基介质。噬菌体的合成借助于细胞代谢机构，由于本身的核酸物质操纵。

当核酸进入宿主细胞后，不能在细胞中找到噬菌体。在增殖的不同时期内，利用人工方法打开宿主菌细胞，发现在增殖前期，已经有噬菌体蛋白质存在，血清学方法证明是尾部蛋白质，被侵染的宿主菌细胞，开始DNA的合成暂时停止，约过5~6min后，DNA的合成速度增加，合成量超过子代所需的量。在细胞内合成噬菌体的DNA和蛋白质，装配成完整的噬菌体，最后细胞壁裂解，释放出子代噬菌体。溶菌酶在子代噬菌体释放过程中起一定的促进作用。

噬菌体侵入宿主细胞进行系列合成反应时，宿主菌细胞本身进行了一系列工作，以修复噬菌体侵入所引起的创伤，并加固胞壁的结构，阻止细胞质的继续渗出。噬菌体巧妙地利用宿主菌细胞的“机器”而有效地合成自身。

（三）细菌素对敏感菌株的作用

细菌素的作用范围很窄，与噬菌体一样有很强的特异性。有的细菌素只对某菌株有活性，只对产生细菌素的近缘关系的细菌产生作用。被作用的菌株是对细菌素敏感的菌株，敏感菌株的细胞表面有特异的细菌素受体。细菌素吸附在敏感细菌菌株细胞的特异性受体上，从而把敏感菌株杀死，但不引起菌株溶解。细菌素的致死活性可在吸附后，7~10min内通过胰蛋白酶的消化来完成。如果在次于最适生长下发生细菌素吸附时，则菌株的细胞出现一种暂时的“免疫性”，而用诱导剂的细胞产生的细菌素的“免疫性”就会失去。

细菌素的作用部位主要是在细菌的细胞膜上的特异受体。细菌吸附在细胞膜上后，能影响细胞的代谢功能。用放射性同位素标记技术研究大肠菌素时发现标有放射性同位素的大肠菌素残留在细菌的细胞膜上。因此认为细菌素主要在细菌细胞膜上发挥其生物活性作用。而不是进入细胞内。细菌素吸附在菌株细胞上主要抑制细菌的DNA、RNA和蛋白质的合成。有些细菌可穿入细胞内，对核糖体30S亚单位起作用，使其降解，进而抑制蛋白质合成，使细胞呼吸缓慢，引起抑制作用。弧菌素对敏感菌DNA的合成有抑制作用，同时RNA和蛋白质的合成仍然继续，但合成速度减慢。

细菌素对菌株作用的特异性是由敏感菌细胞表面有特异的接受器所决定的。这种接受器在电镜下可观察到或免疫力反应检测得以验证。用特异的抗血清保护敏感菌株不受细菌素作用。敏感菌株提取物中所含有的物质及完整的敏感细菌能吸附细菌素，并有中和作用使细菌素失去活性。用提纯的细菌素也能中和抗细菌素的形成。

细菌对于敏感菌株的作用，是细菌素致死性颗粒吸附在敏感菌株细胞的表面特异性受体上，使细胞代谢受到干扰，抑制细菌的生长。这种反应是不可逆的，其结果是敏感菌株被杀死，但原细胞不发生溶解。这与蛭弧菌、噬菌体溶菌作用是不同的。细菌素的杀菌速度与其浓度呈正比，单个细胞素颗粒能够杀死一个敏感菌株的细胞。有人发现大肠菌素可阻遏噬菌体的发育，推测大肠菌素和噬菌体可能存在一个共同的受体。

五、应用范围

（一）蛭弧菌的噬菌性及其应用

蛭弧菌对革兰阴性菌中大部分菌株都有裂解作用。如沙门菌属、假单胞菌属、欧文菌属等裂解率为75%~99.96%。对部分阳性菌也有裂解作用，但枯草杆菌不能被裂解。蛭弧菌不仅对人体病原菌有裂解作用，而且对动、植物病原菌也有较强的裂解作用，如对嗜水气单胞菌的裂解率为90%以上。为此人们认为，蛭弧菌可被用来防治人类、动植物病菌所带来的危害。

蛭弧菌对污水的净化作用已证实，它可以清除河水中的沙门菌、不凝集弧菌、大肠杆菌、浮球衣菌等，清除率为92.8%~97.4%。目前已普遍认为，蛭弧菌可控制或减少致病菌对环境水源的污染，从而预防一些常见疾病和发生，尤其是肠道传染病的发生和流行，保护人体健康。

蛭弧菌对动物是不致病的，对小鼠、豚鼠和家兔等动物无毒性作用，就是用于猴肾、HeLa细胞培养亦不引起任何细胞病变。蛭弧菌制剂外用有预防动物角、结膜炎的作用。雏鸡口服可防止白痢病的发生和流行，其效果与抗生素的作用一致。而且对仔鸡有增重作用，一般为8.23%~15.66%。蛭弧菌制剂在鱼池中，可净化细菌，减低鱼类的发病率，且效果也很显著。

但蛭弧菌不能象噬菌体、细菌素一样用于细菌的分型或传染源的追踪，这与其对宿主特异性相差有关。

（二）噬菌体的应用

噬菌体分型技述目前已广泛的被采用。1938年，颜春晖首次报道伤寒沙门菌的Vi噬菌体分型法，这个方法后来成为噬菌体作细菌分型的一个模型。噬菌体分型技术在流行病学追踪传染源方面有独特的作用。如弧菌噬菌体分型、沙门菌噬菌体分型、金葡菌噬菌体分型、白喉杆菌噬菌体分型、绿脓杆菌噬菌体分型等。

噬菌体对宿主细胞的吸附有很强的特异性，有人利用这一特性，用噬菌体治疗某些感染性疾病。如利用绿脓杆菌噬菌体可有效的抑制绿脓菌的感染。用药途径以体表感染外用效果最佳，次之腔道喷雾，以口服治疗效果最差。何晓青等近年来利用噬菌体鉴定肠杆菌科细菌得到了满意的结果，为沙门菌的检测提供了极大的方便。

噬菌体作为生物材料等在生物研究中已广泛应用，如大肠杆菌噬菌体等。

（三）细菌素和应用

细菌素对细菌的分型也已被广泛采用。细菌素分型与血清学分型是完全不同的，两者之间无任何关系。细菌素是利用细菌细胞表面特异性受体作用。目前采用细菌素分型方法的有埃希菌属、沙门菌属、志贺菌属、绿脓杆菌、梭状芽胞杆菌和产气克雷伯菌等。细菌素分型在细菌学研究及流行病学调查中有一定的价值。

六、结束语

蛭弧菌、噬菌体和细菌素之间有许多类似之处，但三者均有其独特的特性，可以从许多不同的方面加以比较（附表）。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素对敏感细胞的作用，在许多方面都是类似的。蛭弧菌吸附宿主菌也可能有特定的受体，噬菌体和细菌素吸附宿主必须特异的受体，而且在菌株中噬菌体和细菌素的受体可能是共同的受体。蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用宿主菌的结果，均可导致宿主细胞的死亡。蛭弧菌和噬菌体利用宿主细胞提供的物质并在其体内生长，最终释放出新的子代，宿主菌细胞破裂。细菌素作用于宿主细胞，干扰细胞代谢，抑制细菌生长，敏感菌株被杀死，但细胞不溶解。

蛭弧菌、噬菌体和细菌素作用敏感细菌，在含有敏感细菌的双层琼脂上均可形成透明的噬菌斑。形成的噬菌斑随敏感菌株的生长代谢停止而停止扩展。蛭弧菌噬菌斑可随培养时间而扩展，直至宿主菌耗尽。蛭弧菌在死菌上形成噬菌斑的速度更快、数目更多。用检查噬菌体、细菌素的方法很难检出蛭弧菌，用检查蛭弧菌的方法不能检出噬菌体和细菌素。

尽管蛭弧菌、噬菌体和细菌素三者之间有很多明显的相似之处，甚至有共同的特点，但到目前为止，没有足够的理由说明它们之间有任何的联系。因此，必然的结论是，蛭弧菌不同于噬菌体和细菌素，它是典型的革兰阴性菌的特性，它可以被噬菌体侵染；噬菌体不同于蛭弧菌和细菌素，它具有典型的病毒特征，对宿主菌具有很强的特异性：细菌素不同于蛭弧菌和噬菌体，它是具有很强的生物活性的大分子蛋白质，宿主菌特异性很强，不能溶解细菌。

               附表 蛭弧菌、噬菌体和细菌素特性，比较

在流行病学及细菌学的研究中，如传染源追踪、疾病的预测、细菌病的防治、细菌分类及分型等方面，蛭弧菌、噬菌体和细菌素均已显示了它们独特的作用。采用现代分子生物学及分子遗传学技术进一步研究蛭弧菌、噬菌体和细菌素的本质、生物活性、遗传特点以及三者的关联等将是十分有意义的。

本文发表于中国科学技术出版社出版的《医学分子微生物学进展》第二集第120-127页

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