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噬菌体（bacteriophage）是一类侵害细菌（包括放线菌）的病毒，又称细菌病毒（bacterialvirus）。具有其他病毒的共同特性：个体小、可通过除菌滤器、没有细胞结构、非常专一的寄生性等，为非细胞生物。其结构主要由蛋白质和核酸（DNA或RNA）组成。在自然界中分布广泛，土壤、空气、水中或生物体内都可存在。据噬菌体与寄主细胞的关系可分为烈性噬菌体（virulent phage）和温和噬菌体（temperate phage）两类。前者改变寄主的性质，大量产生新的噬菌体，最后导致菌体裂解死亡；后者可因生长条件的不同，即可引起寄主细胞的裂解死亡，又可将其核酸整合到细菌的染色体上，使细菌细胞继续生长繁殖，并被溶原化。
噬菌体的危害主要存在于发酵工业，如乳制品、酶制剂、氨基酸、有机溶剂、抗生素、微生物农药和菌肥生产等。由于它的个体比细菌小数百倍，可以附着于尘埃上随风飘移，因此能长久地扩散和传播到一定的范围，并能脱离寄主而存活。它在寄主细胞内能大量迅速繁殖子代噬菌体，如在十几分钟至一个小时左右，一个细胞感染一个噬菌体后可以释放出数十个至数百个子代噬菌体。一旦发生噬菌体污染，会导致发酵异常、倒罐，使工业生产遭到严重损失。
由于噬菌体的结构比细菌和高等细胞简单，故广泛用于复制、转录和调节机理的研究。
λ噬菌体以原噬菌体方式存在于大肠杆菌K12株系中，利用紫外线诱导可以释放λ噬菌体，可感染已经丧失了λ噬菌体的大肠杆菌株系。λ噬菌体在大肠杆菌中可裂解生长或整合到寄主染色体中复制。λ-DNA可在体外包装成病毒颗粒，高效地感染大肠杆菌；可以把25kb长的外源DNA插入λ-DNA，引入受体细胞；另外重组λ-DNA的筛选和保藏较易，故常作为分子克隆的载体。 一、噬菌体的形态和构造
从形态学上可将噬菌体分为六群，其中1、2、3群有头部、尾部之分，为蝌蚪形：4、5两群没有尾部，是微球形，6群为纤维形噬菌体，是一条略呈弯曲的纤丝。目前我国谷氨酸发酵中所发现的噬菌体，均属蝌蚪形。 侵染棒杆菌的一种噬菌体具有头部和尾部，头部呈明显的六边形，头部大小约为55nm。它是一种非收缩尾噬菌体，尾部呈杆形或弯曲，长约193nm×12nm。尾部末端可看到六个明显的钉状刺突，其中三个在一个平面上，另外三个在另一个平面上，两个平面互相平行，且垂直于尾。六个刺突在垂直投影面上形成六个角。 T奇数噬菌体有多种，已报道的侵染北京棒杆菌的噬菌体有四种，这四种噬菌体是A2、A3、A133和A155。A133是收缩尾，A2、A3和A155是非收缩尾。尚未报道这四种噬菌体的尾端有刺突。 噬菌体的化学成分绝大部分是核酸和蛋白质，它们占粒子重量的90％以上，其中核酸占40％～50％，多数噬菌体的核酸是单链或双链DNA，但近十多年来，发现不少的噬菌体所含的核酸就是RNA。噬菌体的外壳由蛋白质组成。 二、噬菌体的生长和繁殖
噬菌体的生长和繁殖过程包括五个步骤，即吸附（adsorption）、侵入（injection）、增殖（replication）、成熟（maturity）和释放（release）（图2-127）。
（一）吸附
吸附是噬菌体的吸附器官（尾丝、基板和刺突）与敏感寄主细胞的特殊位点的接触（图2-128）。尾丝首先触及寄主细胞表面，然后基板和刺突固定。一般说，噬菌体对寄主要求专一性很强，比如，产谷氨酸的北京棒杆菌噬菌体就严格地限于侵染北京棒杆菌。但也有些噬菌体也可以感染相近的种或属的菌株，如四环素生产菌的噬菌体。敏感的细胞并非整个细胞各处皆可吸附，须在特殊位点，而且大肠杆菌的受点还依噬菌体而异。T3、T4和T7噬菌体的特殊位点是脂多糖层；T2和T6是脂蛋白质，雄性专一噬菌体是F+细胞的纤毛。当然，噬菌体吸附的寄主细胞和特殊位点的专一性并非一致，程度有差异。 （二）侵入
吸附后，尾丝收缩，感染过程开始，对T类噬菌体就开始收缩尾鞘，结果不仅尾髓插入细胞壁，而且会像注射一样将DNA打入细胞内。蛋白质的外壳仍在壁外，而线状噬菌体fd则全部进入寄主细胞。从吸附到侵入时间很短，如T4仅需15s。 （三）增殖
噬菌体一侵入，增殖即开始，即核酸的复制和蛋白质的合成。先利用寄主的RNA聚合酶转录，噬菌体的mRNA被寄主的蛋白质合成体系翻译，形成一系列新的早期蛋白质。在T类噬菌体中，早期蛋白质包括一种新的DNA聚合酶，分解寄主的DNA的核酸酶，合成5-羟甲基胞嘧啶和它的ATP所必需的酶，以及转录形成后期蛋白质基因所需的蛋白质。然后开始噬菌体核酸的复制。在含有双股DNA的噬菌体中，复制过程与一般DNA复制相似。在含单股DNA的噬菌体如ΦX174中，一条互补的DNA被合成，形成了双股DNA，接着再以此作模板合成RNA和子代DNA。第二步是后期蛋白质开始出现。在T类噬菌体中，合成的后期蛋白质是噬菌体头和尾成分的亚单位，还有噬菌体的溶菌酶。这种酶能分解寄主细胞壁的肽聚糖。
（四）成熟
当所有噬菌体结构成分都已合成时，成熟过程（即“装配”）便开始。在T4中，装配一个成熟噬菌体约需30种不同的蛋白质，而且至少具有47种基因功能。其过程先是DNA的凝聚，头的亚单位被组装成头部，尾和尾丝也各自组成。然后按从头至尾的顺序自我装配，最后将尾丝装上，形成一个完整的噬菌体（图2-130）。
（五）释放
噬菌体繁殖的最后阶段是裂解释放出子代噬菌体。裂解T类噬菌体感染的细胞要涉及两个或更多基因的作用，至少一个作用于细胞膜，另一个具有溶菌酶的作用将分解壁的肽聚糖，线状噬菌体则不裂解寄主细胞，可能是通过挤压而冲出细胞壁。
每种噬菌体侵入敏感细胞，每个细胞最后能装配完成和释放出的噬菌体数称为裂解量，它是相对固定的。如T4为100，ΦX174为1000，f2为10000，T2为200；谷氨酸产生菌的噬菌体为50～150。
图2-131为噬菌体一步生长曲线，这是定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。实验时必须用噬菌体去感染高浓度的寄主细胞，以保证每个细胞所吸附的噬菌体至多只有一个。由于众多寄主细胞的裂解不可能同步，所以释放期较长。 （六）噬菌体效价的测定
效价（titre）在这里的含义是表示每毫升试样中所含具有感染性噬菌体的数量，也称噬菌斑形成量（plaque-forming unit）。
测定效价的方法常用双层平皿法。在已倒2％琼脂下层的平皿上，将1％琼脂上层培养基与敏感寄主细胞和噬菌体试样稀释液混匀凝固后，37℃培养10多个小时，平皿表面会形成具有一定形状、大小和透明度的噬菌斑。由于一个噬菌体先侵染一个细胞，然后以此为起点再反复侵染周围大量细胞，结果形成可观察到的一个噬菌斑。据知一个直径2mm的噬菌斑含有107～109个噬菌体。 三、噬菌体的生活史
噬菌体有两类，大多数噬菌体是烈性的，如T4、T7、ΦX174等，它们在生长循环结束时就杀死细胞，其过程就像整个生长繁殖过程。不过，在自然界还存在另一种噬菌体，称为温和性噬菌体。
温和性噬菌体感染一个敏感细菌菌株时，根据各种遗传和生理条件，有两种可能的行为，即一些细胞被噬菌体增殖所裂解，而另一些则被溶原化。
温和性噬菌体侵入寄主细胞后，由于前者的基因组整合到后者的DNA上，并随寄主细胞的复制而进行同步复制，不引起寄主细胞裂解的现象称“溶原化”。能引起溶原化的噬菌体即称温和性噬菌体，已整合到寄主DNA上的噬菌体就称“原噬菌体”，这时的寄主就称“溶原菌”（lysogenic bacteria）。以“原噬菌体”的方式嵌存于寄主的DNA中，可随寄主繁殖，延续传代，“和平共处”，一般不引起细胞裂解。产生溶原化的菌株的命名方法是，在菌株名称后加上括号，括号内是它们所携
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