苏云金杆菌噬菌体综述
廖威广西职业技术学院 南宁 530226
摘要:该文对苏云金杆菌噬菌体的生理学和基因组学进行综述，提出了对其溶原性噬菌体的研究问题。
关键词: 苏云金杆菌,噬菌体，溶原性，综述
噬菌体是感染细菌等微生物的病毒。已有90属以上的原核生物中发现了它们的存在，而且大多数是溶原性的。根据它们与宿主菌的关系可分为烈性噬菌体和溶原噬菌体。后者的基因组能够整合进宿主的基因组中而不导致细胞裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体，带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。前噬菌体可以诱导脱离宿主基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细胞裂解。溶原性噬菌体有三种存在状态：1）具有感染性的游离颗粒 2）宿主细胞的质粒3）前噬菌体。溶原性噬菌体两个最主要的特征是具有感染潜力和再感染免疫性,不同的噬菌体可以存在于同一宿主中。
苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis，B.t）作为一类不污染环境而又有效的微生物杀虫剂已经广泛应用。早在1960年就发现了溶原性噬菌体存在于苏云金杆菌中。83%的B.t亚种菌株均能分离到溶原性噬菌体,有些高效价的生产菌株本身就是溶原菌株。1990年喻子牛发现由噬菌体引起的B.t发酵倒灌率轻者为15-30%，重者达到50-80%。由于苏云金杆菌高频率的溶原化，使得溶原性噬菌体成为苏云金杆菌发酵工业的首要危害。虽然早在四十多年前就开始研究苏云金杆菌噬菌体的特性，并提出过一些防治方法，如把脱乙酰壳多糖加入发酵培养基中用来防止噬菌体的危害，但至今还没有一种有效的防治方法。
苏云金杆菌噬菌体具有其它噬菌体的一般特性。基本形态为蝌蚪形[1，2]，属于有尾噬菌体科，由头部和尾部两部分组成[3]。具体的三种形态为：肌尾噬菌体，尾巴长可以收缩，属于A组(如：TP33)；长尾噬菌体，尾巴长不能收缩，属于B组(如：TP21、TP35、TP51、TP52)；短尾噬菌体，尾巴很短，属于C组(如：TP1)。
可以用抗血清区分不同的噬菌体分型。近半个世纪的研究中，至少从苏云金杆菌
中分离出噬菌体1-97, Bam35，Bastille， GIL01，GIL16，T22，Tm2，Tg4，Px1，SU-11等等97种。经常涉及的苏云金杆菌亚种或血清型有galleriae,aizawai,berliner,AF101,dendrolimus,kurstakiHD1,kumantoensis H18和israelensis 菌株[4，5]；而且这些噬菌体与来自Bacillus cereus、Bacillus anthaeis和Bacillus licheniformis的噬菌体在结构形态上很相近。参与研究的国家有前苏联、日本、比利时、法国、芬兰、加拿大、美国、英国等，特别是前苏联，在国家财政的支持下，进行了噬菌体的生理学、理化特性、临床治疗等一系列的研究。这一时期很多科学家如：Zvenigorodskii，Azizbekian,Kochkina,Colasito,Rautenshtein,Smirnova和Minenkova对研究苏云金杆菌噬菌体生理学和理化特性做出了较大的贡献。
对于苏云金杆菌噬菌体的研究，一般都集中在形态学和生物学两方面[6]，对其核酸方面的研究比较滞后。三分之二的噬菌体仅限于对其分离纯化及形态的观察。如噬菌体的形态、噬斑形态、宿主范围、血清学、一步生长曲线、紫外线和丝裂霉素C的诱导等等 [6-8]。1960年Yoder首次从Berliner菌株中分离B.t噬菌体；随后的十年间，Stefanov等从不同的亚种中分离出噬菌体，并首次进行了比较全面的生理学方面的试验。1970年Barjac首先发现了B.t转导噬菌体Thl；1971年Paytehteh使用紫外线和丝裂霉素C诱导B.t噬菌体并大量分离它们；随后对噬菌体的结构、鉴定、抗体、复制、超微结构、生活周期、二元溶原现象等进行了研究；1978年何能伯在国内首次分离B.t噬菌体并研究其生理学；1978年噬菌体研究专家Ackermann分离出7种溶原性噬菌体并详细研究噬菌体Bam35的结构和性质。上世纪八十年代以后，国外关于苏云金杆菌噬菌体的研究转到了遗传育种有关方面。因为苏云金杆菌间进行基因交换的方式有限，而溶原性噬菌体却可作为研究苏云金杆菌遗传传递系统和确定其基因连锁群的一种工具。如1984年Barsomian利用转导噬菌体连接了苏云金杆菌染色体上的遗传标记[9]，Ruhfel等则利用转导噬菌体在B.thuringiensis；B.cerus 和B.anthacis间转移质粒。1989年日本学者Kohzo Kanda还发现了一种在苏云金杆菌AF101株的质粒上整合着的噬菌体J7W-1[10]。在此期间，还对多元噬菌体的生长特性、溶原性噬菌体Tm2的拮抗作用、酶切图谱、分子杂交、种间转染、遗传标记、分子量及末端重复率的估算等进行研究；1982年，Z.Y.Han首次在国内研究了噬菌体的血清学性质；1987年国内首次进行溶原性噬菌体研究；同年， Besaeva探索生产噬菌体用于临床试验。在进入九十年代后，大量生产实用的aizawai菌株的噬菌体、划分出25种模式噬菌体、研究chitosan对抑制噬菌体的爆发作用、用M13DNA作B.t的指纹分析以及研究噬菌体kk-88的粘性末端和3′端突出。二十一世纪以来，进一步研究B.t噬菌体的分子生物学，对噬菌体的核酸性质、爆发机理、基因组的测序进行了研究。
在国外，苏云金杆菌溶原性噬菌体的研究早已进入分子生物学水平。一些噬菌体的基因组序列已被陆续测定。一个与质粒pBClin15极其相似的线性双链的基因组Bam35的序列被确定，其大小为15kb。同年，另一个噬菌体GIL01的基因组序列也被测定，并克隆表达了该基因组上的两个胞壁质酶基因 [11]。噬菌体GIL16 的基因组全序列也被测定[12]。但国内对苏云金杆菌溶原性噬菌体的研究刚刚开始，1985年，王国珣鉴定出了核酸的类型和链型；朱素娟诱导出几株苏云金杆菌溶原性噬菌体，也未进行深入的工作[7]。王卫国曾研究了三株苏云金杆菌噬菌体结构蛋白[8]。至于有关苏云金杆菌溶原性噬菌体基因组学的研究还未见报道。
已经全序列报道的三个噬菌体同属Tectiviridae 家族，它们的基因组长度很为31个ORF左右。Bam35为Gram阳性；GIL01和GIL16 都为Gram阴性，并与噬菌体PRD1非常相似。其中GIL01和GIL16的剪切酶、DNA 聚合酶、类LexA 阻遏因子、DNA包装蛋白、溶菌酶和胞壁酶等基因被分析。GIL16的两个溶菌酶基因与GIL01的两个胞壁酶基因都是溶解细菌的细胞壁[11]，而且这两个基因在整个基因组上排序相同。对噬菌体DNA 聚合酶基因研究得最透切，其次是DNA包装蛋白，溶菌酶和胞壁酶，但是对类LexA 阻遏因子研究得比较少。至于Bam35，虽然已经报道出全序列基因组有32个，但没有对这些基因进行功能分析。对其它的B.t噬菌体的个别基因也有所研究[13]。
2001年，Meij认为所有的DNA 聚合酶都属于B家族，其中有三个主要的保守区涉及核甘酸链区的结合。拥有相似功能的除了噬菌体GIL01和GIL16外，还有几个其它的噬菌体，如噬菌体Φ29,M2,PZA和PRD1。此外，它们还跟Neurospora crassa, Flammulina velutipes 和Kluyveromyces lactis几个霉菌的DNA 聚合酶相似，相似程度都达到了30%左右。类LexA 阻遏因子基因跟其它几个类LexA 阻遏因子的N-端部分相似，相似部分负调节细菌的DNA修复和合成，或者抑制噬菌体的裂解功能。这些阻抑物的N-端保守区域被认为与DNA的识别有关。DNA包装蛋白基因功能与PRD1和PR4的DNA包装蛋白很相似。
噬菌体GIL01的胞壁酶的氨基酸序列跟其它溶菌酶的相似。这些溶菌酶在很多的细菌和其它噬菌体中都有发现，如噬菌体Bastille, phi-gle 和phi-105等。1995年，Buist认为同源性主要位于该酶的N-端区域，这是因为可能含有活性位点。在细菌中，这些溶菌酶涉及了肽聚糖的再循环、细胞的分离、鞭毛或芽孢的形成。同时，用于溶解部分的细胞壁而使噬菌体进入或离开细胞[14]。
目前苏云金杆菌噬菌体的研究热点主要集中在各未知基因功能、原噬菌体的形态、与宿主的关系、溶原与裂解的调控、过渡的调节机制等。目前已经测出全序列的苏云金杆菌噬菌体还很少，随着测序技术的进步和成本的下降，更多的苏云金杆菌噬菌体基因组将被测定并进行比较，以期发掘出更多有用的基因，特别是对溶原与裂解的调控基因的研究，可直接为生产上防治溶原性噬菌体提供科学依据[15]，寻找影响或控制溶原性噬菌体随机爆发的理化或生物因素。
参考文献
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