噬菌蛭弧菌分子生物学特性的研究.docVIP

噬菌蛭弧菌分子生物学特性的研究 中国医学细菌中心弧菌噬菌体研究室 秦生巨 一、前言 噬菌蛭弧菌(Bdellovibrio bacteriovorus,以下简称蛭弧菌)是60年代中期Stolp 等[1]发现的一类细菌寄生菌。它比通常的细菌要小，有似细菌病毒（噬菌体）的作用，但不是病毒，具有细菌的特性。“寄生”和“裂解（溶菌）”宿主细菌是蛭弧菌独特的生物学特性。这一生物学特性引起了人们极大的兴趣和关注。20多年来，美国、苏联、日本、法国、以色列、印度等30多个国家和地区的许多实验室对这类菌进行了研究。1982年，秦生巨等在我国首次发现并及时报道了对蛭弧菌的研究。自从蛭弧菌发现以来，国内外许多研究人员对蛭弧菌的生物学、生态学、生理学、分类学、生物化学、分子生物学及其与生物间的拮抗作用进行了研究。特别是70年代后期，对蛭弧菌分子生物学方面的研究更为广泛和细致，发现蛭弧菌在分子生物学方面亦具有许多独特的特性：蛭弧菌不能利用碳水化合物，但分解蛋白质的能力极强，它是利用多肽及氨基酸作为能源和碳源的；蛭弧菌生长代谢过程中乙醛酸循环不明显，以不完全的三羧酸循环为主要代谢途径；蛭弧菌蛋白质含量极为丰富，可达干重的60%~65%，DNA含量为5%，含有典型的嘌呤和嘧啶；蛭弧菌DNA合成的前体物质，全部来自宿主菌细胞，大约70%来源于宿主DNA，30%来源于RNA；蛭弧菌可直接利用单核苷酸作前体物质，合成其核酸；蛭弧菌γATP（每消耗1g ATP所得细胞千重）值高达20%~30%；蛭弧菌在吸附、侵染、穿入等的整个生命周期中，需要多种酶类的参加；蛭弧菌的鞭毛，粗且带鞘，早期有人认为，鞭毛鞘是由细胞壁外膜组成，对尿素十分敏感。近年来，许多实验室对蛭弧菌的噬菌特性以及利用蛭弧菌清除自然环境河水中的某些肠道致病菌方面，做了许多卓有成效的探索工作。目前已证实，蛭弧菌对沙门菌属、志贺菌属、埃希菌属、假单胞菌属、欧文菌属、变形杆菌属、弧菌属等均有很高的裂解活性，特别是对沙门菌属和志贺菌属。进一步研究发现，蛭弧菌对自然河水中的ElTor霍乱弧菌、不凝集弧菌、伤寒沙门菌、大肠杆菌、细菌总数、浮游球衣菌、大肠菌群等均有显著的净化作用。本文就蛭弧菌的形态结构、化学组分、能量代谢、生命周期以及蛭弧菌生物拮抗作用等方面的研究阐述如下。 二、 蛭弧菌的形态 （一）一般形态 蛭弧菌革兰染色，于普通光学显微镜下呈阴性弧、杆菌。相差显微镜下，可见到蛭弧菌积极追捕宿主呈跳跃式的运动。电子显微镜观察、蛭弧菌以弧、杆状为主（图1）。其菌体长约为0.8~1.2μm,宽约为0.25~0.40μm。菌体一端附着一根端生鞭毛，极少数有2~3根。蛭弧菌的鞭毛比其它细菌鞭毛为粗，直径约为21~28nm，长一般为菌体的10~40倍，通常呈波状。靠近菌体的最初3个“波段”的“波长”递减，远端“波段”的“波长”相当稳定。这种结构与其侵袭功能直接相关，并被认为是蛭弧菌的又一特征。Shilo等发现，与蛭弧菌鞭毛相对的菌体另一端（头部）有钉状的纤毛结构存在，通常2~3根，最多可有6根，纤毛直径为4.5~10nm，长为0.8~1.5μm，呈直线形或三角弯曲状。 图（1）蛭弧菌Bd39电镜照片 蛭弧菌的形状结构，不同菌株各有差异。而且培养基的选择及培养条件许多因素均可影响蛭弧菌形态特征的发育。 （二）超微结构 蛭弧菌细胞壁通常有内外两层组成，内层覆于细胞膜，其上有数个分散的颗粒，直径约为6~10 nm。蛭弧菌胞浆中常可观察到致密小体，长约150~300nm，宽约70~120nm，呈片状结构，据推测这可能是细胞膜内陷而形成的。核区非常明显，周围包绕着数个核糖体颗粒。在蛭弧菌的菌体中还可见到间体及其他许多内含物，有人认为间体的存在与蛭弧菌附着宿主有关。 当蛭弧菌在深红红螺菌中生长发育时，常见形成异形结构的“孢囊体”，长约为1.2μm，宽约为0.6μm，孢囊体外壁和内膜都很厚，外壁可厚达30~40nm。 蛭弧菌的鞭毛结构是独特的，它由鞭毛鞘和轴心组成，鞘壁厚约 7.5nm，轴心直径约13nm。Abram等[3]早期认为，蛭弧菌的鞭毛鞘是由细胞壁外膜延伸而组成的，但是当6 mol/L尿素存在时，鞭毛鞘极易被溶解破坏，而细胞壁不受影响。推测组成鞭毛鞘的物质可能对尿素比较敏感，使鞭毛鞘肿胀，直至破裂。有人认为，蛭弧菌鞭毛的结构与其他革兰阴性细菌的鞭毛结构基本相似，但至今尚未发现蛭弧菌鞭毛基部有类似于其他革兰阴性菌鞭毛基部所具有的L环结构（图3）。 图3 蛭弧菌鞭毛基部L环结构模式 蛭弧菌的纤毛基部起源于细胞膜，有6~12个环状结构，有的分散，有的成簇集结在一起。有人称这一结构为“感染锥子”或“吸附器（固着器）”。这一结构的存在，与蛭弧菌的寄生特性有关，对蛭弧菌进入宿主细胞时机械性钻孔也有积极作