噬菌體侵染細菌的實驗

噬菌體是寄生在細菌細胞中的病毒.一個典型的噬菌體的生活周期,可以分為3個階段感染階段,增殖階段和成熟階段.有關的主要內容在課本上已經介紹過了,這里再稍加詳述如下.

感染階段 噬菌體侵染寄主細胞的第一步是"吸附",即噬菌體的尾部附著在細菌的細胞壁上,然后進行"侵入.先通過溶菌酶的作用在細菌的細胞壁上打開一個缺口,尾鞘像肌動蛋白和肌球蛋白的作用一樣收縮,露出尾軸,伸入細胞壁內,如同注射器的注射動作,噬菌體只把頭部的DNA注入細菌的細胞內,其蛋白質外殼留在壁外,不參與增殖過程.

增殖階段 噬菌體DNA進入細菌細胞后,會引起一系列的變化:細菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌體逐漸控制了細胞的代謝.噬菌體巧妙地利用寄主(細菌)細胞的"機器",大量地復制子代噬菌體的DNA和蛋白質,并形成完整的噬菌體顆粒.噬菌體的形成是借助于細菌細胞的代謝機構,由本身的核酸物質操縱的.據觀察,當噬菌體侵入細菌細胞后,細菌的細胞質里很快便充滿了DNA細絲,10 min左右開始出現完整的多角形頭部結構.噬菌體成熟時,這些DNA高分子聚縮成多角體,頭部蛋白質通過排列和結晶過程,把多角形DNA聚縮體包圍,然后頭部和尾部相互吻合,組裝成一個完整的子代噬菌體.

成熟階段 噬菌體成熟后,在潛伏后期,溶解寄主細胞壁的溶菌酶逐漸增加,促使細胞裂解,從而釋放出子代噬菌體.在光學顯微鏡下觀察培養的感染細胞,可以直接看到細胞的裂解現象.T2噬菌體在37 ℃下大約只需40 min 就可以產生100～300個子代噬菌體.子代噬菌體釋放出來后,又去侵染鄰近的細菌細胞,產生子二代噬菌體.

怎樣知道噬菌體注入細菌內部的物質只是DNA呢這主要是通過同位素的標記實驗知道的.1952年赫爾希(A.D.Hershey,1908c)和蔡斯(M.Chase)把宿主細菌分別培養在含有35S和32P的培養基中,宿主細菌在生長過程中,就分別被35S和32P所標記.然后,赫爾希等人用T2噬菌體分別去侵染被35S和32P標記的細菌.噬菌體在細菌細胞內增殖,裂解后釋放出很多子代噬菌體,在這些子代噬菌體中,前者被35S所標記,后者被32P所標記.

同位素標記實驗的第二步,是用被35S和32P標記的噬菌體分別去侵染未標記的細菌,然后測定宿主細胞的同位素標記當用35S標記的噬菌體侵染細菌時,測定結果顯示,宿主細胞內很少有同位素標記,而大多數35S標記的噬菌體蛋白質附著在宿主細胞的外面當用32P標記的噬菌體感染細菌時,測定結果顯示宿主細胞的外面的噬菌體外殼中很少有放射性同位素32P,而大多數放射性同位素32P在宿主細胞內.以上實驗表明,噬菌體在侵染細菌時,進入細菌內的主要是DNA,而大多數蛋白質在細菌的外面.可見,在噬菌體的生活史中,只有DNA是在親代和子代之間具有連續性的物質.