宣布日期：2022-05-25 宣布人：asiagame生物
噬菌体是地球上数目最多的生物，它们影响着地球的整个生态系统。
噬菌体是地球上数目最多的生物，它们影响着地球的整个生态系统。关于人们来说，主要是来自医学界的专家，他们对它们的奇异特征很感兴趣——基于噬菌体的药物是对抗危险细菌对抗病毒药物日益增添的耐药性——抗生素耐药性的主要工具。在第一份质料中，将翻开一系列关于研究噬菌体的特征和历程的出书物，来自 Rostec 国家公司 Nacimbio 控股公司的专家 Alexander Zharnikov 谈到了噬菌体对现代基础的生长所做的孝顺�？蒲�。
今天，任何高中生都至少对基因是什么、DNA是怎样排列的、它是怎样复制的以及怎样从中读守信息有了基本的相识�？梢运�，现代分子生物学已经能够深入到生命的实质。
然而，很少有人想到科学家是怎样相识这一切的。在人类细胞和其他高度组织化的生物体中研究这样的历程是极其难题的。这里我们需要简朴的模子系统。在上个世纪，它们酿成了噬菌体——寄生于细菌的病毒。
生物学家的隐形助手
噬菌体颗粒具有基本结构：DNA 和卵白质外壳。它们中的基因很少，它们很容易研究，若是有须要，你可以获得大宗的拷贝。正是由于这些微观的“外星人”，以及科学头脑的奔腾和一系列优雅的实验，人类体内基因事情的许多细节才为人所知。
在俄罗斯，由于多年的临床实践，噬菌体是众所周知的，主要作为抗菌药物。NPO Microgen 公司（隶属于 Rostec 国家公司的 Nacimbio 控股公司）是天下上唯逐一家以工业规模生产它们，投入大宗资源举行研究，甚至在俄罗斯建设了第一个生物资源中心。在这种结构的基础上，形成了在俄罗斯流通的噬菌体基金。
突变是随机的吗？
突变会在活细胞中无意爆发，照旧需要紫外线、辐射、病毒、毒素或其他因素？今天，这些问题的谜底，进入学�？纬�，一经是任何科学界名人都无法说出的。
同时，找到谜底也极其主要，由于对基因、遗传和进化论的作用的明确都依赖于此。该解决计划于 1943 年由两位才华横溢的美国科学家、微生物学家 Salvador Luria 和生物物理学家 Max Delbrück 于 1943 年发明（其时甚至没有人知道 DNA 是怎样事情的�。�。由于他们的发明，他们获得了诺贝尔奖，而噬菌体在这方面为他们提供了资助。
到 1943 年，科学家们已经知道细菌可以通过突变很快对噬菌体爆发抗药性。为相识释这一征象，其时的生物学家分为两个阵营。一些人以为噬菌体成为一种“移植物”：它们自己会引起突变，因此细菌会对其子女爆发免疫力。其他人则以为，甚至在微生物遇到噬菌体之前，突变就会自觉（随机）爆发。
当 Luria 和 Delbrück 第一次实验磨练这些假设时，他们感应很失望：细菌的突变爆发得云云随机，以至于完全不可能对其举行分类。然后一切都凭证一部好莱坞影戏的情节爆发了。一次意外帮了大忙：有一天，Luria 看着他的同事在老虎机上赢了三美元，并获得了一角硬币的奖金�？蒲Ъ业哪院Ｖ猩凉桓鲥谙�，他意识到他需要盘算具有差别突变的菌落数目。最常爆发的突变很可能爆发在最早几代的微生物中（阅读：在遇到病毒之前）。
Luria 与 Delbrück 分享了他的推测，Delbrück 使用了统计数据的所有实力来测试它。突变仅在噬菌体作用下爆发的假设已被批判。它们一直泛起，这意味着复制基因的过失可能是无意爆发的。进化的主引擎从未阻止过。
早在上个世纪中叶，捷克僧侣兼生物学家格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）用他着名的豌豆实验证实，生物不会直接从怙恃那里继续特征。这通过某些底物 - 基因凭证某些纪律爆发。
“生命密码”在那里？
但什么是基因？科学家们很如意识到，这些神秘的遗传信息守护者位于染色体中。然而，染色体并不是那么简朴：它们包括 DNA 和卵白质。现在看来令人惊讶，但直到上世纪中叶，科学家们才把手掌交给了卵白质。美国生物学家阿尔弗雷德·赫尔希也持有这样的看法。只管云云，他照旧决议与植物学家马克蔡斯再次核对他的推测。他们对厥后成为传奇的细菌和噬菌体举行了实验。
科学家们知道，噬菌体会附着在宿主细胞上，并向其中注入一些物质——DNA或卵白质。这种物质成为新噬菌体颗粒合成和组装的指令。为了相识噬菌体事实将什么引入细菌，研究职员开发了两种噬菌体。有些是在放射性硫同位素 35S 保存下生产的。硫保存于卵白质中，但不保存于 DNA 中。因此，只有噬菌体颗粒的卵白质因素被证实是被“标记”的。第二批噬菌体是在放射性磷同位素 32P 的保存下培育的。相反，它只是DNA的一部分。
用差别的噬菌体熏染差别的细菌作育物，然后装入搅拌机并充分摇晃以扫除游离病毒。然后将样品离心，效果，只有细菌留在底部，在沉淀物中，只有噬菌体残留在肉汤中。当 Hershey 和 Chase 举行剖析时，他们发明该细菌所在的沉积物中，保存大宗 32P。这意味着噬菌体将 DNA 注入其中。事实证实，“生命密码”一直隐藏在科学家眼前。
遗传密码的“字”中有几多个“字母”？
1961年12月30日，一篇题为《卵白质遗传密码的一样平常性子》的文章揭晓在《自然》杂志上，很快成为分子生物学的经典，并被宣布为“生物学中最优异的着作之一”。随后，其他学者在他们的着作中引用了它900多次。那么，这份出书物的作者——分子生物学家弗朗西斯·克里克、生物学家悉尼·布伦纳和他们的两位同事——是怎样给科学界留下云云深刻印象的呢？
到这篇文章揭晓时，科学家们已经知道 DNA 是由四种含氮碱基（遗传密码的“字母”）组成的，而卵白质是由 20 种氨基酸组成的。简朴的盘算批注，只有一个含氮碱基不可编码的氨基酸——这对每小我私家来说都不敷。两个含氮碱基的“词”不敷：效果是 16 种差别的组合，仍然少于氨基酸的数目。可是三个“字母”的“字”照旧挺合适的。64 种可能的组合凌驾了所有氨基酸的多样性。理论上这是合乎逻辑的，但现实上没有人能证实这一点。
1961 年，弗朗西斯·克里克及其同事发明了期待已久的证据�？蒲Ъ颐鞘钦庋评淼�。若是从 DNA 中“剪掉”一个“字母”，那么遗传密码将变得毫无意义，由于整个阅读框架都会爆发转变。例如，有一个代码 AAT HCA AAA TCG。让我们从中删除第一个“字母”并获得 ATG CAA AAT CG。也就是说，所有后续的“词”也爆发了转变，一个完全差别的基因横空出生。
我们决议在 T4 噬菌体上磨练这个假设。他们在一种叫做黄素的化合物的资助下引起了突变——它只会导致遗传密码的单个“字母”被删除或插入特另外“字母”。事实证实，若是只去除一两个“字母”，基因就会阻止事情，读取完全不准确，正由于云云，噬菌体无法再熏染细菌。可是若是你一次添加或删除三个“字母”，那么卵白质的结构险些不会改变，它仍然有用。因此证实晰每个氨基酸是由三个含氮碱基的组合编码的——一个三联体。这一发明关于分子生物学和遗传学的整个后续生长的主要性难以估量。
DNA转运卵白
1958年，美国遗传学家和生物化学家约书亚·莱德伯格因发明共轭“细菌性”而获得诺贝尔奖�？蒲Ъ曳⒚飨妇赴淇梢灾苯咏涣饕糯镏�，这在它们的进化中起着主要作用。
Lederberg 在他的实验中使用了大肠杆菌，厥后的生物学家 Norton Zinder 继续他的事情。他决议测试团结在沙门氏菌中的作用，沙门氏菌是肠道熏染的病原体。Zinder 接纳了两种无法合成某些化合物的微生物菌株，并在营养缺氨赡作育基中作育它们，甚至使用青霉素。
由于新的突变，只有适者生涯。可是这个以前对大肠杆菌有用的技巧对沙门氏菌无效�？赡苤换竦靡恢志�，其中突变体似乎能够为自己合成所有必需的物质。
然而，纵然是乍看之下的微缺乏道的乐成，也酿成了失败。剖析批注，新的突变菌株是在没有“细菌性”的情形下获得的。但科学家并没有放弃，继续研究。他们建议，若是共轭与它无关，那么另一种机制必需起作用。事实上，很快就发明了：事实证实，噬菌体被付与了突变的沙门氏菌基因。
于是在1966年，发明了噬菌体转导。病毒的这种超能力使它们成为遗传物质的极好载体，这在基因工程中很是有用。在噬菌体的资助下，某种基因可以加载到细菌中，它们将最先爆发须要的化合物。
基因的“铰剪”
间接地，噬菌体为现代科学家提供了一种简朴、快速、高效的基因编辑要领。没有他，基因工程很难取得云云令人瞩目的乐成。这一切都始于 1987 年，其时日本科学家 Yoshizumi Ishino 意外发明了大肠杆菌 DNA 中的希奇片断，其中重复序列被奇异的序列中止。
这些序列不编码任何卵白质，早先研究职员以为这只不过是“遗传垃圾”。然而，厥后在其他细菌中也发明了神秘的序列。它们被称为短回文重复序列，有纪律地成簇排列，简称 CRISPR。恒久以来，人们以为这是某种受损 DNA 的修复系统（“修复”）。但在 2000 年，人们发明 CRISPR 现实上含有噬菌体基因的片断。于是科学家们意识到细菌有自己的“免疫系统”。
这种防御机制就是这样事情的。在特定的噬菌体进入细菌细胞后，它可以生涯病原体的 DNA 片断并将其包括在 CRISPR 中。在该 DNA 的模板上合成一个 RNA 分子。后者在细胞内游动，像一个有偏向的警员一样，追踪“熟悉的”噬菌体基因。一旦检测到它们，Cas 核酸酶就会被激活，并从字面上切割病毒 DNA。这种�；は低吵莆狢RISPR-Cas。这有点让人遐想到人体内的抗体：它们还能够特异性地识别外来颗粒。
虽然，研究细菌和噬菌体之间的军备竞赛很有趣，但 CRISPR-Cas 系统也有现实应用。2012 年，科学家们想出了怎样用它来切割任何地方的任何生物体的棱角。事实证实，新要领比以前的要领更快、更有用。CRISPR-Cas 系统现在用于建设转基因生物、生产药物和基因诊断。它还具有治疗镰状细胞性血虚和囊性纤维化等遗传疾病的潜力。
