噬菌體為什么會有特異性？

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噬菌體屬于一類具有感染和殺死細菌能力的病毒，具有特異性，這種特異性產(chǎn)生的機制是什么？

噬菌體感染細菌非常特異，一個噬菌體一般只能感染一種細菌，甚至只能感染一種細菌中一部分，這導(dǎo)致它的使用很受限。事實上所有的病毒感染宿主的模式都大同小異，一種病毒一般只能感染一種宿主。就像新冠病毒只能感染人，它要感染其他動物很難。再比如說乙肝病毒、丙肝病毒也只能感染人，其他動物幾乎都不感染。一個噬菌體也只能感染一種宿主細菌，換一種宿主細菌它就不能感染。比如大腸桿菌的噬菌體只能感染大腸桿菌，不能感染金黃色葡萄球菌。

導(dǎo)致噬菌體感染特異性的因素有很多。噬菌體感染細菌時，感染過程包括了主要幾個階段：首先是入侵，就是它要吸附到細菌上，然后要把DNA注射進宿主細胞，之后DNA要進行復(fù)制，DNA復(fù)制完之后要進行轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄之后要進行翻譯。翻譯成的蛋白有兩大類，一類是形成噬菌體本身的蛋白，這類蛋白叫做結(jié)構(gòu)蛋白。還有一類蛋白叫做功能蛋白，包括幫助噬菌體復(fù)制、調(diào)控噬菌體基因表達、降解宿主DNA讓其不再表達宿主自己的基因。等到它完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程后，就開始包裝形成噬菌體顆粒。然后，這些子代從細菌里裂解出來，釋放到環(huán)境中，準備下一輪感染。這樣就完成了噬菌體的一個生命周期。在噬菌體完成一個生命周期的過程中，很多環(huán)節(jié)都需要宿主提供酶和底物以及能量，包括核苷酸、氨基酸、核糖體、tRNA等物質(zhì)，噬菌體生命過程中的每個環(huán)節(jié)都離不開細菌。如果某些細菌不能滿足噬菌體復(fù)制所有環(huán)節(jié)的需求，細菌就不能支持噬菌體生長，噬菌體即使能夠入侵細菌細胞，如果噬菌體的基因表達得不到細菌胞內(nèi)環(huán)境的足夠支持，最后也不能產(chǎn)生感染性的后代。所以說，噬菌體感染細菌實際上是非常受限制的，這些就導(dǎo)致了一種噬菌體往往只能感染一種細菌這樣的特異性。

上述提到的噬菌體感染的各環(huán)節(jié)對宿主細菌的各種原材料和復(fù)制體系需求決定了每種噬菌體只能感染特定的細菌，此外還有一些機制決定一個噬菌體只能感染一個細菌中的特定的菌株，這些因素主要分類兩大類，一類是細菌表面的各種結(jié)構(gòu)不同的受體，這些結(jié)構(gòu)不同的受體就像不同的鎖芯，噬菌體的尾絲蛋白具有識別細菌受體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)就像一把鑰匙，如果能和細菌表面的鎖芯匹配，則可以吸附并入侵到細菌細胞中，否則就不能感染。這種尾絲蛋白（鑰匙）和細菌表面受體（鎖芯）之間的關(guān)系決定了噬菌體對細菌具有很強的特異性。此外還有一種機制決定了噬菌體感染細菌的特異性，那就是細菌進化出的對抗噬菌體的免疫系統(tǒng)，比較典型的細菌免疫系統(tǒng)包括修飾限制系統(tǒng)、CRISPR系統(tǒng)、流產(chǎn)感染系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有很多種變化形式（比如針對不同的DNA序列），如果某個噬菌體不巧含有某些免疫系統(tǒng)的識別靶標(biāo)，那么細菌就可以對這個噬菌體產(chǎn)生免疫從而導(dǎo)致該噬菌體不能形成感染。

噬菌體感染細菌特異性的問題，一方面使得噬菌體治療極其安全，所有噬菌體絕對不會導(dǎo)致感染范圍擴大，從而有效保護了微生態(tài)菌群。噬菌體更不會感染除細菌之外的任何動植物，因此噬菌體治療具有極高的安全性。另一方面，這種特異性也要求噬菌體治療需要進行個性化配方制備，從而導(dǎo)致噬菌體治療的成本提高。噬菌體在動植物應(yīng)用方面比較有優(yōu)勢，因為動植物生病往往會波及數(shù)量巨大的群體，如果使用噬菌體控制感染，由于噬菌體本身的復(fù)制放大特性，可以用很少的噬菌體實現(xiàn)大范圍的細菌防控。