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噬菌体:细菌中的病毒和我们的肠道微生物群

琳达·克兰普顿是一位经验丰富的教师,拥有生物学一级荣誉学位。她写关于疾病的科学基础。

t偶噬菌体(T2, T4, T6)的内部和外部描述

t偶噬菌体(T2, T4, T6)的内部和外部描述

噬菌体和肠道微生物群

噬菌体(或噬菌体)是感染细菌的病毒,包括生活在我们肠道中的细菌。噬菌体不会感染我们的细胞,但通过影响我们的肠道细菌,它们可能会间接影响我们的生活。当它们在肠道内但在细胞外时,它们也可能影响我们。影响我们体内噬菌体的类型和行为可能是有益的。

细菌被广泛研究,尤其是那些直接影响我们生活的物种。感染我们细胞或动物细胞的病毒也被广泛研究,因为它们会使我们和我们照顾的动物生病。感染细菌的病毒直到最近才受到如此多的关注。科学家们现在正在发现噬菌体群的迷人特征和多样性。

在这篇文章中,我提供了噬菌体及其活动的概述。我还描述了它们对我们肠道微生物群的一些已知影响和一些可能的影响。肠道或肠道微生物组是生活在我们消化道中的微生物群落。这个社区以多种方式影响着我们的生活。细菌的许多活动都对我们有益,但并不是所有的都是。同样的观察结果可能也适用于感染细菌的噬菌体。

病毒是活的吗?

病毒可分为生物或非生物,这取决于科学家的观点。他们有一些令人印象深刻的能力。然而,它们无法自行繁殖。它们感染活细胞并“迫使”它制造新的病毒颗粒。它们离开细胞,然后感染其他细胞。

病毒的结构

病毒由一层被称为衣壳的蛋白质组成,衣壳包裹着遗传物质或核酸。遗传物质是DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)。有些病毒在衣壳外有一层脂质外衣。

噬菌体有三种基本形状,简单地说,它们可以被描述为带有尾巴的头部(如T噬菌体),单独的头部和丝状形式。根据我们目前的知识,绝大多数噬菌体缺乏脂质涂层。它们的核酸是双链或单链DNA或RNA。

噬菌体的核酸和其他生物一样含有基因。基因是为蛋白质编码的一段核酸。这种编码能力就是基因能够控制生物体身体的原因。生物体内存在种类繁多的蛋白质。它们有助于身体的结构和功能。

在包括人类在内的大多数生物中,基因储存在DNA中,RNA是蛋白质合成过程中的辅助化学物质。在一些病毒中,RNA储存基因。

关于T噬菌体的事实

T噬菌体是第一个被发现的噬菌体,通常显示为模型类型。编号为T1 ~ T7。它们有时被认为在外观上类似于月球着陆器。该病毒有一个多面体的“头部”区域,附着在一个细长的“尾巴”上。尾部底部有尖刺,类似于月球着陆器的腿。

病毒用尾巴上的尖刺附着在细菌上。然后,当它将核酸注入细菌时,它会收缩尾巴的核心部分。在细菌生命周期的某个时刻,病毒核酸迫使细胞制造新的病毒颗粒。

虽然T噬菌体在噬菌体方面得到了大多数的宣传,但研究人员已经发现了其他类型的噬菌体。噬菌体有多个家族。一个偶然的读者可能没有意识到这一点,因为T4噬菌体插图经常被用来代表整个噬菌体组。然而,T4存在于我们的肠道中。此外,尾部噬菌体群似乎是肠道中最常见的类型,因此病毒与我们的生活有关。

特异性

一种特定类型的噬菌体通常只感染一种类型的细菌。它不会影响所有的细菌种类。如果噬菌体在医学上得到广泛应用,就需要考虑到这一特点。

病毒的裂解循环

细菌细胞(以及其他生物的细胞)包含基因以及执行基因指令所需的化学物质和结构。病毒也含有编码指令的基因,但它们没有执行指令所需的化学物质或设备。病毒必须有细胞的帮助才能繁殖。

在裂解循环中,注入细菌细胞的病毒DNA触发细菌制造新的病毒核酸和蛋白质,然后将化学物质组装成新的病毒粒子(单个病毒)。病毒粒子从细菌细胞中爆发出来,通常在这个过程中破坏它。细胞的破坏被称为裂解。这个过程在上面的视频中有总结。

MS2噬菌体的衣壳(没有尾巴)的表示;不同的颜色代表不同的蛋白质链

MS2噬菌体的衣壳(没有尾巴)的表示;不同的颜色代表不同的蛋白质链

病毒的溶原周期

在某些噬菌体或某些病毒感染中,发生的是溶原性循环而不是溶原性循环。在溶原循环中,病毒基因被合并到细菌核酸中并与之一起繁殖。虽然病毒基因组(基因集合)是细菌基因组的一部分,但它被称为前噬菌体。人们曾经认为,前噬菌体是不活跃的,而它仍然是细菌遗传物质的一部分。研究人员发现,情况并非总是如此。

如果携带病毒基因的细菌以适当的方式受到刺激,比如受到某种压力,前噬菌体就会离开宿主的DNA,并触发宿主制造新的病毒粒子。接下来是细菌的裂解和噬菌体的释放。前噬菌体的激活被称为诱导。找到激活前噬菌体或迫使它们保持不活跃的方法可能对我们有益。

M13是一种丝状噬菌体或病毒。图中的紫色代表单链DNA。其他颜色(除了黄色)代表不同种类的蛋白质。

M13是一种丝状噬菌体或病毒。图中的紫色代表单链DNA。其他颜色(除了黄色)代表不同种类的蛋白质。

我们的肠道或肠道微生物群

我们的消化道,胃肠道,或肠道是一个连续的通道,从嘴到肛门。在人体内,消化道壁将其与周围环境隔开。然而,这堵墙并不是一个完全的屏障。物质以任意方向通过它。

术语“肠道”与微生物组有关,指的是小肠和大肠。许多细菌和其他微生物生活在肠道中,尤其是在小肠中。有些细菌体内有噬菌体。噬菌体在细菌裂解过程中被释放后,也在细菌外部被发现。

肠道中的大多数噬菌体似乎含有DNA,而不是RNA。它们比细菌小得多,通常很难研究,特别是当它们隐藏在细菌细胞中时。然而,他们似乎数量众多。

研究人员已经了解到,生活在肠道中的细菌会对我们的生活产生重大影响。许多科学家正在研究它们。探索肠道噬菌体作用的兴趣正在增加。它们可能是人类健康或疾病的重要因素。

消化道:人的消化道及其相关结构

消化道:人的消化道及其相关结构

肠道微生物群是一个复杂的、相互关联的物种生态系统。

-布莱根妇女医院,通过phys.org

噬菌体在小鼠肠道中的作用

布里格姆妇女医院的研究人员发现,噬菌体“可以对肠道微生物群的动态产生深远的影响”,至少在小鼠身上是这样。研究人员使用了在实验开始前肠道中没有微生物的小鼠。

科学家们将人类肠道细菌和噬菌体添加到小鼠肠道中。他们发现噬菌体杀死了它们可以感染的细菌,正如预期的那样。然而,他们也发现了老鼠身体的其他变化。

一个观察到的变化是,没有被噬菌体杀死的细菌种群数量急剧增加。小鼠的肠道代谢组也发生了变化。代谢组是有机体中产生的化学物质(或代谢物)的集合,并存在于从中获得的样品中,如肠液。

通过检查细菌数量增加的小鼠的肠道代谢组,研究人员发现了神经递质、胆汁酸和其他一些分子水平的变化。神经递质由我们的神经系统产生。有些是由某些细菌产生的。它们控制着神经冲动从一个神经元(神经细胞)到另一个神经元(神经细胞)的传递。胆汁酸或胆盐可以乳化肠道内的脂肪,使它们更容易消化。胆汁酸由肝脏从胆固醇中产生,以不同的形式存在。一些细菌可以改变胆汁酸的形式,这对我们来说可能是一个重要的影响。

这项研究是在老鼠身上进行的,而不是人类,这是一个需要考虑的重要问题。然而,这项研究可能对我们的肠道很重要。科学家们计划进行更多的调查,以便更好地了解肠道噬菌体与健康或疾病之间的联系。

噬菌体对小鼠代谢组影响的艺术表现

噬菌体对小鼠代谢组影响的艺术表现

对肥胖和2型糖尿病的影响

哥本哈根大学的研究人员也进行了一项有趣的实验。他们将瘦弱小鼠的粪便病毒转移到饮食不健康的小鼠身上。大多数被转移的病毒是噬菌体,而不是非噬菌体病毒。

接受噬菌体的小鼠在实验期间继续吃不健康的饮食。一些吃这种食物的老鼠没有被移植病毒。接受噬菌体移植的小鼠在六周内的体重增长明显低于未接受噬菌体移植的小鼠。他们患葡萄糖耐受不良的几率也显著降低。这种情况包括血糖水平升高,与2型糖尿病有关。

当食用不健康饮食且有葡萄糖耐受不良的肥胖小鼠被给予噬菌体后,对葡萄糖的不耐受消失了。研究人员强调,有健康问题的人应该改变他们的生活方式,以试图改善他们的状况(当然,也要寻求医生的建议)。目前还不清楚噬菌体移植是否能帮助人类,也不知道何时能投入使用。为了确定这项技术对我们的有用性,需要在人类身上进行临床试验。这些试验可能非常值得。

牛至通常被认为是一种抗菌草药。

牛至通常被认为是一种抗菌草药。

抗菌食品和噬菌体释放

圣地亚哥州立大学的研究人员发现了一些关于某些通常被认为具有抗菌作用的食物(包括牛至)的有趣信息。在实验室中,牛至和其他一些食物触发了人类肠道中某些细菌的前噬菌体的激活。这导致了新的噬菌体的产生和细菌的死亡,因为噬菌体逃离了它们。释放的噬菌体能够攻击并杀死其他细菌。这可能是或至少是食物能够对抗我们体内细菌的一种方式。然而,同样的,这项实验没有在人类身上进行。

研究报告提出了一个担忧。科学家测试清单上的一些食物似乎是广谱抗菌剂。这意味着它们可能会影响多种肠道细菌,可能包括有益的细菌。因此,过量食用这些食物可能对肠道有益,也可能有害。不过,研究人员当然不是建议我们不吃这些食物。发现食物是如何激活前噬菌体的(假设它们在我们的身体里这样做)可能非常有用。

噬菌体的发现

噬菌体是弗雷德里克·特沃特在1915年发现的。他认为他的发现可能代表了一种新型病毒,但不确定。Félix d'Hérelle在1917年也有同样的发现。他宣称他发现了一种细菌寄生的病毒。他还提出了利用噬菌体进行治疗的想法。

噬菌体疗法

关于噬菌体对健康问题的潜在益处的发现已经在实验室动物和实验室设备上得到了证实。它们可能也适用于我们的身体,但我们需要临床试验来证实这一点。

在人体中缺乏证据的一个例外可能是一种叫做噬菌体疗法的治疗方法。顾名思义,在这种治疗过程中,一种或一组噬菌体以适当的方式被施用于患者身上,目的是摧毁引起感染的细菌。例如,含有合适噬菌体的液体可以被漱口、吞咽或喷洒在某个区域。该疗法用于治疗肠道问题和肠道外的问题。

这种疗法是在位于欧洲和亚洲交界处的格鲁吉亚发明的。它似乎在那里很受欢迎。它已经在格鲁吉亚以外成功地使用,但在这种情况下,使用这种疗法通常需要特别许可。西方科学家、卫生专业人员和卫生机构希望在同意广泛使用这种疗法之前,能更详细地探索这种疗法。随着细菌对抗生素耐药性的增加,越来越多的科学家正在进行研究噬菌体疗法

在电子显微镜下可以看到噬菌体。这是噬菌体。

在电子显微镜下可以看到噬菌体。这是噬菌体。

探索噬菌体在我们生活中的作用

病毒是微观的,不由细胞组成,但这并不意味着它们是简单的实体。我认为噬菌体的研究是令人兴奋的。它提供了许多可能性。这包括在不使用抗生素(可能影响不止一个物种)和不增加抗生素耐药性的情况下减少目标细菌数量的能力。

获得关于特定噬菌体在我们体内的行为及其可能影响的详细知识非常重要。研究人员正在调查肠道噬菌体在细菌细胞外是否对我们有任何影响。有证据表明,在这种情况下,有些类型可能会引发炎症。这种影响需要更详细的研究。关于肠道内噬菌体的活动存在不确定性和问题,但已有足够的研究表明,至少其中一些活动可能对我们有帮助。

科学家表示,探索肠道中的病毒不像研究生活在肠道中的细菌那么容易,这可能是一个非常具有挑战性的过程。他们正在研究克服这一挑战的方法。他们发现的一些噬菌体类型在他们的研究之前是未知的。了解更多关于噬菌体的知识并利用它们来改善我们的健康或获得其他好处是一个诱人的想法。

参考文献

据作者所知,这一内容是准确和真实的,不能取代有执照的健康专业人员的诊断、预后、治疗、处方和/或饮食建议。药物、补品和自然疗法可能有危险的副作用。如果怀孕或哺乳,请单独咨询合格的提供者。如果遇到医疗紧急情况,请立即寻求帮助。

©2020 Linda Crampton

评论

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月28日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,丹尼斯。肠胃胀气可能是由细菌对我们没有消化的某些物质的作用引起的,尽管还有其他一些原因。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月28日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,Miebakagh。我不愿意说我们永远无法识别消化道中的所有细菌、病毒和真菌。在遥远的未来,当科学和技术足够发达时,我们也许能够识别它们。不过,我们的肠道微生物群目前确实有一些神秘的方面。

丹尼斯·麦吉尔2020年6月28日,加利福尼亚州弗雷斯诺:

我曾经听说肠道中的细菌是导致肠胃胀气的原因。你认为这是真的吗?

祝福,

丹尼斯

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月28日:

就消化而言,除了牙齿和舌头,肠道、小肠和大肠是身体健康工作的关键。我们永远也不可能知道病毒和细菌的全部情况。它像宇宙一样神秘。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月28日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,Manatita。谢谢你的评论。我们的直觉当然很重要。我认为关于它内部活动的最新发现很值得探索。你提到的这些物质对健康的潜在益处也很值得研究。

manatita442020年6月28日,伦敦:

这是一项非常不恰当的研究,有些方面我理解不了。我试图将其与肠道联系起来,这似乎是一段时间以来健康和疾病的主题,尤其是“渗漏”的肠道。

一些自然疗法,正在使益生菌的工作方式不同于益生菌。有趣的是,病毒攻击细菌,是的,小肠和大肠可能有许多谜团。看来欧米加3脂肪酸和牛至一样有用。

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月26日:

请记好。和感谢。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月26日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你来看我,妮提娅。我认为使用噬菌体来帮助人们也是令人兴奋的。我期待着阅读有关噬菌体的新发现。

Nithya引导2020年6月26日从迪拜起飞:

我希望“小鼠肥胖和2型糖尿病”的研究有助于找到糖尿病的解决方案。噬菌体疗法是一种新的令人兴奋的疗法,它在帮助治疗疾病方面有很大的潜力。今天读了你的文章,我学到了很多。谢谢楼主分享!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月24日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你,佩吉。我希望这项研究能带来更多的治疗方法。这将是研究的一个很好的结果。

佩吉·伍兹2020年6月24日,德克萨斯州休斯顿:

随着我们对抗生素产生更多的耐药性,也许这些新的研究将在未来提供更多的治疗方法。你的文章总是对主题有引人入胜的见解。谢谢你的教育!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月23日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

我也觉得这项研究很吸引人。肠道噬菌体很难研究,但我希望用不了多久它们就能用于帮助人们。

祝福你,丹尼斯。

丹尼斯·麦吉尔2020年6月23日,加利福尼亚州弗雷斯诺:

多么有趣的研究。我迫不及待地想知道更多。我猜这可能需要几年时间,但我必须保持警惕。

祝福,

丹尼斯

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月23日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,艾德丽安。我认为病毒既令人着迷又令人困惑。他们当然是奇怪的实体!

艾德丽安Farricelli2020年6月23日:

病毒是如此奇怪的实体,当我读到它们不能定义病毒是活的还是非活的实体时,我仍然感到困惑。我一直对有关肠道细菌的书籍很感兴趣。似乎它们在我们的免疫系统中扮演着如此重要的角色,包括对抗过敏和感染。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月23日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

如果这项研究能改善我们的生活,那就太好了。谢谢你的来访,德维卡。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月23日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

我希望这项研究也有用,米巴卡。

Devika Primic2020年6月23日:

琳达,这是对一个独特主题的有趣和迷人的研究,我们周围发生了这么多事情,我倾向于忘记其他新的研究,比如这个。希望它能起作用,改善我们所携带的疾病的生活。

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月23日:

谢谢你,琳达,谢谢。我希望研究结果是积极的。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月22日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,蓬勃发展。是的,关于牛至的信息很有趣,但还不确定它在我们体内是否具有抗菌作用。我希望研究人员能尽快澄清这一情况。

我在写这篇文章的时候想到了粪便移植。我看到有人推测,在某些情况下,捐赠粪便中的噬菌体可能会影响移植的成功或失败。这是我希望研究人员能够尽快澄清的另一点。

FlourishAnyway2020年6月22日,美国:

关于牛至的见解很有趣,我很想了解更多关于牛至的量、频率、是否生吃等。这篇文章让我想到了对患有C diff和其他严重胃病的人来说,相当恶心但真实的粪便移植手术的选择。我也想知道,我们在成长过程中对洗手液的上瘾在多大程度上导致了健康状况不佳。

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月22日:

我同意了。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月22日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论,Venkatachari。

Venkatachari米2020年6月22日,印度海得拉巴:

很有趣的文章,琳达。您在本文中提供了大量信息。谢谢分享!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

非常感谢你,琳达。如果牛至能杀死体内的细菌,它可能会非常有用。我期待看到更多关于这种草药的发现。

琳达Chechar2020年6月21日,来自亚利桑那州:

多么精彩的一篇文章,琳达。我认为牛至是一种很好的抗菌草药!

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月21日:

梅尔,很棒的帖子!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论,梅尔。我认为噬菌体可能在我们的生活中有很多用途,但我们需要更详细地了解它们的行为。我期待着阅读关于未来发现的文章。

梅尔·卡里埃2020年6月21日,科罗拉多州北部被大雪围困:

另一篇关于这个主题的精彩评论,它在我们的生活中有着无限的潜在应用。我认为,我们糟糕的西方饮食导致了我们消化道中不健康微生物群的产生,这可能需要用噬菌体重新编程。伟大的文章。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

你好,埃里克。你的评论很有趣,但你也提出了一些很好的观点。这么小的东西可能有这么重要的影响,真是令人惊讶!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

我非常感谢你的评论,帕梅拉。噬菌体的研究很复杂,但它能给我们带来很多好处。我希望它最终能在很多方面帮助我们。

Eric dierk2020年6月21日,美国加利福尼亚州斯普林谷:

真的很有教育意义,充满了鸡块。噬菌体?这么小的东西却有这么大的价值。

这不禁让我思考,这具尸体到底是怎么活到现在的?

我要去洗手了,这让我感觉像病毒一样;-)

帕梅拉Oglesby来自阳光明媚的佛罗里达州,2020年6月21日:

这是一篇引人入胜的文章。如果他们能治愈糖尿病,那就太好了。显然已经进行了大量的研究,但还有很多工作要做。这是一个复杂的话题,我很欣赏你所写的仔细的解释。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,莉斯。有趣的是,如此微小的生物却能对我们的生活产生如此大的影响。谢谢你的来访。

莉斯韦斯特伍德2020年6月21日,英国:

这是一篇有趣的文章。现在关于肠道中的好细菌和坏细菌的说法越来越多,所以在你的文章中发现更多信息是很好的。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,玛丽。健康的肠道总是很有价值的!祝你好运。

玛丽诺顿2020年6月21日,加拿大安大略省:

琳达,我对这篇文章很感兴趣,因为我正试图让我的肠道健康。随着研究的不断出现,我还不了解我们肠道微生物群的复杂性。我很高兴你写了这些。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,丽莎。我同意。科学是迷人的。似乎我们发现得越多,要学的就越多!谢谢你的评论。

莉莎2020年6月21日,美国:

科学是一门迷人的学科,我们可以做的研究和学习的数量是无穷无尽的。例如,它将我们引向关于我们身体的科学和知识。在我上高中的时候,我了解到细菌对我们的生活有多大的影响。琳达,你的文章很有学问。谢谢分享!

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,比尔。是的,噬菌体及其作用的想法确实使人们意识到许多因素有助于我们的健康。思考肠道中发生的微观事件是很有趣的。

比尔荷兰2020年6月21日,华盛顿州奥林匹亚:

我读了一篇像这样的文章,琳达,我意识到并感激我有这样的身体是多么幸运。我的健康状况不容易解释,但每天都值得感激。

琳达·克兰普顿(作者)2020年6月21日,加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论,miibakagh。我认为细菌和病毒很吸引人。它们也很重要。

Miebakagh Fiberesima来自尼日利亚河州哈科特港。2020年6月21日:

琳达,你的文章是研究和信息。我很感兴趣,沉浸在其中。在我的学生时代和大学时代,细菌总是让我着迷。我必须同意你的观点,医生必须对肠道细菌的研究有很好的了解。谢谢分享!

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