噬菌体与细菌的“相生相杀”
①生活中，我们被各种病毒感染后会患上感冒、肺炎等。其实，细菌也会被多种病毒感染，能感染细菌的病毒统称为噬菌体。噬菌体无处不在，有细菌的地方就会有噬菌体。
②我们可以做个简单的实验。用棉签在我们面部用力摩擦取样(既有细菌又有噬菌体)，然后把棉签放到培养液中培养一段时间。随后我们把菌液过滤除菌，得到无菌的清液(只剩下噬菌体)，再将这个清液与葡萄球苗混合后一起涂在培养基上，等葡萄球菌长满培养基后，我们很可能会看到其中有一些透明的斑点，这就是“噬菌斑”，是噬菌体感染周围的细菌(也就是葡萄球菌)，并将它们裂解造成的。
③早在100多年前，英国微生物学家弗雷德里克·特沃特就观察到了这个现象，但他没有搞清楚这种能让细菌裂解的物质究竟是什么，也没有进行深入探讨。法籍加拿大科学家费利克斯·德赫雷尔也发现了这个现象，他在1917年发表论文时明确指出，这是因病毒感染细菌而造成的，并正式以“噬菌体”命名这种病毒。
④现在我们知道，噬菌体就是一种典型的病毒，它由蛋白质外壳包裹着基因组核酸共同组成。噬菌体有些是球形的，有些是丝状的，有些是球状的头部连着杆状的尾部，这与噬菌体识别并感染它的宿主细菌有关。
⑤在生命科学发展历史上，噬菌体做过许多重要的贡献。科学家以噬菌体为研究对象，弄清了遗传物质是核酸而不是蛋白质，揭示了遗传密码的奥秘；了解了核酸如何复制自己，并把遗传信息传递下去；研究了遗传信息如何转变为有功能的蛋白质等。噬菌体为现代分子生物学的创立打了头阵。
⑥对科学家来说，噬菌体是从事生物医学研究的有用工具，因为它不仅易于进行基因操作，也容易扩增和筛选。2018年被授予诺贝尔化学奖的“噬菌体展示技术”就是一个很好的例子。这项技术的核心是构造一个噬菌体库，在每个噬菌体的外壳蛋白基因中插入一段外来的基因序列，噬菌体复制时会把这段基因和外壳蛋白一起表达，并把它展示在噬菌体的表面。由于每个噬菌体所带的外来基因序列各不相同，整个噬菌体库可以带有数以百亿计的外来基因。
⑦在后续应用中，科学家让这些噬菌体和目标物质(比如某种肿瘤蛋白)结合，洗去不能结合或结合不牢固的噬菌体，而结合最牢固的噬菌体可再次感染细菌进行扩增。经过几轮这样的筛选，就可以得到与目标物质结合力最强的菌体。再通过测序明确其中的基因序列，就可以获得所需要的基因了。美国科学家乔治·史密斯最早发明了“噬菌体展示技术”，建立了一个展示6个氨基酸的随机多肽的菌体库，得到了一些具有特殊结合能力的多肽。英国科学家格雷格·文特进一步把这项技术拓展到让噬菌体展示抗体分子，用来筛选具有特殊结合能力的抗体。
⑧我国也有利用噬菌体治疗的成功案例。1958年，上海炼钢工人那财康在劳动时被钢水烫伤，烧伤面积高达89%，手术后出现耐药细菌感染的问题。在无药可用的情况下，我国细菌学专家余教授带领医学团队精心分离了噬菌体，成功控制了耐药铜绿假单胞菌感染，把患者从死亡线上抢救过来，成为一段佳话。近年来，细菌耐药性问题成为全球关注的焦点之一。耐受多种药物的“超级细菌”不断出现，治疗细菌感染再度成为难题。因此，人们又想到了噬菌体技术。如今，全球涌现出一大批研发噬菌体药物的公司。得益于科技的进步，科学家希望利用“噬菌体鸡尾酒”(即混合了10种以上噬菌体的制剂)和经过基因工程修饰强化的噬菌体来治疗细菌感染。比如，奥地利的法格迈德生物技术公司正在开发一种混合菌体制剂PM398，用来治疗人工关节的感染。和正常的人体组织不同，人工关节处的微生物很容易长成“生物被膜”，也就是分泌一些多糖物质把自己包裹起来，使药物不容易接触菌体。该公司开发的噬菌体可以帮助消解生物被膜，与抗生素联用可以杀灭97%的细菌。目前，已经开展了相关的动物研究，希望在近期推向临床试验。
⑨噬菌体是完全寄生性的，离开了宿主细菌就无法生存且很快失活，所以噬菌体不会对细菌“赶尽杀绝”。事实上，许多噬菌体除了裂解性感染细菌以外，还有另一种感染模式——溶原性感染。在这种感染模式下，噬菌体会把自己的基因插入细菌基因组中，并关闭自己几乎所有的基因表达，保持静默。噬菌体会随着细菌的生长繁殖一起复制，直到机会成熟时再次进入裂解性感染模式——产生大量子代噬菌体去感染新的细菌。
⑩噬菌体对细菌是进行裂解性感染还是溶原性感染，是受到精密调控的。细菌的生理状态就是一个重要因素。当宿主细菌的状态不佳或营养缺乏时，噬菌体往往会进入裂解性感染模式，逃离这个宿主，去寻找更可靠的宿主。除此，噬菌体会通过信息交流来“告诉”同类噬菌体应该进行裂解性感染还是溶原性感染。2017年以色列魏放曼科学研究所的研究团队发现一个有趣的现象，芽孢杆菌噬菌体感染时会向环境中分泌一种由6个氨基酸组成的小肽，随着感染的延续，小肽的浓度会不断增加。当小肽达到一定浓度时，噬菌体就会由裂解性感染转为溶原性感染。这种噬菌体之间的“通信”有助于噬菌体更好地适应环境。
《科学画报》
噬菌体是细菌的天敌，它可以使细菌裂解从而将其杀灭。在抗生素和其他高效抗菌药物出现之前，科学家就希望利用噬菌体治疗细菌感染，并开展了系列研究。早在100多年前，德赫雷尔就利用噬菌体制剂成功治愈了4名细菌性痢疾患者。后来，他尝试利用噬菌体来防治霍乱，并取得良好效果。
