噬菌體的發(fā)展歷史簡(jiǎn)介
1915年,弗德里克· 特沃特(Frederick W.Twort)擔(dān)任倫敦布朗研究所所長(zhǎng)。特沃特在研究中力圖尋找用于天花疫苗的痘苗病毒(vaccina virus)的變異株(variant ) ,這種變異株可能在活細(xì)胞外介質(zhì)中復(fù)制。他在一項(xiàng)試驗(yàn)中將一部分天花疫苗接種給一個(gè)含營(yíng)養(yǎng)瓊脂的培養(yǎng)盤。雖然這種病毒未能復(fù)制,但是細(xì)菌污染物在瓊脂盤中生長(zhǎng)很快。特沃特繼續(xù)進(jìn)行他的培養(yǎng)并注意到,一些細(xì)菌菌落顯示出“帶水的樣子”(即變得比較透明)。這樣的菌落做進(jìn)一步培養(yǎng)時(shí)也不再能復(fù)制(即細(xì)菌被殺死)。特沃特把這種現(xiàn)象稱為透明轉(zhuǎn)化(glassy transformation)。他接著證明用透明轉(zhuǎn)化原理感染一個(gè)正常的細(xì)菌菌落會(huì)把這種細(xì)菌殺死。這種透明實(shí)體很容易通過(guò)一個(gè)陶瓷過(guò)濾器,可被稀釋一百萬(wàn)倍,當(dāng)放在新鮮細(xì)菌上的時(shí)候就會(huì)恢復(fù)它的實(shí)力,或者說(shuō)滴度。
特沃特發(fā)表了一篇描述這種現(xiàn)象的短文,認(rèn)為對(duì)他所觀察的結(jié)果的解釋是存在一種細(xì)菌病毒。由于服役于第一次世界大戰(zhàn),特沃特的研究中斷了。返回倫敦后,他沒(méi)有繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究因此在這個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有作出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。
與此同時(shí),加拿大醫(yī)學(xué)細(xì)菌學(xué)家費(fèi)利克斯· 德赫雷爾(Felix d’Herelle)當(dāng)時(shí)正在巴黎的巴斯德研究所工作。1915年8 月,法國(guó)的一個(gè)騎兵中隊(duì)駐扎在巴黎郊外的梅宗-勒菲特(Maisons-Lafitte) ,一場(chǎng)嚴(yán)重的志賀氏桿菌引發(fā)的痢疾對(duì)整個(gè)部隊(duì)造成了毀滅性的打擊。德赫雷爾對(duì)患者的糞便進(jìn)行過(guò)濾,很快從過(guò)濾的乳狀液中分離出痢疾桿菌,并且加以培養(yǎng)。細(xì)菌不斷生長(zhǎng),復(fù)蓋了培養(yǎng)皿的表面。德赫雷爾偶然觀察到清楚的圓點(diǎn),上面沒(méi)有長(zhǎng)出任何細(xì)菌。他把這些東西稱為乳樣斑(taches vierges),或稱為噬斑(plaques)。德赫雷爾跟蹤觀察一名患者的整個(gè)感染過(guò)程,觀察何時(shí)細(xì)菌最多,斑點(diǎn)何時(shí)出現(xiàn)。有意思的是,患者的病情在感染后的第四天開始好轉(zhuǎn)。
德赫雷爾把這些病毒(virus )稱為噬菌體(bateriophage) ,緊接著他發(fā)明了病毒學(xué)研究領(lǐng)域的方法。他將噬斑進(jìn)行有限的稀釋,測(cè)定病毒的濃度。他的推論是出現(xiàn)斑點(diǎn)表明病毒為顆粒或稱為小體(corpuscular)。德赫雷爾在研究中還證明病毒感染的第一步是病原體附著(吸附)宿主細(xì)胞。他通過(guò)把病毒與宿主細(xì)胞混合后共沉淀證明了這一點(diǎn)。(他還證明,上清中不存在這種病毒)一種病毒的附著只是在細(xì)菌對(duì)與它混合的病毒敏感時(shí)才出現(xiàn),這表明了一種病毒對(duì)宿主細(xì)胞的吸附有特定的范圍。他還用很清楚的現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)描述了細(xì)胞溶菌(lysis )的釋放。德赫雷爾在許多方面是現(xiàn)代病毒學(xué)原理的創(chuàng)始人之一。
到1921 年,越來(lái)越多的溶原性菌株(lysogenic bacterial strain) 被分離,在一些實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)不可能把病毒與它的宿主分開。這使布魯塞爾巴斯德研究所的朱勒斯· 博爾德特(Jules Bordet)認(rèn)為,德赫雷爾描述的傳染性病原體只不過(guò)是一種促進(jìn)自身繁殖的細(xì)菌酶(bacterial enzyme)。雖然這是一種錯(cuò)誤的結(jié)論,但是它相當(dāng)接近于朊病毒(prion)結(jié)構(gòu)和復(fù)制的看法。
在20 世紀(jì)20-30 年代,德赫雷爾重點(diǎn)探索他的研究成果在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,但是毫無(wú)成果。當(dāng)時(shí)進(jìn)行的基礎(chǔ)研究常常受該領(lǐng)域個(gè)別科學(xué)家的強(qiáng)烈個(gè)性所產(chǎn)生的解釋的影響。顯然有許多不同的噬菌體,一些為溶菌性(lytic)而另一些則是溶原性(lysogenic ) ,但是它們之間的相互關(guān)系仍然定義不明確。這個(gè)時(shí)期的重要發(fā)現(xiàn)是馬克斯· 施萊辛格,他證明純化的噬菌體最大直徑(linear dimension )0.1 微米,質(zhì)量大約4x10克,它們由蛋白質(zhì)和DNA 構(gòu)成,比例大體上相等。1936 年那時(shí)沒(méi)有任何人清楚地知道如何利用這種觀察結(jié)果,但是,它在隨后的20 年里產(chǎn)生了重大影響。
現(xiàn)代:1938 年-1970 年
馬克斯· 德爾布呂克(Max Delbruck )是吉廷根大學(xué)(Gittinge)培養(yǎng)出來(lái)的物理學(xué)家。他的第一份工作是在柏林威廉化學(xué)研究所,在那里他與一些研究人員積極地討論量子物理與遺傳學(xué)的關(guān)系。德爾布呂克對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的興趣使他發(fā)明了一種基因的量子機(jī)械模型(guantum mechanical model of gene )。1937 年,他申請(qǐng)并獲得了在加利福尼亞理工學(xué)院學(xué)習(xí)的獎(jiǎng)學(xué)金。一到加利福尼亞理工學(xué)院他就開始與另一位研究員埃默里· 埃利斯(Emory Ellis)合作。埃利斯當(dāng)時(shí)正在研究一組噬菌體-T2 、T4 、T6 ( T-偶數(shù)噬菌體)。德爾布呂克很快認(rèn)識(shí)到這些病毒適合研究病毒復(fù)制。這些噬菌體是探索遺傳信息如何決定一種生物體的結(jié)構(gòu)和功能的一個(gè)途徑。從一開始,這些病毒就被視為了解癌癥病毒,甚至了解精子如何使卵子受精并發(fā)育為一種新生物體的典型系統(tǒng)。埃利克和德爾布呂克設(shè)計(jì)出一步生長(zhǎng)曲線試驗(yàn)。在這項(xiàng)試驗(yàn)中,一種受感染的細(xì)菌經(jīng)過(guò)半個(gè)小時(shí)的潛伏期(latent period)或稱為隱蔽期(eclipse period )之后釋放了大量噬菌體。這項(xiàng)試驗(yàn)給潛伏期下了定義,即病毒失去傳染性的時(shí)候。這成為這個(gè)噬菌體研究小組的試驗(yàn)范例。
第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,德爾布呂克留在美國(guó)(在范德比爾特大學(xué)),見到了意大利難民薩爾瓦多·盧里亞(Salvador E . Luria )。盧里亞逃到美國(guó)避難,當(dāng)時(shí)在紐約州哥倫比亞大學(xué)研究T1和T2噬菌體。他們是1940 年12 月28 日在費(fèi)城舉行的一次會(huì)議上見面的,并在隨后的兩天里策劃在哥倫比亞大學(xué)的試驗(yàn)。兩位科學(xué)家將招聘和領(lǐng)導(dǎo)越來(lái)越多的研究人員重點(diǎn)研究利用細(xì)菌病毒作為了解生命進(jìn)程的一個(gè)模型。對(duì)他們的成功起關(guān)鍵作用的是1941 年夏天他們應(yīng)邀到冷泉港實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)。就這樣一位德國(guó)物理學(xué)家和一位意大利遺傳學(xué)家在二戰(zhàn)期間一直進(jìn)行合作,周游美國(guó)招聘新一代的生物學(xué)家,后來(lái)這些人被稱為噬菌體研究小組。
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焦點(diǎn)事件