Thể thực khuẩn

Thể thực khuẩn (bacteriophage) là các virus lây nhiễm vi khuẩn, là những thực thể sinh học phong phú nhất trên Trái Đất, và chúng đã đóng vai trò là công cụ nền tảng cho sinh học phân tử đồng thời định hình các quần xã vi sinh vật.

Definition

Thể thực khuẩn, hay phage, là các virus chuyên biệt lây nhiễm và nhân lên bên trong vi khuẩn, thể hiện các chu trình sống tan và, trong một số trường hợp, chu trình tiềm tan.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và sự đa dạng của thể thực khuẩn; chu trình tan (lytic cycle), trong đó thể thực khuẩn nhân lên và phá vỡ tế bào chủ; chu trình tiềm tan (lysogenic cycle), trong đó bộ gen của thể thực khuẩn được duy trì dưới dạng tiền thực khuẩn (prophage); sự chuyển đổi điều hòa giữa các trạng thái này; sự tải nạp (transduction) như một con đường chuyển gen; và vai trò sinh thái cũng như ứng dụng của thể thực khuẩn, bao gồm liệu pháp thể thực khuẩn. Chủ đề này xem xét thể thực khuẩn vừa là hệ thống mô hình vừa là tác nhân sinh thái.

Core questions

• Thể thực khuẩn lây nhiễm và nhân lên trong vi khuẩn như thế nào?
• Điều gì phân biệt chu trình tan với chu trình tiềm tan?
• Một thể thực khuẩn ôn hòa quyết định giữa sự tan và tiềm tan như thế nào?
• Thể thực khuẩn đóng vai trò gì trong sinh thái vi sinh vật và công nghệ sinh học?

Key concepts

• Cấu trúc và sự đa dạng của thể thực khuẩn
• Chu trình tan
• Chu trình tiềm tan và tiền thực khuẩn
• Quyết định tan-tiềm tan
• Sự tải nạp và sinh thái thể thực khuẩn

Mechanisms

Một thể thực khuẩn gắn vào các thụ thể bề mặt cụ thể và tiêm bộ gen của nó vào vật chủ. Trong chu trình tan, thể thực khuẩn điều hướng tế bào để tạo ra các hạt thể thực khuẩn mới, được giải phóng bằng cách ly giải. Thay vào đó, các thể thực khuẩn ôn hòa (temperate phage) có thể đi vào chu trình tiềm tan, tích hợp bộ gen của chúng dưới dạng tiền thực khuẩn được nhân lên cùng với vật chủ cho đến khi các điều kiện kích hoạt sự chuyển đổi sang con đường tan. Trong quá trình đóng gói, thể thực khuẩn đôi khi có thể mang DNA của vật chủ, làm trung gian cho sự tải nạp.

Clinical relevance

Thể thực khuẩn là trung tâm của sinh học phân tử ban đầu, bao gồm việc chứng minh rằng DNA mang thông tin di truyền, và chúng vẫn quan trọng như các tác nhân chuyển gen, như những yếu tố định hình quần xã vi sinh vật và chu trình dinh dưỡng toàn cầu, và như các công cụ điều trị tiềm năng chống lại nhiễm trùng do vi khuẩn.

History

Thể thực khuẩn được Frederick Twort và Félix d'Hérelle độc lập phát hiện vào những năm 1910. Từ những năm 1940, nhóm nghiên cứu về thể thực khuẩn do Max Delbrück và Salvador Luria dẫn đầu đã sử dụng các virus này làm hệ thống mô hình, tạo ra những hiểu biết quan trọng về đột biến, di truyền học và cơ sở phân tử của tính di truyền.

Key figures

• Félix d'Hérelle
• Frederick Twort
• Max Delbrück
• Salvador Luria

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa thể thực khuẩn tan và thể thực khuẩn tiềm tan là gì?

Thể thực khuẩn tan nhân lên ngay lập tức và phá hủy tế bào chủ để giải phóng các hạt mới. Thay vào đó, thể thực khuẩn ôn hòa có thể đi vào trạng thái tiềm tan, tích hợp bộ gen của nó vào vật chủ và nhân lên một cách lặng lẽ cho đến khi các điều kiện kích hoạt sự chuyển đổi sang chu trình tan.