第三节 生物因素对微生物的影响
自然界中能影响微生物生命活动的生物因素很多，在各种微生物之间，或是在微生物与高等动植物之间，经常呈现相互影响的作用，如寄生、共生和颉颃现象等。导致颉颃的物质基础是抗生素、细菌素等细菌的代谢产物。此外植物中也存在杀菌物质如黄连素（小蘖碱），噬菌体则是可杀灭细菌的活的微生物。
一、抗生素、植物杀菌素和细菌素
1．抗生素（antibiotics） 某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀死另一些微生物的物质称为抗生素。它们主要来源于放线菌（如链霉菌），少数来源于某些霉菌（如青霉菌等）和细菌（如多黏菌素），有些亦能用化学方法合成或半合成。到目前为止，已发现的抗生素达2500多种，但其大多数对人和动物有毒性，临床上最常用的抗生素只有几十种。不同的抗生素其抗菌作用亦不相同，临床治疗时，应根据抗生素的抗菌作用选择使用。
抗生素的抗菌作用主要是干扰细菌的代谢过程，达到可抑制其生长繁殖或直接杀灭的目的。抗生素的作用原理可概括为4种类型：干扰细菌细胞壁的合成；损伤胞浆膜而影响其通透性；影响菌体蛋白质的合成；影响核酸的合成。
2．植物杀菌素（phytocide） 某些植物中存在有杀菌物质，这种杀菌物质一般称为植物杀菌素。中草药如黄连、黄柏、黄芩、大蒜、金银花、连翘、鱼腥草、穿心莲、马齿苋、板蓝根等都含有杀菌物质，其中有的已制成注射液或其他制剂的药品。
3．细菌素（bacteriocin） 是某种细菌产生的一种具有杀菌作用的蛋白质，只能作用于与它同种不同菌株的细菌以及与它亲缘关系相近的细菌。例如大肠杆菌所产生的细菌素称为大肠菌素（colicin），它除作用于某些型别的大肠杆菌外，还能作用于亲缘关系相近的志贺菌、沙门氏菌、克雷伯氏菌和巴氏杆菌等。细菌素可分为三类，第一类为多肽细菌素，分子量 为2 000-10 000，多由革兰氏阳性菌产生。第二类为蛋白质细菌素，分子量30 000-90 000，多由革兰氏阳性菌产生。大肠菌素是其代表，也是所有类型细菌素中研究得最多的一种。第三类为颗粒细菌素，分子量大于107，超速离心可将其沉淀，形态类似噬菌体，由蛋白亚单位组成。如铜绿假单胞菌产生的pyocin等。
二、噬菌体（bacteriophage，phage）
噬菌体是寄生于细菌、霉形体、螺旋体、放线菌以及蓝细菌等的一类病毒，亦称细菌病毒。在自然界分布极广，凡是有上述各类微生物的地方，都有相应种类噬菌体的存在，其数目与寄主的数量成正比。有人将真菌病毒列为此类。
（一）噬菌体形态和结构
噬菌体有四种外形，即蝌蚪形、微球形、细杆形和柠檬形。典型的蝌蚪形噬菌体由头部和尾部两部分组成，头部呈二十面体，等轴对称（直径约60nm）或延长（约111nm×78nm），是由蛋白质衣壳内含一分子的线状双股DNA构成；尾部主要含蛋白质，呈螺旋型并能收缩（80-455nm），或细长而不能收缩（64-570nm），或短而不能收缩（约20nm）三种类型。螺旋型并能收缩的尾部，由一个中空管状的尾髓和可收缩的尾鞘组成，由尾领将其与头部相连接，末端具有一个基板，其上伸出6个短的尾刺和6根长的尾丝；细长不能收缩的尾部，具有短的末端和亚末端尾丝；短而不能收缩的尾部，具有6根短的尾丝。微球形噬菌体，呈等轴二十面体，小者直径24nm或27nm，大者直径60nm或63nm，无囊膜或有囊膜，衣壳内含双股DNA、或单股DNA、或单股RNA，有的具双层衣壳或多层衣壳，有的顶角上具有突刺。
（二）抗原性及抵抗力
噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌，但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用。
噬菌体对理化因素的抵抗力较强，一般经70℃30min仍不失活，利用56-60℃加热30min的方法，可从含菌材料中分离噬菌体。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和X射线敏感，一般经紫外线照射10-15min即失活。大多数能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，在0.5%升汞或苯酚中经3-7d不丧失活性。在饱和氯化钠溶液中，保持活力数年。
（三）噬菌体的增殖
噬菌体的增殖过程可分为吸附、侵入、生物合成、成熟和释放四个阶段。与动物病毒相似，可参阅本书病毒学有关章节。大多数噬菌体的受体为细菌细胞壁的某些成分，如LPS，而某些细杆形噬菌体和微球形噬菌体种吸附于细菌菌毛。
噬菌体可使混浊的细菌液体培养物变为清朗，在固体培养基上可使细菌裂解而呈现无细菌生长的区域，称为噬菌现象。由于噬菌体裂解宿主细胞致使菌苔上形成的一个个透亮不长菌的圆斑，称为噬斑，或空斑 （plaque）。每一个噬菌斑理论上是由一个噬菌体粒子繁殖形成的。因每种噬菌体的噬菌斑有一定的形态、大小、边缘和透明度，故可用作噬菌体的鉴定以及纯种分离和计数。若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬菌斑计数，可测得每毫升容积内的噬斑形成单位数。
（四）噬菌体与寄主细菌的关系
噬菌体与寄主细菌的相互关系可分为溶菌反应和溶原化两种类型。凡能使寄主细胞迅速裂解引起溶菌反应的噬菌体，称为毒性噬菌体（virulent phage）或烈性噬菌体。另有些噬菌体侵入寄主细胞后，将其基因整合于细菌的基因组中，与细菌DNA一道复制，并随细菌的分裂而传给后代，不形成病毒粒子，不裂解细菌。这种现象叫溶原化（1ysogenization），引起溶原化的噬菌体叫温和噬菌体或溶原性噬菌体，整合到细菌DNA上的噬菌体基因叫前噬菌体（prophage），带有前噬菌体的细菌叫溶原性细菌（1ysogemc bacterla）。有的前噬菌体与细菌的毒力因子有关，例如带有前噬菌体的白喉杆菌获得了产生毒素的能力。
溶原性细菌可自发地终止其溶原性，引起溶菌反应而释出噬菌体。也可通过紫外线、电离辐射、氮介子气、过氧化物、乙烯亚胺等处理溶原性细菌，可诱导前噬菌体脱离细菌DNA，使其在寄主细胞内完成生物合成，装配成完整的噬菌体引起细胞裂解而释放。
（五）噬菌体的应用
1．细菌的鉴定和分型 噬菌体的噬菌作用具有种和型的特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，或仅能作用于该种细菌的某一型，故可用于细菌的鉴定与分型。例如，用伤寒沙门氏菌Vi噬菌体可将有Vi抗原的伤寒沙门氏菌分为96个噬菌体型；用34株分型噬菌体，可将鼠伤寒沙门氏菌分为207个噬菌体型；应用噬菌体裂解试验还可鉴定未知的炭疽杆菌等。这对流行病学调查、追踪传染源以及细菌研究等具有重要意义。
检测未知细菌：应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。即在疑有某些细菌存在的标本中，加入一定数量的已知相应噬菌体，37℃培养6-8h，再进行该噬菌体的效价测定。若其效价有明显增长，则表明标本中有某种细菌的存在。
2．分子生物学研究的工具 噬菌体的结构简单，易操作，曾作为研究病毒增殖的模式。其基因数较少，已成为研究核酸复制、转录、重组以及基因表达的调节、控制等的重要对象，促进了分子生物学等学科的发展。还可作为基因的载体，应用于遗传工程的研究。近年来应用丝状噬菌体表达特抗原的基因，所谓噬菌体表面展示技术，已成为制备基因工程抗体的重要手段。
