Cell子刊：单分子噬菌体感染

　　加州理工学院的研究人员首次观察到了单个病毒通过导入自身DNA感染单个细菌的过程，并且对DNA转移速度进行了检测。通过研究噬菌体感染细菌的过程，研究人员发现决定噬菌体DNA转移速度的是宿主细胞而非病毒遗传物质的量。该文章发表在Current Biology杂志的网站上。

　　“我们的实验能够观察单个病毒感染单个细菌的过程，”该研究的主要研究者，加州理工学院的生物物理学和生物学教授Rob Phillips说，“此前都是对大量的噬菌体和细胞进行研究而测得的感染速率，而用我们的方法可以实际观察到单个病毒排出DNA的过程。”

　　1952年在著名的Hershey-Chase实验中，冷泉港卡内基研究所的Alfred Hershey和Martha Chase利用噬菌体证明了细胞中的遗传物质是DNA而不是蛋白质。噬菌体能通过包裹在蛋白质外壳内的DNA感染细菌。Hershey 和Chase对噬菌体的硫元素(只存在于蛋白外壳而非DNA中)和磷(只存在于DNA而非蛋白中)元素进行了放射性标记了。然后用这些噬菌体感染细菌。将细菌分离并进行分析发现，细菌中只含有放射性的磷，证明DNA的确是遗传物质。该结果也说明，噬菌体与感染人类的病毒不同，只将其遗传物质转入宿主细菌，而将“身体”留在外面。不过，到目前为止噬菌体DNA转移的详细机制依然是个谜

　　有理论认为DNA在病毒内受到了较大的压力。实际上也有研究显示噬菌体遗传物质在其、蛋白外壳中比在体外溶液中受到的压力更大。Phillips说：“毕竟在50纳米见方的外壳中包裹了16微米的DNA。相当于要把金门大桥上的500米缆绳装入快递车的后备箱。”

　　Phillips 的团队希望了解这种压力是否在DNA转移过程中起主要作用。研究人员将基因组大小不同的两种λ噬菌体的DNA进行荧光染色，然后通过荧光显微镜观察了这两种噬菌体DNA转入E. coli菌体的过程。研究人员发现噬菌体DNA的平均排出时间为约5分钟，并且DNA转入不同细胞的时间也存在差异。

　　这与此前体外实验的结果差异很大，噬菌体将DNA排入溶液中只需要不到10秒。而且当大基因组的噬菌体排出一定DNA，使其内部DNA长度与小基因组噬菌体 DNA长度相当时，这两种噬菌体排出DNA的速度相同。因此当时研究人员推断，是噬菌体内DNA的含量决定了DNA转移的速度。

　　显然，体外实验中的规律在细胞中并不适用。E. coli约1微米见方的细胞内含有约3百万蛋白，蛋白之间距离小于10纳米。“细胞太拥挤了，几乎没有地方留给别的东西” Phillips说。

　　因此当噬菌体试图将DNA转入细胞时，限制DNA转移速度的主要因素是细胞内的拥挤程度。在这种情况下，噬菌体DNA转移速度与宿主的关系更大。

　　未来，研究人员将用文中的方法研究多种噬菌体，并对能协助拉病毒DNA进入细胞的分子进行研究。例如已有研究显示，T7噬菌体的DNA在还未完全进入细胞时，在宿主细胞内的病毒DNA就已经开始了复制。

　　细胞生命的很多活动都与分子跨膜有关，而Phillips团队的这一研究正是大分子跨膜的基础，能帮助科学家进一步研究DNA和蛋白质等生物大分子的跨膜机制。