M13噬菌体（含单链DNA的丝状噬菌体）

M13噬菌体

含单链DNA的丝状噬菌体

M13噬菌体是一种丝状噬菌体，内有一个环状单链DNA分子，长6407个核苷酸，含DNA复制和噬菌体增殖所需的遗传信息。感染宿主后不裂解细菌细胞，只利用细胞内物质完成自身增殖，组装成完整病毒颗粒后被宿主细胞分泌而出，宿主细胞仍能继续生长分裂。为分子生物学中理想的质粒载体。

概述

M13噬菌体是一种丝状噬菌体，内有一个环状单链DNA分子，长6407个核苷酸，含DNA复制和噬菌体增殖所需的遗传信息。M13DNA的复制起始位点定位在基因间隔区内。但是基因间隔区的有些核苷酸序列即使发生突变、缺失或插入外源DNA片段，也不会影响M13DNA的复制，这为M13DNA构建克隆载体提供了条件。 

其中M13mp系列是对野生型M13加以改造而得到的，插入了多克隆位点和LacZ基因，可容纳300-400bp外源DNA，可用于制备DNA测序时用的单链模板和核酸探针。

M13噬菌体在分子生物学上通常作为质粒载体应用。

1、能在大肠杆菌(只感染雄性大肠杆菌）中自主复制，而且能连同所带的外源DNA一起复制；

2、很容易同细菌DNA分开并加以纯化；

3、有一段DNA对于它们自身在细菌中的增殖不是必需的。

因此，外源DNA可以插入这一段DNA中，或置换这一段DNA而不影响载体的复制。

生物学

组成和结构

1、M13 噬菌体颗粒是丝状的，只感染雄性大肠杆菌。感染宿主后不裂解宿主细胞，而是从感染的细胞中分泌出噬菌体颗粒，宿主细胞仍能继续生长和分裂。 

2、M13 噬菌体的基因组为单链DNA ，由 6407 的碱基组成 （GenBank 注册号为 V00604） 。基因组 90% 以上的序列可编码蛋白质，共有 11 个编码基因，基因之间的间隔区多为几个碱基。

3、M13 噬菌体基因组 DNA 为正链，按基因 Ⅱ至基因 Ⅳ 方向合成，与噬菌体的 mRNA 序列同义。

4、M13噬菌体颗粒为丝状长管状结构，长880nm，直径6~7nm。

特点

1、能在大肠杆菌中自主复制，而且能连同所带的外源DNA一起复制；

2、很容易同细菌DNA分开并加以纯化；

3、有一段DNA对于它们自身在细菌中的增殖不是必需的。

4、溶源性，不裂解宿主菌，极大简化噬菌体纯化步骤。

因此，外源DNA可以插入这一段DNA中，或置换这一段DNA而不影响载体的复制。所以M13噬菌体是分子生物学中重要的工具载体。

增殖过程

吸附是噬菌体感染的第一步， M13噬菌体只感染具有性纤毛的菌株，携带F质粒的菌株可产生性纤毛。在吸附过程中，噬菌体的基因 Ⅲ 蛋白与性纤毛发生作用。随后丝状噬菌体穿入到性纤毛，基因 Ⅲ 蛋白与宿主的TolQ 、TolR和TolA蛋白发生作用，去除外壳蛋白，致使病毒DNA及附着于其上的基因 Ⅲ 蛋白进入宿主菌体内。感染宿主后不裂解细菌细胞，只利用细胞内物质完成自身增殖，组装成完整病毒颗粒后被宿主细胞分泌而出，宿主细胞仍能继续生长分裂。

载体功能

单链 DNA 的酶切和连接是比较困难的，因此，M13噬菌体在用作载体时是利用其双链状态的RF DNA(复制DNA，replicative form DNA )。RF DNA 很容易从感染细胞中纯化出来，可以像质粒一样进行操作，并可通过转化方法再次导入细胞。

载体的宿主菌

由于 M13 噬菌体通过F质粒编码的性纤毛进入宿主细胞内，故只能用雄性细菌来增殖病毒。 研究者已经构建了许多携带 F'质粒并便于M13载体进行基因操作的多种大肠杆菌菌株，其中最重要的遗传标志有：

 （1） lacZ D Ml5 LacZ基因缺失突变体。

 （2） D（lac-proAB）lac基因缺失突变体。

 （3） lacIq lacI基因的突变体。

 （4） proAB 细菌染色体上脯氨酸生物合成酶类的编码区域。

 （5） traD36 抑制 F'因子接合转移的突变。

 （6） hsdRl7 与 hsdR 4对大肠杆菌K株Ⅰ类限制 - 修饰系统失去限制活性但仍保留修饰功能的突变体。

 （7） recA1 大肠杆菌重组酶基因。

 （8） supE 琥珀抑制基因。

在13噬菌体载体中进行克隆时常用的宿主菌株如下:

  JM101 supE D （lac-proAB）

  JM105 JM101/ hsdR 4

  JM107 JM101/ hsdR 17

  JM109 JM101/ hsdR 17 recA1

  TG1 JM101/ hsd D5（不修饰不限制）

  XL1-Blue supE lac- hsdR 17 recA1 Tn 10 （Tet r） 

未来发展

纳米材料

科学家研究发现M13噬菌体在纳米材料方面的应用潜力，绘制出立体液晶的想像图：M13噬菌体（金色）可与无机的纳米晶体（紫色）连接，并且群聚排列成规则的阵列。这种薄膜，可用来制作可挠式萤幕。

生物发电

美国加利福尼亚州大学伯克利分校研究小组发现如何从M13噬菌体中产生电能，M13噬菌体具有压电性，意味着它能够将机械能转变为电能。研究人员认为这项发现未来有一天将为人类行走时对手机充电提供一种新的方式，同时能够替换当前手机中的有毒压电元件。

科学家称，M13噬菌体是一种潜在的完美能源，因为这种病毒仅吞食细菌，对人体无害，绿色环保。此外，这种能源也很廉价，并且容易获得，从一个盛放被感染细菌的烧瓶中就可以培养出上万亿个病毒。

参考资料

1.上新 | 来自噬菌体的惊喜--- M13 Antibody (HRP)·丁香通

2.M13噬菌体衍生载体的制备实验——载体衍生法·分析测试百科网