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How big is {name}?

260 奈米!

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噬菌體

噬菌體(英文簡稱phage)是一種會感染細菌的病毒,這個名稱源自希臘文,意思是「吞噬」。本站的圖片呈現的是形狀類似T4的噬菌體,T4是一種會感染大腸桿菌(Escherichia coli)的病毒。從頭部頂端到尾部末端,T4的長度約為260奈米。一奈米是一公尺的十億分之一。

大小

病毒有好幾種不同的形狀,而像T4這樣的噬菌體,生物學家稱之為「複合型」。它們有容納病毒DNA的頭部、尾部,以及用來附著在細菌上的纖維。長久以來,T4一直被當作研究病毒與細胞運作方式的模式生物,因此它的尺寸已經被非常精確地測量過。

T4的頭部是拉長的20面體,長120奈米、寬86奈米,內含一條約17.1萬個鹼基對長的DNA分子,鹼基對是DNA階梯的一級橫檔。頭部下方的尾部長約140奈米,外鞘長92.5奈米、寬24奈米,末端連接一個六邊形的基座盤,直徑約52奈米。

六條細長的尾絲從基座盤向外伸展,像腳一樣,每條尾絲都在關節處彎曲。每條尾絲長約144至160奈米,比尾部本身略長一些。

大小比較

  • T4感染的大腸桿菌長約2微米、寬約1微米,長度約為T4的八倍。一微米是一公釐的千分之一。
  • 如果把T4放大到一個身高1.7公尺的人那麼高,大腸桿菌的長度會變成約13公尺,寬度會變成約6.5公尺。
  • 把大約300至400個T4噬菌體首尾相接排列,就能跨過一根人類頭髮的寬度,頭髮的寬度約為80至100微米。
  • T4頭部的寬度不到一般光學顯微鏡所能顯示的最細細節(約200奈米,也就是光學顯微鏡可視極限)的一半,因此噬菌體改用電子顯微鏡拍攝。
  • T4的長度約為HIV顆粒寬度的1.8倍。擬菌病毒顆粒直徑約750奈米,接近T4長度的三倍。

噬菌體如何感染細菌

噬菌體會先附著在細菌表面的特定分子上。大多數噬菌體只能感染一種細菌,有些甚至只能感染單一菌株。接著,T4的尾鞘會收縮,像皮下注射針一樣,把病毒的DNA注入細胞壁內,而頭部和噬菌體的其餘部分則留在細胞外。

進入細胞後,噬菌體的基因會接管細胞,使細胞開始製造新噬菌體的各個部件。新的噬菌體組裝完成後,細胞會破裂,釋放這些噬菌體去感染其他細胞。一個受感染的細胞,大約能釋放出100至300個像T4這樣的噬菌體。

噬菌體作為藥物

由於每種噬菌體只會攻擊特定的細菌,醫生可以利用噬菌體來治療細菌感染,這種做法稱為「噬菌體療法」。噬菌體早在20世紀初就已被發現,但後來盤尼西林等抗生素相繼問世,使得大多數國家放棄了噬菌體療法,只有前蘇聯和東歐少數國家仍持續使用。

相較於抗生素,噬菌體有一項優勢:它們只會殺死鎖定的細菌,而抗生素卻連體內有益的細菌也一併殺死。一本2016年出版的微生物學教科書指出,隨著愈來愈多細菌對抗生素產生抗藥性,人們對噬菌體療法的興趣正重新興起。

參考資料

  • Bacteriophage T4 Head: Structure, Assembly, and Genome Packaging. Rao et al., Viruses, 2023.
  • Morphogenesis of the T4 tail and tail fibers. Leiman et al., Virology Journal, 2010.
  • Viruses. In Microbiology. OpenStax, 2016.
  • The Viral Life Cycle. In Microbiology. OpenStax, 2016.
  • How big is an E. coli cell and what is its mass?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
  • How many virions result from a single viral infection?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
  • How the optical microscope became a nanoscope. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.
  • Structural organization of authentic, mature HIV-1 virions and cores. Briggs et al., The EMBO Journal, 2003.
  • Structural Studies of the Giant Mimivirus. Xiao et al., PLoS Biology, 2009.
  • Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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宇宙的刻度 > 噬菌體
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