噬菌体（噬菌体）是专门感染细菌的病毒。它们是地球上最丰富的生物实体，估计有 10^31 个粒子。噬菌体在细菌生态学、进化中发挥着关键作用，并在医学和生物技术中具有应用。

噬菌体结构和分类

噬菌体由封闭在蛋白质衣壳中的核酸（DNA 或 RNA，单链或双链）组成，许多噬菌体具有用于宿主识别和基因组注射的尾部结构。研究最多的组是Caudovirales（有尾噬菌体），包括Myoviridae（长收缩尾，例如T4）、Siphoviridae（长非收缩尾，例如lambda）和Podoviridae（短尾，例如T7）。丝状噬菌体（丝状病毒科，例如 M13）又长又细，不会裂解宿主，并且会从细胞中挤出而不杀死宿主。

裂解循环

裂解循环 从吸附开始，其中噬菌体尾纤维或受体结合蛋白识别特定的细菌表面结构（LPS、孔蛋白、菌毛、鞭毛）。当噬菌体穿透细胞膜并将其核酸注入细胞质时，进行基因组注射，空衣壳仍附着在外部。在复制和组装过程中，噬菌体劫持宿主机器进行复制、转录和翻译；结构蛋白自组装成衣壳，基因组DNA由终止酶包装。最后，当穴蛋白在内膜上形成孔时，就会发生裂解，使内溶素降解肽聚糖，导致渗透裂解并释放子代病毒颗粒（通常每个细胞 50-200 个）。

溶源循环

温带噬菌体（例如 lambda、P1）可以将其基因组作为原噬菌体整合到细菌染色体中，或作为质粒进行复制。原噬菌体与宿主基因组一起被动复制，溶原性由阻断裂解基因表达的阻遏蛋白（例如 lambda CI）维持。当 DNA 损伤（通过 SOS 反应）触发 RecA 介导的阻遏蛋白自动裂解，切换到裂解循环时，就会发生诱导。当原噬菌体携带改变细菌表型（毒素、毒力因子）的基因时，例如大肠杆菌 O157:H7 中噬菌体编码的志贺毒素、霍乱弧菌中的霍乱毒素和白喉棒状杆菌中的白喉毒素，就会发生溶原性转化。

噬菌体疗法

噬菌体疗法使用裂解噬菌体来治疗细菌感染。优点包括特异性（不损害共生微生物群）、感染部位的自我扩增以及针对多重耐药病原体的活性。挑战包括宿主范围狭窄、细菌对噬菌体的耐药性、药代动力学（免疫清除）和监管障碍。成功的应用包括治疗囊性纤维化患者的铜绿假单胞菌感染、金黄色葡萄球菌假体关节感染以及用于同情使用的个性化噬菌体鸡尾酒。

生物技术应用

噬菌体展示使用丝状噬菌体 (M13) 展示与外壳蛋白融合的外源肽，从而实现抗体库筛选和蛋白质进化。噬菌体分型使用特定的噬菌体组根据易感性模式来识别细菌菌株，用于流行病学监测。诊断工具包括设计用于表达荧光素酶或荧光蛋白的报告噬菌体，从而能够快速检测和识别细菌。