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在生命科學(xué)領(lǐng)域中，有兩種極為重要的生物大分子一直在被科學(xué)家們研究，一種是執(zhí)行大部分生命活動(dòng)的蛋白質(zhì)，一種是承載遺傳信息的核酸。在噬菌體展示技術(shù)出現(xiàn)以前，無(wú)論是成本、通量抑或效率，解碼核酸序列的能力遠(yuǎn)優(yōu)于解碼蛋白質(zhì)序列的能力?？茖W(xué)家們利用噬菌體展示技術(shù)將蛋白質(zhì)相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為核酸信息后，通過高通量測(cè)序來實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)信息的解讀，這也為蛋白質(zhì)研究提供了更為便捷的方法。
噬菌體展示技術(shù)其原理在于將展示在其表面上的蛋白質(zhì)/抗體或者小肽的序列與編碼它們的核酸序列進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用噬菌體的超強(qiáng)擴(kuò)增能力構(gòu)建小肽或者抗體文庫(kù)，多樣性可以達(dá)到109以上；然后利用噬菌體展示技術(shù)通過多輪淘選得到針對(duì)特定對(duì)象的親和肽或者抗體。
那么噬菌體展示技術(shù)是如何發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的呢？這首先得從噬菌體開始說起。
噬菌體是一類病毒，顧名思義是吞噬細(xì)菌、真菌、超級(jí)細(xì)菌等微生物的病毒。自然界中，噬菌體無(wú)處不在，以其極端的多樣性持續(xù)顛覆生命領(lǐng)域的“游戲規(guī)則”，被生物科學(xué)家成為生命宇宙的“暗物質(zhì)”，也被開發(fā)成為病原微生物防控的“核武器”。除此之外，噬菌體展示是其應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。
1985年，G. P. Smith教授將EcoR I基因片段插入絲狀噬菌體f1的BamH I位點(diǎn)，轉(zhuǎn)化E. coli，通過與f1噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白融合，成功將EcoR I（“顏值”）展示于噬菌體的表面(1)。此后，隨著大量噬菌體展示文庫(kù)的構(gòu)建、遺傳操作體系的建立以及展示平臺(tái)與體系的拓展，噬菌體展示技術(shù)在不同領(lǐng)域，尤其是蛋白質(zhì)和抗體相關(guān)領(lǐng)域，發(fā)揮了重要作用。
噬菌體展示技術(shù)有多種分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)噬菌體的不同，可以分為M13、T7、T4、λ等多種體系；根據(jù)載體的不同，可以分為噬菌體載體（True Phage）和噬菌粒載體（Phagemid）；根據(jù)文庫(kù)的不同，可以分為隨機(jī)肽庫(kù)、cDNA文庫(kù)、抗體文庫(kù)、蛋白質(zhì)文庫(kù)等。
M13噬菌體展示系統(tǒng)
單鏈絲狀噬菌體（M13）屬于絲狀噬菌體，含有單鏈DNA基因組，其衣殼蛋白為管狀，通常由幾千個(gè)拷貝的主要衣殼蛋白（PⅧ）和位于尾端的次要衣殼蛋白（PⅢ）組成。由于該蛋白的分子量很小，只適合用來展示外源短肽。外源肽段的太大會(huì)影響病毒包裝，不能形成有功能的噬菌體。該系統(tǒng)比較適合用來篩選低親和力的配體。
T7噬菌體展示系統(tǒng)
T7 噬菌體基因組為線性雙鏈DNA，其衣殼蛋白通常有兩種形式，即10A(344個(gè)氨基酸殘基)和10B(397個(gè)氨基酸殘基)，10B衣殼蛋白區(qū)存在于噬菌體表面，所以被用來構(gòu)建噬菌體展示系統(tǒng)。與M13系統(tǒng)相比，T7噬菌體直接使宿主菌進(jìn)行裂解，不需經(jīng)過分泌過程，廣泛應(yīng)用于篩選不同分子量，不同親和力的蛋白質(zhì)。
T4噬菌體展示系統(tǒng)
T4噬菌體基因組DNA為雙鏈線形，呈環(huán)狀排列，噬菌體衣殼的有兩種非必需外殼蛋白SOC(small outer capsid protein，9 ku)和HOC(highly antigenic outer capsid protein，40 ku)，因此它表達(dá)的蛋白不需要復(fù)雜的蛋白純化，可展示各種大小的多肽或蛋白質(zhì)，很少受到限制。
λ噬菌體展示系統(tǒng)
λ噬菌體是長(zhǎng)尾噬菌體科的一種溫和噬菌體，有直徑55nm的二十面體頭部，末端有細(xì)長(zhǎng)尾絲?；蚪M為48.5 kb的線性雙鏈DNA分子，有黏性末端即單鏈延伸12個(gè)核苷酸，感染后線性基因組可立即環(huán)化。噬菌體的頭部由D蛋白和V蛋白構(gòu)成，可以構(gòu)建D蛋白和V蛋白的展示系統(tǒng)。λ噬菌體是在宿主細(xì)胞內(nèi)完成裝配的，無(wú)需將外源肽或蛋白分泌到細(xì)菌胞膜外，可展示有活性的大分子蛋白質(zhì)（100 kDa以上）及宿主細(xì)胞有毒性的蛋白質(zhì)，適用范圍極廣。
