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ファージ

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曖昧さ回避 この項目こうもくでは、ウイルスの一種いっしゅであるバクテリオファージについて説明せつめいしています。白血球はっけっきゅうの一種いっしゅについては「マクロファージ」をご覧らんください。
シネココッカス属ぞくファージ(Synechococcus Phage)S-PM2ウイルスの透過とうか型がた電子でんし顕微鏡けんびきょう像ぞう

ファージ（英えい: phage）は、細菌さいきんや古こ細菌さいきんに感染かんせんして複製ふくせいするウイルスで、正式せいしきにはバクテリオファージ（英えい: bacteriophage）と呼よばれる。ファージの基本きほん構造こうぞうは、タンパク質たんぱくしつの外そと殻からと遺伝いでん情報じょうほうを担になう核酸かくさん (主おもに二に本ほん鎖くさりDNA) からなる。ファージが感染かんせんした細菌さいきんは細胞さいぼう膜まくを破壊はかいされる溶菌ようきんという現象げんしょうを起おこし、死し細胞さいぼうを残のこさない。細菌さいきんが食たべ尽つくされるかのように死滅しめつするため、これにちなんで「細菌さいきん（bacteria）を食たべるもの（ギリシア語ご:phagos）」を表あらわす「バクテリオファージ(bacteriophage)」という名ながつけられた。

概要がいよう

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T4バクテリオファージのイラスト

バクテリオファージは、DNAまたはRNAのゲノムをカプセル化かしたタンパク質たんぱくしつで構成こうせいされ、単純たんじゅんなものから精巧せいこうなものまである。それらのゲノムは、わずか4つの遺伝子いでんし（例れい：MS2）から数すう100の遺伝子いでんしまでをコードしている。ファージは、細菌さいきんの細胞さいぼう質しつにゲノムを注入ちゅうにゅうした後のち、細菌さいきん内ないで複製ふくせいする。

バクテリオファージは、生物せいぶつ圏けんで最もっとも一般いっぱん的てきで多様たような存在そんざいである[1]。バクテリオファージは汎ひろし存そんウイルスであり、細菌さいきんが存在そんざいする場所ばしょならどこにでも存在そんざいする。地球ちきゅう上じょうには、バクテリオファージが1031個こ以上いじょう存在そんざいすると推定すいていされており、これは細菌さいきんを含ふくむ地球ちきゅう上じょうの他ほかのすべての生物せいぶつを合あわせた数かずよりも多おおくなっている[2]。ウイルスは、世界せかいの海うみの水柱みずばしら（水面すいめんから底そこ質しつへの水みずの概念的がいねんてきな柱はしら）に最もっとも豊富ほうふな生物せいぶつ学がく的てき実体じったいであり、原核げんかく生物せいぶつに次ついで2番目ばんめに大おおきなバイオマス構成こうせい要素ようそであり[3]、表面ひょうめんの微生物びせいぶつマットで1ミリリットル当あたり9x108個このウイルスが検出けんしゅつされ[4]、海洋かいよう細菌さいきん（英語えいご版ばん）の最大さいだい70%がファージに感染かんせんしている可能かのう性せいがある[5]。

バクテリオファージは、20世紀せいき初頭しょとうに、アーネスト・ハンキンとフレデリック・トウォートによってそれぞれ独立どくりつに発見はっけんされ、カナダの生物せいぶつ学者がくしゃフェリックス・デレーユによって溶菌ようきん作用さようが見出みいだされた。初期しょきの分子生物学ぶんしせいぶつがくにおいてモデル生物せいぶつとして盛さかんに用もちいられた。またファージのゲノムは改変かいへんされ、遺伝子いでんし導入どうにゅうやDNA断片だんぺんのライブラリ作成さくせいなどにも用もちいられている。有名ゆうめいなファージの一ひとつにはラムダファージ（λらむだファージ）があり、大腸菌だいちょうきんに感染かんせんする。全ぜんゲノムの解読かいどくはラムダファージで行おこなわれた（ゲノムプロジェクト）。また、ウイルス粒子りゅうしが非常ひじょうに複雑ふくざつな形態けいたいのT4ファージもよく知しられている。

20世紀せいき後半こうはんから、旧きゅうソビエト連邦れんぽう、中央ちゅうおうヨーロッパ、およびフランスで抗生こうせい物質ぶっしつの代替だいたい品ひんとして使用しようされてきた[6][7]。ファージは、多おおくの細菌さいきんの多た剤ざい耐たい性せい株かぶに対たいする治療ちりょう法ほうとして考かんがえられている（ファージセラピーを参照さんしょう）[8]。一方いっぽう、イノウイルス科か（Inoviridae）のファージは、肺炎はいえんや嚢胞のうほう性せい線維せんい症しょうに関与かんよするバイオフィルムを複雑ふくざつ化かして、病気びょうきを根絶こんぜつするための薬剤やくざいから細菌さいきんを保護ほごし、持続じぞく的てき感染かんせんを促進そくしんすることが示しめされている[9]。

構造こうぞう

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(左ひだり)ファージT4の解剖かいぼう学がく的てき構造こうぞうと、(右みぎ)感染かんせんサイクルの模も式しき図ず

バクテリオファージには多おおくの種類しゅるいが知しられており、その大おおきさは25〜200nm程度ていどである。形状けいじょうも様々さまざまな種類しゅるいが知しられており、多おおくの種たねは正せい二に十じゅう面体めんてい様ようのカプシドを頭部とうぶとしてそこから尾おが伸のびている。中なかには真ま核かく生物せいぶつに感染かんせんするウイルスのように、単純たんじゅんに頭あたまの部分ぶぶんのみを持もつ種たねもある。ファージの尾お部ぶは細菌さいきんの細胞さいぼう外そとに発達はったつした莢さいかち膜まくや、ペプチドグリカンから成なる細胞さいぼう壁かべを突破とっぱして、細菌さいきんの細胞さいぼう内ないにファージの核酸かくさんを送おくり込こむ機能きのうを持もつ。例たとえばT4ファージの尾おの先端せんたんにある基盤きばんを構成こうせいする蛋白質たんぱくしつにはリゾチームとして機能きのうする部分ぶぶんがあり、これがペプチドグリカンを加水かすい分解ぶんかいして細菌さいきんの細胞さいぼう壁かべに穴あなを開あける。ファージの尾おは、細菌さいきん細胞さいぼうに核酸かくさんを送おくり込こむ時ときに収縮しゅうしゅくする長ながい尾お、柔軟じゅうなんに屈曲くっきょくするが収縮しゅうしゅくはしない長ながい尾お、収縮しゅうしゅくしない短みじかい尾おの3種類しゅるいがある。例たとえばT4ファージは長ながくて収縮しゅうしゅくするタイプ、ラムダファージは長ながくて屈曲くっきょくするタイプの尾おを持もっている。

分類ぶんるい

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バクテリオファージP22は、短みじかい非ひ収縮しゅうしゅく性せいの尾おを持もつことから、形態けいたい学的がくてきにはポドウイルス科か（英語えいご版ばん）(Podoviridae)に属ぞくしている。

バクテリオファージは生物せいぶつ圏けんに豊富ほうふに存在そんざいし、それぞれゲノムやライフスタイルが異ことなる。ファージは、国際こくさいウイルス分類ぶんるい委員いいん会かい（ICTV）により、形態けいたい学がくと核酸かくさんにより分類ぶんるいされている。

原核げんかく生物せいぶつ（細菌さいきんおよび古こ細菌さいきん）ウイルスのICTV分類ぶんるい[1]
目め 科か 形態けいたい 核酸かくさん 例れい
Belfryvirales Turriviridae Enveloped, isometric Linear dsDNA
Caudovirales Ackermannviridae Nonenveloped, contractile tail Linear dsDNA
Myoviridae Nonenveloped, contractile tail Linear dsDNA T4, Mu, P1, P2
Siphoviridae Nonenveloped, noncontractile tail (long) Linear dsDNA λらむだ, T5, HK97, N15
Podoviridae Nonenveloped, noncontractile tail (short) Linear dsDNA T7, T3, Φふぁい29, P22
Halopanivirales Sphaerolipoviridae Enveloped, isometric Linear dsDNA
Haloruvirales Pleolipoviridae Enveloped, pleomorphic Circular ssDNA, circular dsDNA, or linear dsDNA
Kalamavirales Tectiviridae Nonenveloped, isometric Linear dsDNA
Levivirales Leviviridae Nonenveloped, isometric Linear ssRNA MS2, Qβべーた
Ligamenvirales Lipothrixviridae Enveloped, rod-shaped Linear dsDNA Acidianus filamentous virus 1
Rudiviridae Nonenveloped, rod-shaped Linear dsDNA Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 1
Mindivirales Cystoviridae Enveloped, spherical Segmented dsRNA Φふぁい6
Petitvirales Microviridae Nonenveloped, isometric Circular ssDNA ΦふぁいX174
Tubulavirales Inoviridae Nonenveloped, filamentous Circular ssDNA M13
Vinavirales Corticoviridae Nonenveloped, isometric Circular dsDNA PM2
Unassigned Ampullaviridae Enveloped, bottle-shaped Linear dsDNA
Bicaudaviridae Nonenveloped, lemon-shaped Circular dsDNA
Clavaviridae Nonenveloped, rod-shaped Circular dsDNA
Finnlakeviridae dsDNA FLiP[10]
Fuselloviridae Nonenveloped, lemon-shaped Circular dsDNA
Globuloviridae Enveloped, isometric Linear dsDNA
Guttaviridae Nonenveloped, ovoid Circular dsDNA
Plasmaviridae Enveloped, pleomorphic Circular dsDNA
Portogloboviridae Enveloped, isometric Circular dsDNA
Spiraviridae Nonnveloped, rod-shaped Circular ssDNA
Tristromaviridae Enveloped, rod-shaped Linear dsDNA

ピコビルナ科か（Picobirnaviridae）のメンバーは細菌さいきんに感染かんせんするが、哺乳類ほにゅうるいには感染かんせんしないことが示唆しさされている[11]。

もう一ひとつの提案ていあんされているファミリーは、Autolykiviridae（dsDNA）である[12]。

歴史れきし

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フェリックス・デレーユ

1896年ねん、イギリスの細菌さいきん学者がくしゃアーネスト・ハンキン（英語えいご版ばん）は、インドのガンジス川がわとヤムナー川がわの水みずに含ふくまれる何なにかがコレラに対たいして顕著けんちょな抗菌こうきん作用さようを示しめし、それは非常ひじょうに細こまかい磁器じきフィルターを通過つうかできることを報告ほうこくした[13]。1915年ねん、ロンドンのブラウン研究所けんきゅうじょの監督かんとくであるイギリスの細菌さいきん学者がくしゃフレデリック・トウォート（英語えいご版ばん）は、細菌さいきんに感染かんせんして死滅しめつさせる小ちいさな病原びょうげん体たいを発見はっけんした。彼かれは、その病原びょうげん体たいは次つぎのいずれかに違ちがいないと考かんがえた。

  1. 細菌さいきんのライフサイクルの段階だんかい、
  2. 細菌さいきん自身じしんが産さん生せいする酵素こうそ、または、
  3. 細菌さいきんに寄生きせいして破壊はかいするウイルス[14]。

トウォートの研究けんきゅうは、第だい一いち次じ世界せかい大戦たいせんの勃発ぼっぱつ、資金しきん不足ふそく、抗生こうせい物質ぶっしつの発見はっけんによって中断ちゅうだんされた。

独立どくりつして、パリのパスツール研究所けんきゅうじょで働はたらいていたフランス系けいカナダ人じんの微生物びせいぶつ学者がくしゃフェリックス・デレーユは、1917年ねん9月がつ3日にちに「赤痢せきり菌きんに拮抗きっこうする目めに見みえない微生物びせいぶつ」を発見はっけんしたと発表はっぴょうした。デレーユにとって、彼かれの発見はっけんの本質ほんしつについては疑問ぎもんの余地よちはなかった。「一瞬いっしゅんにして私わたしが理解りかいした。（寒天かんてん培地ばいち上うえの）透明とうめいなゾーンの原因げんいんは、実際じっさいには目めに見みえない微生物びせいぶつ...細菌さいきんに寄生きせいするウイルスだった。[15]」デレーユはこのウイルスをバクテリオファージ、バクテリアイーターと呼よんだ。（ギリシャ語ごのphageinから「むさぼり食くう」という意味いみ）。彼かれはまた、赤痢せきりに苦くるしんでいた男性だんせいがバクテリオファージによって健康けんこうを取とり戻もどしたという劇的げきてきな記録きろくも残のこしている[16]。バクテリオファージについての多おおくの研究けんきゅうを行おこない、ファージセラピーの概念がいねんを導入どうにゅうしたのはデレーユであった[17]。

半はん世紀せいき以上いじょう後ごの1969年ねん、マックス・デルブリュック、アルフレッド・ハーシー、サルバドール・ルリアは、ウイルスの複製ふくせいとその遺伝子いでんしの発見はっけんによりノーベル生理学せいりがく・医学いがく賞しょうを受賞じゅしょうした[18]。

応用おうよう

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ファージセラピー

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詳細しょうさいは「ファージセラピー」を参照さんしょう

ファージは、抗菌こうきん剤ざいであることが発見はっけんされ、1920年代ねんだいから1930年代ねんだいにかけて、旧きゅうソビエト連邦れんぽう内うちの共和きょうわ国こくジョージアで、細菌さいきん感染かんせん症しょうを治療ちりょうするために使用しようされた（ジョージアの細菌さいきん学者がくしゃギオルギ・エリアバが、バクテリオファージの共同きょうどう発見はっけん者しゃであるフェリックス・デレーユの助たすけを借かり、開拓かいたくした）。それらは赤軍せきぐんの兵士へいしの治療ちりょうを含ふくめて、広ひろく使用しようされた。しかし、いくつかの理由りゆうから欧米おうべい諸国しょこくでの一般いっぱん的てきな使用しようは放棄ほうきされた。

  • 抗生こうせい物質ぶっしつが発見はっけんされて広ひろく販売はんばいされた。それらは、製造せいぞう、保管ほかん、および処方しょほうが容易よういであった。
  • ファージの医学いがく的てき試験しけんが行おこなわれたが、基本きほん的てきな理解りかい不足ふそくから、これらの試験しけんの妥当だとう性せいに疑問ぎもんが生しょうじた[19]。
  • ソビエト連邦れんぽうでの研究けんきゅうの出版しゅっぱんは主おもにロシア語ごかジョージア語ごで行おこなわれ、長ながい間あいだ、国際こくさい的てきには追随ついずいされていなかった。

冷戦れいせん終結しゅうけつ後ご、ファージの使用しようは、ロシア[20]、ジョージア、中央ちゅうおうおよび東ひがしヨーロッパの他ほかの場所ばしょで継続けいぞくされている。最初さいしょの制御せいぎょ、無む作為さくい化か、二に重じゅう盲めくら検けん臨床りんしょう試験しけんは、2009年ねん6月がつにJournal of Wound Care誌しに報告ほうこくされ、ヒト患者かんじゃの下肢かしの感染かんせん性せい静脈じょうみゃく潰瘍かいようを治療ちりょうするためのバクテリオファージカクテルについて安全あんぜん性せいと有効ゆうこう性せいを評価ひょうかした[21]。アメリカ食品しょくひん医薬品いやくひん局きょく（FDA）はこの試験しけんを第だいI相あい臨床りんしょう試験しけんとして承認しょうにんした。同どう試験しけんの結果けっか、バクテリオファージの治療ちりょう応用おうようの安全あんぜん性せいを示しめしたが、有効ゆうこう性せいは示しめされなかった。著者ちょしゃらは、標準ひょうじゅん的てきな創傷そうしょう治療ちりょうの一部いちぶである特定とくていの化学かがく物質ぶっしつ（ラクトフェリンや銀ぎんなど）の使用しようが、バクテリオファージの生存せいぞんを阻害そがいした可能かのう性せいがあると説明せつめいした[21]。その後ごまもなく、西にしヨーロッパで別べつの対照たいしょう臨床りんしょう試験しけん（緑みどり膿うみ菌きんによって引ひき起おこされた耳みみ感染かんせん症しょうの治療ちりょう）が、2009年ねん8月がつのジャーナルClinical Otolaryngologyで報告ほうこくされた[22]。この研究けんきゅうでは、バクテリオファージ製剤せいざいはヒトの慢性まんせい耳みみ感染かんせん症しょうの治療ちりょうに安全あんぜんで効果こうか的てきであると結論けつろんづけている。さらに、感染かんせんした火傷かしょうや創傷そうしょう、嚢胞のうほう性せい線維せんい症しょうに伴ともなう肺はい感染かんせん症しょうなど、さまざまな疾患しっかんに対たいするバクテリオファージの有効ゆうこう性せいを評価ひょうかする動物どうぶつ実験じっけんやその他たの実験じっけん的てき臨床りんしょう試験しけんが数多かずおおく行おこなわれてきた[22]。

一方いっぽう、バクテリオファージの研究けんきゅう者しゃは、抗生こうせい物質ぶっしつ耐たい性せいを克服こくふくするための遺伝子いでんし改変かいへんウイルスの開発かいはつや、バイオフィルムマトリクスを分解ぶんかいする酵素こうそをコードするファージ遺伝子いでんし、ファージの構造こうぞうタンパク質たんぱくしつ、細菌さいきんの細胞さいぼう壁かべを溶解ようかいする酵素こうそなどの遺伝子いでんし改変かいへんを行おこなってきた[4][5][6]。小型こがたで短たん尾お型がたのT4ファージは、人体じんたいにおける大腸菌だいちょうきんの検出けんしゅつに有用ゆうようであることを示しめす結果けっかが出でている[23]。

多た剤ざい耐たい性せいアシネトバクター・バウマニ（MDR A. baumannii）の鼻腔びこう感染かんせんモデルマウスを用もちいて、ファージカクテルの治療ちりょう効果こうかを評価ひょうかした。ファージカクテルで治療ちりょうしたマウスは、感染かんせん後ご7日にち目めに未み治療ちりょうマウスに比くらべて2.3倍ばいの高たかい生存せいぞん率りつを示しめした[24]。2017年ねん、MDR A. baumanniiによって膵臓すいぞうに障害しょうがいを受うけた患者かんじゃは、複数ふくすうの抗生こうせい物質ぶっしつを投与とうよされたにもかかわらず、患者かんじゃの健康けんこう状態じょうたいは4ヶ月かげつの間あいだに悪化あっかし続つづけた。効果こうか的てきな抗生こうせい物質ぶっしつがないため、患者かんじゃはMDR A. baumanniiに対たいして有効ゆうこうであることが実証じっしょうされている9種類しゅるいのファージを含ふくむファージカクテルを用もちいたファージ療法りょうほうを受うけた。この治療ちりょうを受うけると、患者かんじゃの下降かこうしていた臨床りんしょう経過けいかは一転いってんし、健康けんこうな状態じょうたいに戻もどった[25]。

デレーユは「バクテリオファージは、下水道げすいどう、パイプからの廃棄はいき物ぶつが流入りゅうにゅうする川かわ、回復かいふく期きの患者かんじゃの便びんの中なかなど、バクテリアが繁殖はんしょくする場所ばしょならどこにでもあることをすぐに知しった」[26]。これには、インドのガンジス川がわなど、伝統でんとう的てきに治癒ちゆ力りょくがあると考かんがえられてきた川かわも含ふくまれている[27]。

その他た

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食品しょくひん業界ぎょうかい
2006年ねん以降いこう、アメリカ食品しょくひん医薬品いやくひん局きょく（FDA）とアメリカ農務のうむ省しょう（USDA）は、いくつかのバクテリオファージ製品せいひんを承認しょうにんしている。LMP-102（Intralytix）は、加工かこう（RTE）鶏肉とりにくおよび肉にく製品せいひんの治療ちりょうに承認しょうにんされた。同年どうねん、FDAは、一般いっぱんに安全あんぜんと認みとめられる（GRAS）ステータスを与あたえるために、チーズにバクテリオファージを使用しようしてリステリア・モノサイトゲネス菌きんを殺ころすLISTEX（マイクレオス（英語えいご版ばん）によって開発かいはつ・製造せいぞうされた）を承認しょうにんした[28]。2007年ねん7月がつには、すべての食品しょくひんでの同おなじバクテリオファージの使用しようが承認しょうにんされた[29]。2011年ねん、USDAは、LISTEXをクリーンラベル加工かこう助すけ剤ざいとして、USDAに含ふくまれることを確認かくにんした[30]。食品しょくひん安全あんぜんの分野ぶんやでは、さまざまな食品しょくひん中ちゅうの他ほかの食物しょくもつ由来ゆらい病原びょうげん体たいを制御せいぎょするため、実行じっこう可能かのうな選択肢せんたくしとして、溶菌ようきん性せいファージがあるかどうかの研究けんきゅうが続つづけられている。
酪農らくのう
環境かんきょう中ちゅうに存在そんざいするバクテリオファージは、チーズスターター培養ばいよう物ぶつの発酵はっこう失敗しっぱいを引ひき起おこす可能かのう性せいがある。これを回避かいひするために、混合こんごう株かぶスターター培養ばいようや培養ばいよう物ぶつローテーション計画けいかくを使用しようすることができる[31]。
診断しんだん法ほう
2011年ねん、FDAは、体外たいがい（in vitro）診断しんだん用ようの最初さいしょのバクテリオファージに基もとづく製品せいひんを承認しょうにんした[32]。KeyPath MRSA/MSSA血液けつえき培養ばいよう検査けんさでは、バクテリオファージのカクテルを使用しようして、陽性ようせいの血液けつえき培養ばいよう物ぶつ中ちゅうの黄色おうしょくブドウ球菌きゅうきん（Staphylococcus aureus）を検出けんしゅつし、メチシリン耐性たいせいまたは感受性かんじゅせいを判定はんていする。この検査けんさでは、標準ひょうじゅん的てきな微生物びせいぶつ同定どうていおよび感受性かんじゅせい検査けんさ法ほうでは2～3日にちかかるのに対たいし、約やく5時じ間あいだで結果けっかが得えられる。これは、FDAによって承認しょうにんされた最初さいしょの迅速じんそく化か抗生こうせい物質ぶっしつ感受性かんじゅせい検査けんさである[33]。
生物せいぶつ兵器へいきや毒素どくそへの対抗たいこう
欧米おうべいの政府せいふ機関きかんは数すう年ねん前まえから、炭疽たんそ菌きんやボツリヌス菌きんなどの生物せいぶつ兵器へいきや毒素どくそに対抗たいこうするためのファージの利用りようについて、ジョージアや旧きゅうソビエト連邦れんぽうに協力きょうりょくを求もとめてきた[34]。米国べいこくの研究けんきゅうグループ間あいだで開発かいはつが続つづけられている。その他たの用途ようととしては、植物しょくぶつや野菜やさいの生産せいさん物ぶつを腐敗ふはいや細菌さいきん感染かんせんの蔓延まんえんから保護ほごするための園芸えんげいでの散布さんぷなどがある。バクテリオファージの他ほかの用途ようとは、病院びょういんなどの環境かんきょう表面ひょうめんの殺生せっしょう物ぶつ剤ざいとして、また、臨床りんしょう現場げんばで使用しようする前まえのカテーテルや医療いりょう機器ききの予防よぼう処置しょちとしてである。ファージを乾燥かんそうした表面ひょうめん、例たとえばユニフォーム、カーテン、または手術しゅじゅつ用ようの縫合ほうごう糸いとなどに適用てきようする技術ぎじゅつが現在げんざい存在そんざいしている。Clinical Otolaryngology誌し[22]に報告ほうこくされた臨床りんしょう試験しけんでは、ペット犬けんの中耳炎ちゅうじえんの獣医じゅうい学がく的てき治療ちりょうに成功せいこうしている。
SEPTIC（英語えいご版ばん）菌きん検出けんしゅつ・同定どうてい法ほう
この手法しゅほうは、ファージ感染かんせん時じのイオン放出ほうしゅつとその動態どうたいを利用りようした高たかい特異とくい性せいと検出けんしゅつ速度そくどを実現じつげんしている[35]。
ファージディスプレイ
これは、表面ひょうめんタンパク質たんぱくしつに連結れんけつした可変かへんペプチドを有ゆうするファージのライブラリーに関かかわるファージの別べつの使用しよう法ほうである。各かくファージゲノムは、その表面ひょうめんに発現はつげんしているタンパク質たんぱくしつの変異へんい体たいをコードし（その名なの由来ゆらい）、変異へんいペプチドとそのエンコード遺伝子いでんしとの間あいだのリンクを提供ていきょうする。ライブラリーからの変異へんいファージは、固定こてい化かされた分子ぶんし（例たとえば、ボツリヌス毒素どくそ）を中和ちゅうわするために、その結合けつごう親和しんわ性せいを通つうじて選抜せんばつされる。結合けつごうし、選抜せんばつされたファージは、感受性かんじゅせいのある細菌さいきん株かぶを再さい感染かんせんさせて増殖ぞうしょくすることができ、それにより、さらなる研究けんきゅうのためにファージにコードされたペプチドを回収かいしゅうすることができる[36]。
抗菌こうきん薬やくの発見はっけん
ファージタンパク質しつはしばしば抗菌こうきん活性かっせいを持もち、ペプチドミメティック（英語えいご版ばん）、すなわちペプチドを模倣もほうする薬剤やくざいのリードとなる可能かのう性せいがある[37]。ファージリガンド技術ぎじゅつ（英語えいご版ばん）は、細菌さいきんや細菌さいきん成分せいぶん（エンドトキシンなど）の結合けつごうや細菌さいきんの溶解ようかいなど、さまざまな用途ようとにファージタンパク質しつを利用りようする[38]。
基礎きそ研究けんきゅう
バクテリオファージは遺伝子いでんし数かずが他たの生物せいぶつに比くらべて少ずくなく、また増殖ぞうしょくが容易よういなことから、進化しんかと生態せいたい学がくの原理げんりを研究けんきゅうするための重要じゅうようなモデル生物せいぶつである[39]。
遺伝子いでんし工学こうがく
テンペレートファージを利用りようして宿主しゅくしゅの細菌さいきんに任意にんいの遺伝子いでんしを導入どうにゅうする技術ぎじゅつも開発かいはつされた。この技術ぎじゅつは形質けいしつ導入どうにゅうと呼よばれ、ラムダファージによる大腸菌だいちょうきんへの形質けいしつ導入どうにゅうが、分子生物学ぶんしせいぶつがく分野ぶんやで繁用はんようされている。
ファージ型がた別べつ
ファージは種類しゅるいによって宿主しゅくしゅとする細菌さいきんが異ことなり、しかもその選択せんたく性せいが高たかい。このため同おなじ種しゅに属ぞくする細菌さいきんであっても、株かぶによって特定とくていのファージに感染かんせんするものとしないものがある。この現象げんしょうを利用りようして同種どうしゅの細菌さいきんをさらに細こまかく判別はんべつすることが可能かのうであり、この方法ほうほうをファージ型がた別べつと呼よぶ。ファージ型がた別べつによる分類ぶんるいは黄色おうしょくブドウ球菌きゅうきんやサルモネラに用もちいられており、これらの菌きんの中なかでも特とくに病原びょうげん性せいの高たかいものであるかどうかを識別しきべつすることが可能かのうである。

複製ふくせい

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（上うえ）溶菌ようきんサイクル(lytic cycle)と比較ひかくした、（下した）溶原サイクル(lysogenic cycle)
バクテリオファージのDNAを細菌さいきん細胞さいぼうに注入ちゅうにゅうする工程こうていを示しめす

バクテリオファージは「溶菌ようきんサイクル（英語えいご版ばん）」と「溶原サイクル」を持もっている。

T4ファージのような溶菌ようきん性せいファージ (ビルレントファージ、英えい: virulent phage)で見みられる溶菌ようきんサイクル（英語えいご版ばん）（lytic cycle）では、ウイルスが即時そくじに複製ふくせいされた後のち、細菌さいきん細胞さいぼうは破壊はかいされ（溶解ようかいして）死滅しめつする。細胞さいぼうが破壊はかいされるとすぐに、ファージの子孫しそんは新あたらしい宿主しゅくしゅを見みつけて感染かんせんできる。溶菌ようきん性せいファージは、ファージセラピー用ようとしてより適てきしている。一部いちぶの溶菌ようきん性せいファージは、細胞さいぼう外がいのファージ濃度のうどが高たかい場合ばあいには、完成かんせいしたファージ子孫しそんがすぐに細胞さいぼう外がいに溶解ようかいしないという、溶菌ようきん阻害そがい（英えい: lysis inhibition）として知しられる現象げんしょうを起おこす。この機構きこうは、次つぎに述のべる溶原性せいファージ（プロファージ）が休眠きゅうみん状態じょうたいになる機構きこうとは異ことなり、通常つうじょうは一時いちじ的てきなものである。

対照たいしょう的てきに、溶原サイクル（lysogenic cycle）は、宿主しゅくしゅ細胞さいぼうの即時そくじ溶解ようかいをもたらさない。溶原性せいを受うけることができるそれらのファージは溶原性せいファージ (テンペレートファージ、英えい: temperate phages) として知しられている。それらのウイルスゲノムは、宿主しゅくしゅのDNAと統合とうごうされ、宿主しゅくしゅDNAと一緒いっしょに比較的ひかくてき無害むがいに複製ふくせいされるか、あるいはプラスミドとして宿主しゅくしゅ細胞さいぼう内ないに独立どくりつして存在そんざいすることもある。ウイルスは、（おそらく栄養分えいようぶんの枯渇こかつが原因げんいんで）宿主しゅくしゅの状態じょうたいが悪化あっかするまで休眠きゅうみん状態じょうたいのままで、その後ご、内在ないざい性せい（英語えいご版ばん）ファージ（プロファージとして知しられている）は活動かつどう的てきになる。この時点じてんで、プロファージは生殖せいしょくサイクルを開始かいしし、宿主しゅくしゅ細胞さいぼうの溶解ようかいをもたらす。溶原サイクルが宿主しゅくしゅ細胞さいぼうの生存せいぞんと繁殖はんしょくを可能かのうにするので、ウイルスはその細胞さいぼうのすべての子孫しそんに複製ふくせいされる。この現象げんしょうは溶原化かと呼よばれ、プロファージを保有ほゆうする細菌さいきんを溶原菌きんと呼よぶ。溶原サイクルと溶菌ようきんサイクルに従したがうことが知しられているバクテリオファージの例れいには、大腸菌だいちょうきんのラムダファージ（英語えいご版ばん）がある[40]。

テンペレートファージの中なかには抗生こうせい物質ぶっしつへの耐たい性せい遺伝子いでんしや毒素どくその遺伝子いでんしを持もっているものがあり、細菌さいきんゲノムに新あたらしい機能きのうを追加ついかすることによってその遺伝いでん形質けいしつを細菌さいきんが獲得かくとくすることがある。これは、溶原変換へんかん（英えい: lysogenic conversion）と呼よばれる現象げんしょうであり、これによって薬剤やくざい耐たい性せいや強つよし毒性どくせいの細菌さいきんが出現しゅつげんすることは、医学いがく上じょう重要じゅうような問題もんだいと考かんがえられている。このような実例じつれいとしてO157のベロ毒素どくそが挙あげられる。ベロ毒素どくそは一部いちぶの赤痢せきり菌きんが産さん生せいする志賀しが毒素どくそと同おなじものであり、それらの赤痢せきり菌きんに感染かんせんしていた毒素どくそ遺伝子いでんしを含ふくむファージが大腸菌だいちょうきんに感染かんせんしてベロ毒素どくそ産さん生せい大腸菌だいちょうきんが出現しゅつげんしたと考かんがえられている。同様どうようの例れいとして、バクテリオファージによって、無害むがいなコリネバクテリウム・ジフテリアエ（英語えいご版ばん）（Corynebacterium diphtheriae）やビブリオ・コレラエ（英語えいご版ばん）（Vibrio cholerae）の菌株きんしゅの、それぞれジフテリアやコレラを引ひき起おこす強つよ毒性どくせいの菌株きんしゅへの変換へんかんがある[41][42]。これらの毒素どくそをコードするプロファージを標的ひょうてきとした特定とくていの細菌さいきん感染かんせん症しょうと闘たたかう戦略せんりゃくが提案ていあんされている[43]。

付着ふちゃくと浸透しんとう

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細菌さいきん細胞さいぼうに付着ふちゃくしたバクテリオファージの電子でんし顕微鏡けんびきょう写真しゃしん。このウイルスはコリファージT1の大おおきさおよび形状けいじょうをしている。

細菌さいきん細胞さいぼうは、多た糖類とうるいの細胞さいぼう壁かべによって保護ほごされている。多た糖類とうるいは、免疫めんえき宿主しゅくしゅ防御ぼうぎょと抗生こうせい物質ぶっしつの両方りょうほうから細菌さいきん細胞さいぼうを保護ほごする重要じゅうような病原びょうげん性せい因子いんしである[44]。バクテリオファージは、宿主しゅくしゅ細胞さいぼうに侵入しんにゅうするために、リポ多た糖類とうるい、タイコ酸さん、タンパク質たんぱくしつ、あるいは鞭むち毛げ（べんもう）など、細菌さいきん表面ひょうめんにある特定とくていの受容じゅよう体たいに結合けつごうする。この特異とくい性せいは、バクテリオファージが、結合けつごう可能かのうな受容じゅよう体たいを持もつ特定とくていの細菌さいきんのみに感染かんせんすることを意味いみし、これがファージの宿主しゅくしゅ範囲はんいを決定けっていする。エンドリシンのような多た糖類とうるい分解ぶんかい酵素こうそは、厳密げんみつにプログラムされたファージ感染かんせんプロセスの初期しょき段階だんかいで、宿主しゅくしゅの莢さいかち膜まく（きょうまく）外層がいそうを酵素こうそ的てきに分解ぶんかいするビリオン関連かんれんタンパク質たんぱくしつである。宿主しゅくしゅの増殖ぞうしょく条件じょうけんはまた、ファージが宿主しゅくしゅに付着ふちゃくして侵入しんにゅうする能力のうりょくに影響えいきょうを与あたえる[45]。ファージビリオンは独立どくりつして移動いどうしないので、血液けつえき、リンパ循環じゅんかん、灌漑かんがい（かんがい）、土壌どじょう水すいなどの溶液ようえき中ちゅうにある場合ばあい、正ただしい受容じゅよう体たいとのランダムな遭遇そうぐうに頼たよらなければならない。

ミオウイルス・バクテリオファージは、皮下ひか注射ちゅうしゃ器きのような動うごきを利用りようして、その遺伝いでん物質ぶっしつを細胞さいぼう内ないに注入ちゅうにゅうする。適切てきせつな受容じゅよう体たいに接触せっしょくした後のち、尾お部ぶ繊維せんいが屈曲くっきょくして基盤きばんを細胞さいぼう表面ひょうめんに近ちかづける。これは可逆かぎゃく的てき結合けつごうとして知しられている。一度いちど完全かんぜんに付着ふちゃくすると、不ふ可逆かぎゃく的てき結合けつごうが開始かいしされ、おそらく尾おの中なかに存在そんざいするATPの助たすけを借かりて、尾おが収縮しゅうしゅくし[5]、細菌さいきん膜まくを介かいして遺伝いでん物質ぶっしつを注入ちゅうにゅうする[46]。注入ちゅうにゅうは、細胞さいぼうの近ちかくで収縮しゅうしゅくする側がわに移動いどうし、押おし戻もどすことによる、シャフトの一種いっしゅの曲まげ運動うんどうによって行おこなわれる。ポドウイルスは、ミオウイルスのような細長ほそながい尾お鞘さやを持もたないので、代かわりに、小ちいさな歯はのような尾お部ぶ繊維せんいを酵素こうそ的てきに使つかって、細胞さいぼう膜まくの一部いちぶを分解ぶんかいしてから遺伝いでん物質ぶっしつを注入ちゅうにゅうする。

タンパク質たんぱくしつと核酸かくさんの合成ごうせい

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数すう分ふん以内いないに、細菌さいきんのリボソームがウイルスのmRNAをタンパク質たんぱくしつに翻訳ほんやくし始はじめる。RNAベースのファージの場合ばあい、RNA複製ふくせい酵素こうそはプロセスの初期しょきに合成ごうせいされる。タンパク質たんぱくしつは、細菌さいきんのRNAポリメラーゼを修飾しゅうしょくするので、ウイルスのmRNAを優先ゆうせん的てきに転写てんしゃする。宿主しゅくしゅのタンパク質たんぱくしつと核酸かくさんの正常せいじょうな合成ごうせいは阻害そがいされ、代かわりにウイルス産物さんぶつの産さん生せいを余儀よぎなくされる。これらの産物さんぶつは、細胞さいぼう内ないの新あたらしいウイルスの一部いちぶとなり、新あたらしいウイルスの組くみ立たてに寄与きよするヘルパータンパク質たんぱくしつ、または細胞さいぼう溶解ようかいに関与かんよするタンパク質たんぱくしつとなる。Walter Fiers（ベルギー、ゲント大学だいがく）は、1972年ねん、遺伝子いでんしの完全かんぜんなヌクレオチド配列はいれつを初はじめて確立かくりつし、1976年ねんにはバクテリオファージMS2のウイルスゲノムを確立かくりつした[47]。いくつかのdsDNAバクテリオファージはリボソームタンパク質しつをコードしており、ファージ感染かんせん時じにタンパク質たんぱくしつの翻訳ほんやくを調節ちょうせつしていると考かんがえられている[48]。

ウイルス組くみ立たて

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T4ファージの場合ばあい、新あたらしいウイルス粒子りゅうしの組くみ立たてには、ファージの形態けいたい形成けいせい中なかに触媒しょくばい的てきに作用さようするヘルパータンパク質たんぱくしつの助たすけが必要ひつようである[49]。最初さいしょに基盤きばんが組くみ立たてられ、その後ご、尾お部ぶがその上うえに構築こうちくされる。別々べつべつに組くみ立たてられた頭部とうぶカプシドは、自発じはつ的てきに尾お部ぶと一緒いっしょに組くみ立たてられる。ファージT4ビリオンの組くみ立たての際さいには、ファージ遺伝子いでんしがコードする形態けいたい形成けいせいタンパク質たんぱくしつが特徴とくちょう的てきな配列はいれつで相互そうご作用さようする。ウイルス感染かんせん時じに産さん生むされるこれらのタンパク質たんぱくしつのそれぞれの量りょうを適切てきせつなバランスで維持いじすることが、正常せいじょうなファージT4の形態けいたい形成けいせいに重要じゅうようであると考かんがえられている[50]。DNAは頭部とうぶ内ないに効率こうりつ的てきに充填じゅうてんされる。全体ぜんたいのプロセスは約やく15分ふんで終了しゅうりょうする。

ウイルスの放出ほうしゅつ

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ファージは、細胞さいぼう溶解ようかい、押おし出だし、または場合ばあいによっては、出芽しゅつがによって放出ほうしゅつされる。尾おを持もったファージによる細胞さいぼう溶解ようかいは、エンドライシン（英語えいご版ばん）と呼よばれる酵素こうそによって行おこなわれ、細胞さいぼう壁かべペプチドグリカンを攻撃こうげきして破壊はかいする。まったく異ことなるタイプのファージである繊維状せんいじょうファージは、宿主しゅくしゅ細胞さいぼうに新あたらしいウイルス粒子りゅうしを継続けいぞく的てきに分泌ぶんぴつさせる。放出ほうしゅつされたウイルスは遊離ゆうりしたものとして説明せつめいされており、欠陥けっかんがない限かぎりは、新あたらしい細菌さいきんに感染かんせんする可能かのう性せいがある。出芽しゅつがは、特定とくていのマイコプラズマ（Mycoplasma）ファージと関連かんれんしている。ウイルス放出ほうしゅつとは対照たいしょう的てきに、溶原サイクルを示しめすファージは、宿主しゅくしゅを殺ころすのではなく、むしろプロファージとして長期ちょうき滞在たいざい者しゃとなる。

コミュニケーション

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2017年ねんの研究けんきゅうでは、バクテリオファージΦふぁい3Tが短みじかいウイルス性せいタンパク質たんぱくしつを作つくり、宿主しゅくしゅ細菌さいきんを殺ころす代かわりに休眠きゅうみん状態じょうたいにある他ほかのバクテリオファージにシグナルを送おくることが明あきらかになった。アービトリウム（英語えいご版ばん）は、このタンパク質たんぱくしつを発見はっけんした研究けんきゅう者しゃがつけた名前なまえである[51][52]。

ゲノム構造こうぞう

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環境かんきょう中ちゅうに数すう百ひゃく万まん種類しゅるいのファージが存在そんざいすることから、ファージのゲノムはさまざまな形かたちと大おおきさを持もっていると考かんがえられる。MS2のようなRNAファージは、わずか数すう1,000塩基えんきの最小さいしょうのゲノムを持もっている。しかし、T4のようなDNAファージの中なかには、数すう100個この遺伝子いでんしを持もつ大おおきなゲノムを持もつものもあり、カプシドの大おおきさや形状けいじょうは、ゲノムの大おおきさとともに変化へんかする[53]。最大さいだいのバクテリオファージのゲノムは735 kbの大おおきさにもなる[54]。

バクテリオファージのゲノムは、高度こうどにモザイク化かされていることがある。すなわち、多おおくのファージ種しゅのゲノムは、多数たすうの個別こべつのモジュールで構成こうせいされているように見みえる。これらのモジュールは、異ことなる配列はいれつで他たのファージ種しゅに見みられることがある。マイコバクテリオファージ（英語えいご版ばん）や、マイコバクテリア宿主しゅくしゅを持もつバクテリオファージは、このモザイク性せいの優すぐれた例れいを提供ていきょうしてきた。これらのマイコバクテリオファージでは、遺伝子いでんしの品しなぞろえは、部位ぶい特異とくい的てき組ぐみ換かえ（英語えいご版ばん）（一定いっていの配列はいれつ相しょう同性どうせいを持もったセグメント間あいだでのDNA鎖くさり交換こうかん）および非ひ正統せいとう的てき組ぐみ換かえ（英語えいご版ばん）（細菌さいきん宿主しゅくしゅの遺伝子いでんし配列はいれつのファージゲノム獲得かくとくの結果けっか）を繰くり返かえした結果けっかである可能かのう性せいがある[55]。細菌さいきんウイルスのゲノムを形成けいせいする進化しんかの機構きこうは、ファミリー間あいだで異ことなり、核酸かくさんの種類しゅるい、ウイルス構造こうぞうの特徴とくちょう、ウイルスのライフサイクルのモードに依存いぞんしている[56]。

システム生物せいぶつ学がく

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ファージはしばしば宿主しゅくしゅに劇的げきてきな影響えいきょうをおよぼす。その結果けっかとして、感染かんせんした細菌さいきんの転写てんしゃパターンが大おおきく変化へんかすることがある。例たとえば、溶原性せいファージPaP3による緑みどり膿うみ菌きん（Pseudomonas aeruginosa）の感染かんせんは、その宿主しゅくしゅの遺伝子いでんしの38% (2160/5633) の発現はつげんを変化へんかさせた。これらの効果こうかの多おおくはおそらく間接かんせつ的てきなものであるため、細菌さいきんとファージの間あいだの直接的ちょくせつてきな相互そうご作用さようを特定とくていすることが課題かだいとなっている[57]。

ファージとその宿主しゅくしゅの間あいだのタンパク質たんぱくしつ間あいだ相互そうご作用さようをマッピングするために、いくつかの試こころみがなされてきた。例たとえば、バクテリオファージラムダは、31種しゅの相互そうご作用さようによって、その宿主しゅくしゅである大腸菌だいちょうきん（E. coli）と相互そうご作用さようすることがわかった。しかし、大だい規模きぼな研究けんきゅうでは62種しゅの相互そうご作用さようが明あきらかになり、そのほとんどが新あたらしかった。繰くり返かえしになるが、これらの相互そうご作用さようの多おおくの重要じゅうよう性せいは明あきらかになっておらず、これらの研究けんきゅうは、いくつかの重要じゅうような相互そうご作用さようと、その役割やくわりが明あきらかにされていない多おおくの間接かんせつ的てきな相互そうご作用さようが存在そんざいする可能かのう性せいがあることを示唆しさしている[58]。

環境かんきょう中ちゅう

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詳細しょうさいは「en:Marine bacteriophage」を参照さんしょう

メタゲノミクスにより、以前いぜんは不可能ふかのうだったバクテリオファージの水中すいちゅうでの検出けんしゅつを可能かのうにした[59]。

また、バクテリオファージは、河川かせん水系すいけい、特とくに地表ちひょう水すいと地下水ちかすいの相互そうご作用さようが発生はっせいする場所ばしょでの水みず文学ぶんがく的てきトレースやモデリングにも使用しようされている。ファージの使用しようは、地下水ちかすいを通過つうかする際さいの吸収きゅうしゅうが著いちじるしく少すくなく、非常ひじょうに低ひくい濃度のうどで容易よういに検出けんしゅつできるため、従来じゅうらいの染料せんりょうマーカーよりも好このまれている[60]。汚染おせんされていない水みずには、1 mlあたり約やく2×108個このバクテリオファージが含ふくまれている可能かのう性せいがある[61]。

バクテリオファージは、主おもに形質けいしつ導入どうにゅうを介かいしてだけでなく、形質けいしつ転換てんかんを介かいして、自然しぜん環境かんきょうにおける遺伝子いでんしの水平すいへい伝播でんぱに広ひろく寄与きよしていると考かんがえられている[62]。メタゲノミクスに基もとづく研究けんきゅうはまた、さまざまな環境かんきょうからのウイルス叢くさむら(virome）が、多た剤ざい耐たい性せいをもたらす可能かのう性せいのある遺伝子いでんしを含ふくめ、抗生こうせい物質ぶっしつ耐たい性せい遺伝子いでんしを保有ほゆうしていることを明あきらかにした[63]。

モデルバクテリオファージ

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次つぎのバクテリオファージが広範囲こうはんいに研究けんきゅうされている。

参照さんしょう項目こうもく

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脚注きゃくちゅう

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