M13噬菌体
M13噬菌体（M13 Bacteriophage）是一种感染大肠杆菌（E. coli）的丝状噬菌体（Filamentous phage），属于 Ff 噬菌体家族。与大家熟知的长着“大头和腿”的 T4 噬菌体不同，M13 外形细长如线，包含一个单链环状 DNA（ssDNA）基因组。M13 最独特的生物学特征是其非裂解性（Non-lytic）生命周期：它在宿主菌内复制并释放子代噬菌体时，不会导致细菌破裂死亡，而是通过细胞膜分泌出来，仅仅减缓细菌的生长速度。这一特性，加上其衣壳蛋白（特别是 pIII）极易进行基因工程改造，使其成为噬菌体展示技术的核心载体，也是分子生物学中制备单链 DNA 和构建纳米材料的重要工具。
精密的蛋白外壳：展示技术的“挂钩”
M13 的结构非常简单，由约 2700 个拷贝的主要衣壳蛋白包裹着内部的 ssDNA，两端则由次要衣壳蛋白封口。正是这些蛋白的特性，决定了其在基因工程中的用途：
| 蛋白名称 | 拷贝数/颗粒 | 功能与应用 |
|---|---|---|
| pIII (g3p) | 3 - 5 个 | 最重要。位于头部，负责结合细菌 F 菌毛。常用于融合展示单链抗体 (scFv)，筛选特异性。 |
| pVIII (g8p) | ~2700 个 | 主要外壳蛋白。用于多价展示短肽（Landscape display），可提高结合的亲合力（Avidity）。 |
| pVI, pVII, pIX | 各 ~5 个 | 位于两端，主要参与组装，近期也被开发用于双特异性展示。 |
独特的“寄生”模式：不杀菌的秘密
为什么不裂解很重要？ 在噬菌体展示中，我们需要细菌持续不断地生产并分泌带有抗体的噬菌体，以便收集上清液进行筛选。如果细菌裂解死亡，生产线就会中断，且裂解液中的杂质会干扰筛选。
- 感染 (Infection)： pIII 蛋白识别大肠杆菌表面的 F 性菌毛 (F pilus)，DNA 注入胞内。
- 复制 (Replication)： 单链 DNA (ssDNA) 转变为双链复制型 (RF DNA)，类似质粒进行滚环复制。
- 组装与分泌 (Assembly & Secretion)： 新合成的 ssDNA 在穿过细胞膜时，被 pVIII 等蛋白包裹，像“挤牙膏”一样从细菌表面挤出，细菌保持存活。
M13 vs. T4/T7：噬菌体家族对比
| 特性 | M13 噬菌体 | T4 / T7 噬菌体 |
|---|---|---|
| 外形 | 丝状 (Filamentous) | 蝌蚪状 (Head-Tail) |
| 生命周期 | 非裂解 (分泌型) | 裂解 (Lytic) |
| DNA类型 | 单链 (ssDNA) | 双链 (dsDNA) |
| 核心用途 | 抗体筛选 (Display) | 蛋白表达 (T7), 杀菌 |
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Marvin DA, et al. (2014). The structure of the filamentous bacteriophage Ff (M13). Virus Research.
[点评]：详细解析了 M13 的三维结构，解释了其衣壳蛋白如何像鱼鳞一样紧密包裹 DNA。
[2] Smith GP. (1985). Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science.
[点评]：诺贝尔奖奠基之作，证明了可以将外源肽段融合在 M13 的 pIII 蛋白上而不影响噬菌体侵染力。
[3] Messing J. (1983). New M13 vectors for cloning. Methods in Enzymology.
[点评]：开发了 M13mp 系列载体，使得制备用于 Sanger 测序的纯单链 DNA 成为可能，推动了早期基因组学发展。