How big is 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。

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。

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。

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.