ファージ（）は、細菌や古細菌に感染して複製するウイルスで、正式にはバクテリオファージ（）と呼ばれる。ファージの基本構造は、タンパク質の外殻と遺伝情報を担う核酸 (主に二本鎖DNA) からなる。ファージが感染した細菌は細胞膜を破壊される溶菌という現象を起こし、死細胞を残さない。細菌が食べ尽くされるかのように死滅するため、これにちなんで「細菌（bacteria）を食べるもの（ギリシア語:phagos）」を表す「バクテリオファージ(bacteriophage)」という名がつけられた。

 概要 

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したタンパク質で構成され、単純なものから精巧なものまである。それらのゲノムは、わずか4つの遺伝子（例：MS2）から数100の遺伝子までをコードしている。ファージは、細菌の細胞質にゲノムを注入した後、細菌内で複製する。

バクテリオファージは、生物圏で最も一般的で多様な存在である。バクテリオファージは汎存ウイルスであり、細菌が存在する場所ならどこにでも存在する。地球上には、バクテリオファージが1031個以上存在すると推定されており、これは細菌を含む地球上の他のすべての生物を合わせた数よりも多くなっている。ウイルスは、世界の海の水柱（水面から底質への水の概念的な柱）に最も豊富な生物学的実体であり、原核生物に次いで2番目に大きなバイオマス構成要素であり、表面ので1ミリリットル当たり9x108個のウイルスが検出され、の最大70%がファージに感染している可能性がある。

バクテリオファージは、20世紀初頭に、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に発見され、カナダの生物学者フェリックス・デレーユによって溶菌作用が見出された。初期の分子生物学においてモデル生物として盛んに用いられた。またファージのゲノムは改変され、遺伝子導入やDNA断片のライブラリ作成などにも用いられている。有名なファージの一つにはラムダファージ（λファージ）があり、大腸菌に感染する。全ゲノムの解読はラムダファージで行われた（ゲノムプロジェクト）。また、ウイルス粒子が非常に複雑な形態のT4ファージもよく知られている。

20世紀後半から、旧ソビエト連邦、中央ヨーロッパ、およびフランスで抗生物質の代替品として使用されてきた。ファージは、多くの細菌の多剤耐性株に対する治療法として考えられている（ファージセラピーを参照）。一方、イノウイルス科（Inoviridae）のファージは、肺炎や嚢胞性線維症に関与するバイオフィルムを複雑化して、病気を根絶するための薬剤から細菌を保護し、持続的感染を促進することが示されている。

 構造 

バクテリオファージには多くの種類が知られており、その大きさは25〜200nm程度である。形状も様々な種類が知られており、多くの種は正二十面体様のカプシドを頭部としてそこから尾が伸びている。中には真核生物に感染するウイルスのように、単純に頭の部分のみを持つ種もある。ファージの尾部は細菌の細胞外に発達した莢膜や、ペプチドグリカンから成る細胞壁を突破して、細菌の細胞内にファージの核酸を送り込む機能を持つ。例えばT4ファージの尾の先端にある基盤を構成する蛋白質にはリゾチームとして機能する部分があり、これがペプチドグリカンを加水分解して細菌の細胞壁に穴を開ける。ファージの尾は、細菌細胞に核酸を送り込む時に収縮する長い尾、柔軟に屈曲するが収縮はしない長い尾、収縮しない短い尾の3種類がある。例えばT4ファージは長くて収縮するタイプ、ラムダファージは長くて屈曲するタイプの尾を持っている。

 分類 

バクテリオファージは生物圏に豊富に存在し、それぞれゲノムやライフスタイルが異なる。ファージは、国際ウイルス分類委員会（ICTV）により、形態学と核酸により分類されている。

 原核生物（細菌および古細菌）ウイルスのICTV分類目 科 形態 核酸 例 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, T5, HK97, N15 Podoviridae Nonenveloped, noncontractile tail (short) Linear dsDNA T7, T3, Φ29, 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 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 Φ6 Petitvirales Microviridae Nonenveloped, isometric Circular ssDNA ΦX174 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 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（Picobirnaviridae）のメンバーは細菌に感染するが、哺乳類には感染しないことが示唆されている。

もう一つの提案されているファミリーは、Autolykiviridae（dsDNA）である。

 歴史 

1896年、イギリスの細菌学者は、インドのガンジス川とヤムナー川の水に含まれる何かがコレラに対して顕著な抗菌作用を示し、それは非常に細かい磁器フィルターを通過できることを報告した。1915年、ロンドンのブラウン研究所の監督であるイギリスの細菌学者は、細菌に感染して死滅させる小さな病原体を発見した。彼は、その病原体は次のいずれかに違いないと考えた。
 細菌のライフサイクルの段階、
 細菌自身が産生する酵素、または、
 細菌に寄生して破壊するウイルス。

トウォートの研究は、第一次世界大戦の勃発、資金不足、抗生物質の発見によって中断された。

独立して、パリのパスツール研究所で働いていたフランス系カナダ人の微生物学者フェリックス・デレーユは、1917年9月3日に「赤痢菌に拮抗する目に見えない微生物」を発見したと発表した。デレーユにとって、彼の発見の本質については疑問の余地はなかった。「一瞬にして私が理解した。（寒天培地上の）透明なゾーンの原因は、実際には目に見えない微生物...細菌に寄生するウイルスだった。」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んだ。（ギリシャ語のphageinから「むさぼり食う」という意味）。彼はまた、赤痢に苦しんでいた男性がバクテリオファージによって健康を取り戻したという劇的な記録も残している。バクテリオファージについての多くの研究を行い、ファージセラピーの概念を導入したのはデレーユであった。

半世紀以上後の1969年、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、ウイルスの複製とその遺伝子の発見によりノーベル生理学・医学賞を受賞した。

 応用 

 ファージセラピー 

ファージは、抗菌剤であることが発見され、1920年代から1930年代にかけて、旧ソビエト連邦内の共和国ジョージアで、細菌感染症を治療するために使用された（ジョージアの細菌学者ギオルギ・エリアバが、バクテリオファージの共同発見者であるフェリックス・デレーユの助けを借り、開拓した）。それらは赤軍の兵士の治療を含めて、広く使用された。しかし、いくつかの理由から欧米諸国での一般的な使用は放棄された。

 抗生物質が発見されて広く販売された。それらは、製造、保管、および処方が容易であった。
 ファージの医学的試験が行われたが、基本的な理解不足から、これらの試験の妥当性に疑問が生じた。
 ソビエト連邦での研究の出版は主にロシア語かジョージア語で行われ、長い間、国際的には追随されていなかった。
冷戦終結後、ファージの使用は、ロシア、ジョージア、中央および東ヨーロッパの他の場所で継続されている。最初の制御、無作為化、二重盲検臨床試験は、2009年6月にJournal of Wound Care誌に報告され、ヒト患者の下肢の感染性静脈潰瘍を治療するためのバクテリオファージカクテルについて安全性と有効性を評価した。アメリカ食品医薬品局（FDA）はこの試験を第I相臨床試験として承認した。同試験の結果、バクテリオファージの治療応用の安全性を示したが、有効性は示されなかった。著者らは、標準的な創傷治療の一部である特定の化学物質（ラクトフェリンや銀など）の使用が、バクテリオファージの生存を阻害した可能性があると説明した。その後まもなく、西ヨーロッパで別の対照臨床試験（緑膿菌によって引き起こされた耳感染症の治療）が、2009年8月のジャーナルClinical Otolaryngologyで報告された。この研究では、バクテリオファージ製剤はヒトの慢性耳感染症の治療に安全で効果的であると結論づけている。さらに、感染した火傷や創傷、嚢胞性線維症に伴う肺感染症など、さまざまな疾患に対するバクテリオファージの有効性を評価する動物実験やその他の実験的臨床試験が数多く行われてきた。

一方、バクテリオファージの研究者は、抗生物質耐性を克服するための遺伝子改変ウイルスの開発や、バイオフィルムマトリクスを分解する酵素をコードするファージ遺伝子、ファージの構造タンパク質、細菌の細胞壁を溶解する酵素などの遺伝子改変を行ってきた。小型で短尾型のT4ファージは、人体における大腸菌の検出に有用であることを示す結果が出ている。

多剤耐性アシネトバクター・バウマニ（MDR A. baumannii）の鼻腔感染モデルマウスを用いて、ファージカクテルの治療効果を評価した。ファージカクテルで治療したマウスは、感染後7日目に未治療マウスに比べて2.3倍の高い生存率を示した。2017年、MDR A. baumanniiによって膵臓に障害を受けた患者は、複数の抗生物質を投与されたにもかかわらず、患者の健康状態は4ヶ月の間に悪化し続けた。効果的な抗生物質がないため、患者はMDR A. baumanniiに対して有効であることが実証されている9種類のファージを含むファージカクテルを用いたファージ療法を受けた。この治療を受けると、患者の下降していた臨床経過は一転し、健康な状態に戻った。

デレーユは「バクテリオファージは、下水道、パイプからの廃棄物が流入する川、回復期の患者の便の中など、バクテリアが繁殖する場所ならどこにでもあることをすぐに知った」。これには、インドのガンジス川など、伝統的に治癒力があると考えられてきた川も含まれている。