注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

日志

 
 
关于我

这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

网易考拉推荐

(14)细菌遗传物质的现代研究  

2013-05-31 07:57:09|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

14)细菌遗传物质的现代研究

 

  细菌的染色体

 

(一)细菌染色体的结构

 

在电镜下观察,细菌细胞中不存在真正的核,DNA被局限在细胞的中心部位,它被细胞的其他部分所包围。与真核细胞相比,这个局限细菌DNA的区域常常被称为细菌的“核”;而细胞的其余部分常常被称为细菌的“细胞质”。在这种核与细胞质之间,不存在使二者隔离的膜,即细菌没有核膜。而细菌的DNA,尽管并没有象真核细胞的DNA那样与蛋白质结合,也常常被称为细菌的“染色体”,其分子量大约是16×109道尔顿。在这种染色体上,排列着细菌遗传的全部或大部分基因,它是细菌赖以生存的基本遗传物质。细菌的染色体实际上是一个环状双链DNA分子,在很多时候是以超螺旋状态存在。

 

早在1957年,韦尔曼(E.L.Wollman)和雅各布(F.Jacob)进行大肠杆菌遗传重组的一系列实验时,就发现其基因传递序列表现出完全相同的次序,即无论传递的起点如何,任何一对相邻的基因在所有传递中都是相邻的,尽管有时传递的方向可能不同。因此,韦尔曼和雅各布大胆地提出了一项推论:大肠杆菌的染色体是圆圈形的。这一推论,后来由凯恩斯(J.Cairns)所证实。

凯恩斯把大肠杆菌培养在含有3H-胸腺嘧啶的培养液中。大约经将近两次细胞分裂的时间,用溶菌酶将细胞壁部分消化而使细菌裂解,让裂解产物在一张半透性膜上慢慢沉降。然后把这张膜放在一片显微镜载片上,罩上一张照相底片,放在黑暗处,“曝光”大约两个月的时间。终了,把底片显影。在显微镜下观察所得的自放射照相,显示出一些黑色的照相乳胶颗粒,这是由细菌DNA的胸腺嘧啶残基中放射性3H原子的电子放射所致。这张显微相片显示出大肠杆菌的染色体完好无损地释放出来,并且是一个封闭的圆圈结构。

 

(二)细菌染色体的复制

 

细菌染色体DNA的复制是按照半保留复制方式进行的,这种复制模式被Mesclson和斯塔尔(Stahl)的实验所证实。由于细菌染色体是环状结构,从一个起点开始复制,可以产生二个复制叉。通过同位素标记和放射自显影观察,复制结束的位置与复制开始的位置,处在环上大致相对的两处,这表明复制是在二个复制叉上双向进行的。噬菌体转导实验也证明了大肠杆菌染色体的复制是双向的。两条新DNA链的合成,起初都是“不连续”的DNA片段,后来再由DNA连接酶连接在一起,形成一个较大的DNA分子。

 

(三)细菌染色体在遗传工程中的作用

 

细菌是有代表性的原核生物,一直方便而广泛地用于遗传学研究,在遗传工程中,常常被用作目的基因的受体。因为细菌只有一组染色体,是单倍体生物。单倍体生物遗传物质改变可以导致表现型立即改变。而二倍体生物遗传物质的改变则可能在表现型上不表现或表现很少的变化,因为一个染色体组中的成对染色体之一发生突变,可能产生隐性基因,它会由于相应的未突变染色体上显性基因的存在而被掩盖。

细菌被广泛应用,还因为它具有以下优点:

 

①比较容易培养,生长条件便于控制;

②生长周期短,繁殖快,短期内能获得大量细胞;

③代谢类型多,代谢能力强,能迅速积累大量代谢产物。

 

所以用细菌作遗传工程中的受体,无论在理论上还是在实践上,都具有得天独厚的优越条件。大家所熟悉的胰岛素、干扰素等许多遗传工程产品,都是将外源基因转移至大肠杆菌,再经发酵生产得到的。

 

细菌也可作为某些特定基因的供体。在自然情况下,某些特殊基因只存在于细菌中,如果将这些基因通过遗传工程手段转移至动植物体内,则可使这些动植物获得新的特性。比如世界著名的生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌(Bacillus thringensis),含有一种编码杀虫晶体蛋白的基因。美国威斯康辛大学和Agrecetus公司的科学家将这种基因转移至云杉细胞中,再经诱变、育种、栽培,已成功地获得能自我杀灭害虫、无须喷洒杀虫剂的世界上第一株杀虫转基因云杉。

 

  质粒

 

早在20世纪40年代,美国女科学家麦克林托克在研究玉米的遗传规律时发现,玉米的某些性状的改变是和一些基因在染色体上的位置变动有关的。进一步的研究还发现,这些基因可以从染色体的一个位置“跳到”另一个位置,从一条染色体“跳到”另一个染色体。于是她便提出了“可移动的遗传因子”的概念。直到70年代以后,随着分子遗传学的发展,科学家们证实了“可移动的遗传因子”确是存在的,而且还发现这些因子并不罕见。它们还对有关的生物产生一定的影响。于是,有人便给这些遗传因子起了一个正式的名字——转座子,麦克林托克也因为她在这方面的开创性工作而获得了1983年的诺贝尔奖。

 

转座子中包含一些基因,这些基因可以使转座子从原来的DNA链位置上断裂开来,然后再插入到另外的DNA链位置上。当插入到一个新的位置后,转座子对附近基因的功能会造成一定的影响,在离开该位置时,它又有可能把一些附近的基因也一起带走。转座子的这种行为有点“唯我独尊”,是基因的自私性的一种表现。但无疑,转座子对基因组的进化是有很大作用的。还有一种转座子的自私性就更厉害了。这种转座子本身并不离开原来的位置,而是先转录出RNA,再由RNA反转录成DNA,然后插入到基因组的其他位置上。反复进行这一过程,就会使这种转座子在基因组中的拷贝数不断增加。由于这种转座子的特殊性,因此又把它们称为逆转座子。

 

细菌细胞中的遗传物质,除了染色体DNA以外,还有染色体外DNA——质粒。质粒(Plasmid)原指一切染色体外的遗传因子,但现在习惯上专指存在于细菌等微生物细胞中的染色体外遗传因子。质粒是能自主复制的染色体以外的双股环状DNA, 携有遗传信息, 控制非细菌存活所必须的某些特定性状。细菌的质粒具有自我复制、传给子代、可几个质粒共存于一个菌体、可自然丢失, 以及可通过结合或转化转移至受体菌等特性。

 

(一)质粒的大小和数量

 

质粒的分子量比染色体DNA小得多,一般在1100×106道尔顿,约为细菌染色体DNA0.5%~3%。质粒在细胞中的数目很不相同,有的只有一个,有的则可以有几个甚至十几个拷贝。而且,质粒的分子量愈小,数目却愈多。

 

(二)质粒的结构

 

质粒DNA在细菌细胞中是双链环状形式的分子,以共价闭合(超螺旋)和开放两种状态存在。但是,质粒DNA的什么部分在细胞中保持共价闭合环状分子形式和什么部分保持着开放环状分子形式,这个问题仍在研究中。在严格标准化条件下分离质粒DNA,各种分子的含量有很大变化。所以,在个别的一些质粒中,闭合DNA分子的量显得相当少,可能是由于质粒DNA分离程序本身使其结构破坏的结果。质粒DNA环状结构,对维持质粒复制或者对其接合传递是重要的。

 

(三)质粒的表型效应

 

质粒编码的基因,可以影响宿主细胞的表型特征。如:F因子(致育性质粒)可使细胞产生性繖毛,或叫F繖毛,细菌可通过性繖毛进行接合,专性噬菌体也可以通过性繖毛感染细菌。Col因子(产细菌素质粒)可以使细菌产生蛋白质类的细菌素,这些细菌素可以杀死与产生菌同类的细菌。R因子(抗药性质粒)可使细菌对几种抗菌素或其他药物呈现抗药性。带有T1因子的农杆菌,可使它感染的植物茎部产生瘤状突起。除了这些质粒以外,还有许多其他质粒,也可以依其表型效应而称为某某质粒或某某因子。当然,也有一些质粒不显示任何表型效应,它们被称为隐秘质粒。所谓隐秘,无非是没有发现而已,并不能肯定它没有任何表型效应。同样,已发现某种质粒具有某种表型效应,并不排斥它还会有其他表型效应。但质粒的存在与否,并不影响细菌在正常条件下的生存。

 

(四)质粒的复制

 

质粒通常编码若干个基因。它们可以自主地存在于细胞质中,独立复制,稳定遗传;也可重组到细菌染色体上,与染色体DNA同步复制,这种质粒又称附加体。

 

(1)    质粒复制的类型

 

质粒在细胞内的复制是受到一定控制的,按其所受控制的程度可分为两类:严紧型和松弛型。严紧型质粒的复制受到严格的控制,每个细胞中的数量只有12个,它们似乎与染色体的复制受相同因素的控制,在一定的细胞周期内复制;染色体不复制时,质粒也不复制,如F因子。松弛型质粒的复制不受严格的控制,在整个细胞生长周期中可以随时复制。当用药物抑制了染色体的复制后,它们可以照样复制,显示出与染色体复制受不同因素的控制,因此它们在细胞中可以有较多的数量,一般可达10余个甚至更多,如ColE1质粒。质粒复制控制的类型,有时是和它存在的细胞有关,如某些R质粒在大肠杆菌中复制是严紧型,而在变形杆菌中则是松弛型。

 

(2)    质粒的消除

 

质粒能够自发地消失。细胞分裂周期中,质粒的复制有时会落后于染色体的复制,此时会出现不带质粒的子细胞,这就是质粒的消除。质粒也可以通过化学药剂或高温等手段处理细胞而消除或被抑制,但质粒DNA并没有被破坏。没有质粒的细菌,可以通过接合、转化或转导等从具有质粒的细菌中获得质粒,但不能自发地产生质粒。

 

(五)质粒的转移性

 

按照转移性,质粒可分为转移型和非转移型两大类。转移型质粒可以从一个细胞转移至另一个细胞。它们可以不依赖染色体独立地进行转移,也可以携带染色体DNA的片段一起转移,还可以带动自身不能转移的小质粒进行转移。这类质粒的分子量一般比较大,如F质粒,分子量为62×106道尔顿。非转移型质粒分子量一般比较小,如ColE1质粒,只有4.2×106道尔顿。

 

(六)质粒的不相容性

 

不相容性是指成对的亲缘关系密切的质粒不能稳定地保持在一起;如果两种质粒同处在一个细胞中,一种质粒可以抑制另一种质粒的复制和表型效应。如R因子和F因子同处在一个细胞中时,F因子的许多表型效应遭到抑制。具有不相容性的质粒属于同一不相容群或不亲和群。这一特性已用来作为质粒分类的基础。

不相容群和质粒赋予宿主细胞的表型效应无关。表型效应不同的细菌质粒可以属于同一不相容群,表型效应相同的质粒不一定属于同一不相容群。不相容性主要为质粒DNA本身所决定。属于不同的不相容群的质粒,可以稳定地共存于同一。

 

(七)医学上重要的质粒有:

   

1. F质粒(因子)(fertility plasmid): 编码细菌性菌毛, F 质粒的细菌为雄性菌, 没有的为雌性菌(决定细菌致育性);

 

2. Vi质粒(virulence plasmid): 编码细菌毒力如粘附菌毛;

 

3. Col质粒(colicinogenic plasmid): 大肠杆菌及其他革兰阴性杆菌含有, 可产生细菌素;

 

4. R质粒(resistence plasmid): 带有耐药基因, 可控制细菌产生灭活药物的酶,或降低细胞膜对药物的通透性。有的R质粒为接合性质粒, 可凭借自身转移功能(性菌毛), 在细菌间播散。

 

5. 青霉素酶质粒: 见于革兰阳性耐药性的葡萄球菌中, 属于非传递性质粒, 主要通过噬菌体携带此质粒转导进入敏感的细菌中进行散播。

质粒的命名, 以小写字母p表示质粒, 后接两个大写英文字母表示发现该质粒的实验室或作者, 其后的数字表示质粒的编号。如pBR322即是一个人工建成的带有氨苄青霉素和四环素耐药性基因的重组质粒。

 

质粒(Plasmid)绝大多数菌含有,它能与体细胞染色体基因组合。它是菌体染色体外有遗传性和可变异物质。能随体细胞染色体复制而复制,并不裂体细胞,并可遗传给予子代。也可脱离下来独立复制增殖一定数量细菌保持菌间数量平衡。质粒进入体细胞也将其活性代入了体细胞。一般以共价键闭环双股DNA分子组合,这在结构上决定了它能与体细胞基因组合的特性,被酶切割后便与体细胞染色体组合,菌种多质粒亦多,因而除同卵双胎外极少有相同的子代,人类10万条基因库能否包罗还是个疑问。质粒有为适应选择压力而变异的特性,如在药物生境下产生的耐药性因子等。

 

  转座子

 

DNA的转座,或称移位(transposition),是由可移位因子(transposable element)介导的遗传物质重排现象。已经发现"转座"这一命名并不十分准确,因为在转座过程中,可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上,在新位点上出现的仅仅是拷贝。因此,转座有别于同源重组,它依赖于DNA的复制。

 

(一)转座子的分类和结构特征

 

a.      简单转座子

     

转座子(transposonTn)是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。

     最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列(insertion sequenceIS),它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。一个细菌细胞常带有少于10IS序列。转座子常常被定位到特定的基因中,造成该基因突变。IS序列都是可以独立存在的单元,带有介导自身移动的蛋白。

 

b.      复合式转座子(composite transposon

 

是一类带有某些抗药性基因(或其他宿主基因)的转座子,其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列,表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。一旦形成复合转座子,IS序列就不能再单独移动,因为它们的功能被修饰了,只能作为复合体移动

 

(二)转座作用的机制

    

 转座时发生的插入作用有一个普遍的特征,那就是受体分子中有一段很短的(3-12bp)、被称为靶序列的DNA会被复制,使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同,但对于一个特定的转座子来说,它所复制的靶序列长度都是一样的,如IS1两翼总有9个碱基对的靶序列,而Tn3两端总有5bp的靶序列。

 

转座可被分为复制性和非复制性两大类。在复制性转座中,所移动和转位的是原转座子的拷贝。转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA类转座主要是这种形式。在非复制性转座中,原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位,IS序列、MuTn5等都以这种方式进行转座。

 

(三)转座作用的遗传学效应

 

转座引起插入突变;

转座产生新的基因;

转座产生的染色体畸变;

转座引起的生物进化.

 

有机体中天然的跳跃基因数目多少不同,比如酵母,在它的基因组里只有十几个跳跃基因,哺乳动物却包含成百上千个跳跃基因片断,这使得分辨它们在什么地方、什么时候,甚至于是否有过跳跃过程变得很困难。

 

人类基因组的 70% 含有自然转座子的 DNA,可能降低基因产生的 RNA量,并可能改变基因信号和其中制造蛋白的区域。转座子的存在如果对细胞或人没有伤害,将会代代相传;否则会在基因组中逐渐消失。

 

 

  评论这张
 
阅读(80)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017