微生物遺傳

很多細菌能產生能抑製或殺死近緣。甚至同種不同株的細菌的因子（細菌蛋白） ，被稱為細菌素，以和抗生素相區別。抗生素一般具有較廣的抗菌譜。此外，抗生素一般是微生物的次級代謝產物（通過代謝過程而產生） ，而細菌素一般是直接通過核糖體直接合成的多肽類物質。編碼細菌素的結構基因及涉及細菌素運輸及發揮作用（processing）的蛋白質、  及賦予宿主對該細菌素具有“免疫力”的相關產物的基因一般都位於質粒或轉座子上，因此，細菌素可以殺死同種但不攜帶該質粒的菌株。細菌素一般根據產生菌的種類進行命名，例如大腸杆菌（E.  coli）產生的細菌素為 colicins（大腸杆菌素） ，而質粒被稱為 Col 質粒。  而枯草芽孢杆菌  （B. subtilis）  產生的細菌素被命名為 subtilisin （枯草杆菌素） 。等等。

 

細菌素首先發現於大腸杆菌中，有多種 col質粒和產生多種 colicins，其發揮作用的原理各不相同。例如，有的  colicins 從產生菌中釋放後，結合到敏感菌細胞膜特定的受體上，而該受體一般是負責一些重要物質，如一些生長因子的運輸的；而另外，有些colicins 則阻止一些重要的細胞功能的進行。還有一些 colicins 則在細胞膜上形成通道，造成鉀離子和質子的外泄，使細胞失去能化膜而不能產生能量。Colicin E2是一種DNA 內切酶，能切斷細胞 DNA，而 colicin  E3 是一種核酸酶，能在 16SrRNA 的特定位點進行切割從而使核糖體失活。

由 G+細菌產生的細菌素或與細菌素類似的因子與 colicins有所不同，但通常也是由質粒基因編碼，有些甚至有商業價值，例如一種乳酸細菌產生的細菌素 NisinA能強烈抑製某些 G+細菌的生長，而被用於食品工業的保藏。

 

誘變劑與致癌物質——Ames試驗

原理：誘變劑的共性原則，即化學藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比：超過 95%的致癌物質對微生物有誘變作用；而 90%以上的非致癌物質對微生物沒有誘變作用。

 

利用細菌突變來檢測環境中存在的致癌物質是一種簡便、快速、靈敏的方法。可以通過某待測物質對微生物的誘變能力間接判斷其致癌能力。

該方法是由美國加利福尼亞大學的 Ames教授首先發明，因此又稱 Ames試驗。

該試驗是利用鼠傷寒沙門氏菌  (Salmonella  typhmurium) 　 的組氨酸營養缺陷型菌株(his­)的回複突變性能來進行的。

 

普遍性轉導中外源 DNA的三種後果 

1)進入受體的外源 DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩定的轉導子. 

2) 如果轉導 DNA 不能進行重組和複製，其上的基因僅經過轉錄而得到表達，就成為流產轉導（abortive  transduction） ，其特點是在選擇培養基平板上形成微小菌落。 

DNA不能複製，因此群體中僅一個細胞含有 DNA，而其它細胞隻能得到其基因產物，

形成微小菌落。 

3) 被降解, 轉導失敗，在選擇平板上無菌落形成。 

 

局限性轉導(specialized transduction)　

溫和噬菌體感染受體菌後，其染色體會整合到細菌染色體的特定位點上，從而使宿主細胞發生溶源化，例如 λ噬菌體，其插入位點的二側分別是 gal和 bio 基因；

如果該溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因， （對 λ 噬菌體分別是 gal 和 bio 基因） ，會因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體 DNA 上，由此產生了一類特殊的噬菌體­­­­缺陷噬菌體，

缺陷噬菌體除含大部分自身的 DNA外，缺失的基因被幾個位於前噬菌體整合位點附近的宿主基因取代，  這樣形成的雜合 DNA分子在宿主細胞內能夠象正常的 λDNA分子一樣進行複製、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉導顆粒。

但該缺陷噬菌體沒有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細胞後，通過 DNA 整合進宿主染色體而形成穩定的轉導子。

 

局限性轉導與普遍性轉導的主要區別： 

1）  被轉導的基因共價地與噬菌體 DNA連接，與噬菌體 DNA一起進行複製、包裝以及被導入受體細胞中。而完全轉導包裝的可能全部是宿主菌的基因； 

2）  局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段並將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。

 

溶源轉變與轉導的不同： 

1．  溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因，當宿主喪失這一噬菌體時，通過溶源轉變而獲得的形狀也同時消失 

2．        這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；

枯草芽孢杆菌的自然轉化模型： 

a）  細菌生長在一定的培養條件下生長到一定階段，以枯草芽孢杆菌為例是在葡萄糖基本培養基中培養到對數生長末期到穩定期，細胞向胞外分泌一種小分子的蛋白質，稱為感受態因子，其分子量為 5000到 10000道爾頓。 

b）  當培養液中的感受態因子積累到一定濃度後，與細胞表麵受體相互作用，通過一係列信號傳遞係統誘導一些感受態一特異蛋白質(competence  specific  protein)表達，其中一種是自溶素(autolysin)，它的表達使細胞表麵的  DNA 結合蛋白及核酸酶裸露出來，使其具有與 DNA 結合的活性。 

c）  DNA 以雙鏈形式在細胞表麵的幾個位點上結合並遭到核酸酶的切割，核酸內切酶首先切斷 DNA 雙鏈中的一條鏈，被切斷的鏈遭到核酸酶降解，成為寡核苷酸釋放到培養基中，另一條鏈與感受態一特異蛋白質結合，並被引導進入細胞， 

d）  進入細胞的外源 DNA 通過同源重組以置換的方式整合進受體染色體 DNA，經複製和細胞分裂後形成重組體。

 

枯草芽孢杆菌的自然轉化的特點： 

1）  枯草芽孢杆菌等革蘭氏陽性菌細胞對雙鏈 DNA 的吸附和攝取是沒有特異性的，轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決於轉化給體菌株和轉化受體菌株之間的親源關係，關係越近，則 DNA 之間的同源性也越高，就越容易在 DNA 之間發生重組，產生轉化子。 

2）  自然感受態除了對線型染色體 DNA分子的攝取外，也能攝取質粒 DNA，但在通常情況下質粒的自然轉化效率要低得多，  這是因為質粒作為細菌染色體外獨立存在的遺傳物質和染色體 DNA同源性很差（否則會因為和染色體 DNA之間的重組而不穩定） ，這樣被切割成單鏈後進入細胞的質粒  DNA 將很難通過重組重新恢複成有活性的狀態（雙鏈閉合環狀） ，或通過整合進染色體而使相關性狀得到表達；如要提高質粒的自然轉化效率，可以用二種方法：i）使質粒形成多聚體，這樣進入細胞後重新組合成有活性的質粒的幾率大大提高；ii）在質粒上插入受體菌染色體的部分片段，或將質粒轉化進含有與該質粒具有同源區段的質粒的受體菌重組獲救。 

3）  噬菌體 DNA 也可被感受態細胞攝取並產生有活性的病毒顆粒，這個過程被稱為轉染(transfection)，其特點是提純的噬菌體 DNA以轉化的（而非病毒感染）途徑進入細胞並表達後產生完整的病毒顆粒。 現在把 DNA轉移至動物細胞的過程也稱轉染。　

 

主要有如下幾個因素會對微生物菌種的穩定性造成影響： 

1． 變異：即通過變異而失去重要的遺傳特性，例如發酵生產能力下降，或研究中所需要的營養缺陷型由於回複突變等而改變 

2． 汙染：由於微生物在自然界中種類多，分布廣，空氣、桌麵、皮膚表麵都有大量的各種微生物存在，因此在進行微生物菌種操作（包括接種、培養等）時非常容易汙染，從而造成菌種的丟失。 

3． 死亡：微生物容易在實驗室裏用人工配製的各種培養基培養，但如果超過時間不轉接菌種，由於疏忽培養條件發生改變，及其它各種以外情況（如冰箱停電）都容易造成菌種的死亡。而且這種損失有時是不可挽回的。

 

菌種保藏：在一定時間內使菌種不死、不變、不亂