細菌遺傳學

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介紹

遺傳學是研究遺傳特徵或性狀從親代傳遞給後代（遺傳）的學科。細菌通常被用作研究複製、轉錄、翻譯、遺傳密碼和遺傳變異（包括突變）的模型。大腸桿菌是常用的模式生物，因為它具有6小時的世代時間，可以在短時間內產生快速的結果。基因是攜帶特定性狀資訊的DNA片段。從一個生物體轉移到另一個生物體的遺傳資訊稱為基因轉移。基因轉移機制包括兩種型別——垂直和水平基因轉移。在垂直基因轉移中，遺傳性狀從親代傳遞給後代，而在水平基因轉移中，遺傳資訊在兩個生物體之間獨立傳遞。

細菌之間的遺傳資訊通常透過結合、轉化和轉導傳遞。這些基因轉移機制使細菌能夠在極端環境中存活，這些環境容易受到溫度、壓力、鹽度、營養需求等變化的影響。與其他生物相比，細菌可以快速適應新的環境，由於基因轉移機制，不斷受到環境變化的影響。

結合

這種遺傳資訊轉移方式是由喬舒亞·萊德伯格和愛德華·塔特姆於1946年發現的。在細菌結合中，遺傳資訊透過兩個細菌細胞之間的接觸透過稱為“性菌毛”的結合管轉移。F質粒或在細菌細胞中獨立於染色體複製的生育質粒在結合過程中轉移。F質粒是一小段環狀DNA，攜帶不同的遺傳資訊。該過程涉及供體細胞和受體細胞。供體細胞包含F質粒，被稱為F+（F加）細胞，而缺乏F質粒的細胞被稱為F-（F減）或受體細胞。

結合發生的三種方法如下：

• F+ X F- 結合

• Hfr 結合

• F´ X F- 結合。

F+X F- 結合

這種遺傳結合發生在供體（F+）和受體（F-）之間。這裡的基因轉移是非互惠的。

Hfr 結合

這種型別的結合中的供體被稱為Hfr菌株（高重組頻率），因為與F+供體相比，基因轉移的效率非常高。

F´ X F- 結合

F-充當受體細胞，而F´包含Hfr菌株的F質粒。

應用

它被廣泛用於合成新的細菌細胞，這些細胞可以產生新的代謝產物、抗生素抗性等。

轉化

弗雷德里克·格里菲斯於1928年發現了這種遺傳重組方式。在細菌轉化中，供體細胞的細胞外DNA以可遺傳的形式被受體細胞吸收。受體細胞吸收DNA併發生轉化。基因轉移可以自然發生在環境中，也可以在實驗室中人工誘導。此方法被廣泛用於產生重組DNA。轉化在環境中經常發生。當細菌細胞裂解時，大量DNA釋放到環境中，這些DNA被感受態細胞吸收。

應用

它被科學家廣泛用於DNA克隆、基因工程、生物修復、胰島素生產、酶、激素等。

轉導

轉導是透過噬菌體在兩個細菌細胞之間進行遺傳重組的一種形式。噬菌體作為轉移基因的載體。細菌DNA或其片段透過噬菌體轉移到另一個細菌。這種基因轉移方式與結合和轉化的不同之處在於兩個細菌細胞之間沒有物理接觸。諾頓·辛德和喬舒亞·萊德伯格於1952年發現了這種遺傳物質轉移方式。轉導的兩種方式是普遍的和專門的。

普遍轉導

在這種型別的轉導中，只有細菌DNA由噬菌體攜帶。

它包括以下步驟：

• 噬菌體裂解細菌細胞。

• 噬菌體將其遺傳物質插入宿主細菌細胞，導致宿主細胞DNA降解。

• 噬菌體DNA和蛋白質在宿主細胞中合成。噬菌體組裝成新的噬菌體。在某些情況下，部分降解的宿主細胞DNA也會整合到新形成的噬菌體中。這樣的顆粒稱為“轉導顆粒”。

• 然後，噬菌體裂解宿主細胞並將其自身釋放出宿主細胞。因此，迴圈繼續。轉導顆粒入侵一個新的細菌細胞。

• 轉導顆粒的DNA整合到細菌染色體中。這種重組稱為普遍轉導。

專門轉導

專門轉導，也稱為限制性轉導，涉及攜帶宿主細菌DNA的特定部分。

它包括以下步驟：

• 噬菌體入侵細菌細胞（供體細胞）。

• 噬菌體將其遺傳物質插入細菌供體細胞。

• 然後，噬菌體DNA與細菌DNA整合。

• 噬菌體複製形成新細胞。新形成的噬菌體細胞包含噬菌體和供體DNA。

• 一旦細胞裂解，噬菌體就會攻擊新的細菌細胞（受體細胞）並將雜合DNA注入受體細胞。然後，雜合DNA與新的細菌細胞整合。

• 受體細胞現在包含其噬菌體DNA和供體DNA。

應用

它被廣泛用於基因工程、基因治療、細菌基因作圖等。

常見問題

問題 1. 噬菌體是什麼？

答案。噬菌體是侵入細菌細胞並在其內部增殖的病毒。

問題 2. 感受態細胞是什麼？

答案。在轉化過程中吸收來自不同細菌細胞的外源DNA的受體細胞稱為感受態細胞。

問題 3. 遺傳重組是什麼？

答案。遺傳重組稱為兩個DNA分子交換和重新連線以形成新的DNA分子的過程。

問題 4. 結合管是什麼？

答案。結合管，通常稱為性菌毛，是一種將兩個細菌細胞拉在一起或連線在一起以幫助DNA轉移的管子。

問題 5. 哪種形式的轉導可以用溫和噬菌體進行？

答案。專門轉導。