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一、枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化模式
1、 細菌生長在一定的培養(yǎng)條件下生長到一定階段,以枯草芽孢桿菌為例是在葡萄糖基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)到對數(shù)生長末期到穩(wěn)定期,細胞向胞外分泌一種小分子的蛋白質(zhì),稱為感受態(tài)因子,其分子量為 5000到 10000道爾頓。
2、 當(dāng)培養(yǎng)液中的感受態(tài)因子積累到一定濃度后,與細胞表面受體相互作用,通過一系列信號傳遞系統(tǒng)誘導(dǎo)一些感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)(competence specific protein)表達,其中一種是自溶素(autolysin),它的表達使細胞表面的 DNA 結(jié)合蛋白及核酸酶裸露出來,使其具有與 DNA 結(jié)合的活性。
3、DNA 以雙鏈形式在細胞表面的幾個位點上結(jié)合并遭到核酸酶的切割,核酸內(nèi)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(yǎng)基中,另一條鏈與感受態(tài)一特異蛋白質(zhì)結(jié)合,并被引導(dǎo)進入細胞,
4、 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(jīng)復(fù)制和細胞分裂后形成重組體。
二、枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化特點
1、 枯草芽孢桿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(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化給體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系,關(guān)系越近,則 DNA 之間的同源性也越高,就越容易在 DNA 之間發(fā)生重組,產(chǎn)生轉(zhuǎn)化子。
2、自然感受態(tài)除了對線型染色體 DNA分子的攝取外,也能攝取質(zhì)粒 DNA,但在通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多, 這是因為質(zhì)粒作為細菌染色體外獨立存在的遺傳物質(zhì)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(wěn)定) ,這樣被切割成單鏈后進入細胞的質(zhì)粒 DNA 將很難通過重組重新恢復(fù)成有活性的狀態(tài)(雙鏈閉合環(huán)狀) ,或通過整合進染色體而使相關(guān)性狀得到表達;如要提高質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率,可以用二種方法:i)使質(zhì)粒形成多聚體,這樣進入細胞后重新組合成有活性的質(zhì)粒的幾率大大提高;ii)在質(zhì)粒上插入受體菌染色體的部分片段,或?qū)①|(zhì)粒轉(zhuǎn)化進含有與該質(zhì)粒具有同源區(qū)段的質(zhì)粒的受體菌重組獲救。
3、 噬菌體 DNA 也可被感受態(tài)細胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒,這個過程被稱為轉(zhuǎn)染(transfection),其特點是提純的噬菌體 DNA以轉(zhuǎn)化的(而非病毒感染)途徑進入細胞并表達后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。 現(xiàn)在把 DNA轉(zhuǎn)移至動物細胞的過程也稱轉(zhuǎn)染。