1. 簡述大腸桿菌對進化生物學的貢獻,並舉例說明實驗過程。
模式生物——大腸桿菌;摘要:模式生物是生命科學研究的重要材料,目前公認;的常見模式生物有大腸桿菌、噬菌體、酵母、線蟲、果;關鍵詞:大腸桿菌模式生物生命科學一、大腸桿菌簡介;大腸桿菌(Escherichiacoli)是Es;二、大腸桿菌在生命科學研究的各領域所做的貢獻;2.1大腸桿菌用於基因突變研究;突變型生物體在研究基因及蛋白質的性質的過程中扮演;定的誘變劑
模式生物——大腸桿菌
摘要: 模式生物是生命科學研究的重要材料, 目前公認的用於生命科學研究
的常見模式生物有大腸桿菌、噬菌體、酵母、線蟲、果蠅、斑馬魚、小鼠、擬南芥等.其中大腸桿菌對生命現象的揭密和探索等都所做出了重大貢獻,
對其在生命科學研究中的歷史軌跡、各自優勢、技術手段、熱點研究、發展前景等系統而又簡要的了解,
有助於具體而又生動地體察到大腸桿菌在今天生命科學發展中的重要地位和推動生命科學不可替代的巨大潛力。
關鍵詞: 大腸桿菌 模式生物 生命科學 一、大腸桿菌簡介
大腸桿菌(Escher i chia col i ) 是Escherich 在1885 年發現的, 在很長的時間里, 一直被認為是正常腸道菌落的組成部分,
認為是非致病菌。直到20世紀中期,一些科學家才認識到一些含有血清型的大腸桿菌對人和動物有致病性。大腸桿菌作為研究生命科學中外源基因表達的宿主,
遺傳背景清楚,技術操作簡單,培養條件簡單,所以大腸桿菌的大規模發酵經濟, 倍受遺傳工程專家的重視。目前大腸桿菌是應用最廣泛、最成功的表達體系,
常作為高效表達的首選體系。20 世紀70 年代, 通過對大腸埃希菌的研究發現了操縱子學說並且繪製成了完整基因圖譜, 基因組全序列完成, 全長為5 Mb, 共有4
288 個基因, 同時也搞清了所有基因的氨基酸序列。62% 的基因功能已經闡明, 仍有38% 基因功能尚未完全搞清。
二、大腸桿菌在生命科學研究的各領域所做的貢獻
2.1 大腸桿菌用於基因突變研究
突變型生物體在研究基因及蛋白質的性質的過程中扮演著重要角色。通過一
定的誘變劑如: HNO2、烷化劑等, 可使野生型大腸桿菌誘發突變, 從而產生突變型。常見的大腸桿菌突變型大體有兩種類型: ①合成代謝功能的突變型(
anabolic functionalmutants)它是指在某些外界作用條件下, 基因組中部分基因發生突變時, 有些生化反應就不會正常進行,
因而使某些代謝失衡, 菌體也不會在基本培養基上存活, 這種突變多為條件致死突變。這種突變型的產生,
主要用於研究該突變基因的具體功能,對其進行准確定位。②分解代謝功能的突變型( catabolic funct iona
lmutant)野生型大腸桿菌能利用比葡萄糖復雜的不同碳源, 因為它能把復雜的糖類轉化為簡單糖類,
這些降解功能是細菌體一系列酶的產生所致。而當決定該酶合成的基因發生突變後, 就產生了相應的突變型。運用這種方法, 人們可用一定的選擇培養基對突變型進行篩選,
然後與野生型大腸桿菌基因組相對照, 可得該突變基因的相應鹼基順序, 從而為人們更好地了解某些基因的位置及功能奠定了基礎。
2.2 大腸桿菌「性別」的研究
長期以來, 在遺傳學研究中發現,
大腸桿菌主要通過無性方式繁殖。1946年,Lederberg和Tatum在研究大腸桿菌間遺傳物質交換的過程中首次發現了大腸桿菌也有性別, 後來進一步研究表明,
決定大腸桿菌「性別」的主要因素是一重要質粒F因子。通過F因子進行遺傳物質的傳遞大大提高了遺傳物質重組的概率,
這就是現代基因工程研究中把質粒作為目的基因載體的一個非常有力的理論根據。另外,科學家通過F因子與大腸桿菌染色體某些基因進行重組,
形成了轉移頻率很高的Hfr菌株,通過Hfr菌株的不同非選擇標記與F細菌染色體在不同時間形成重組子的頻率,
創造性地提出了中斷雜交作圖法,從而對大腸桿菌菌株的部分基因進行了准確定位,為以後進行細菌染色體測序工作做出了一定的貢獻。
2.3 大腸桿菌與原核生物基因表達調控的研究
在物體長期進化過程中, 經歷了從原核到真核的進化過程。最簡單的原核生物在不同的細胞周期需要不同的基因產物, 同時也需要不斷地調控各種基因的表達活性,
以適應千變萬化的環境條件。大腸桿菌作為一種結構簡單、取材廣泛以及培養較方便的原核微生物,早在40多年前,
法國科學家Jacob和Monod通過對不同大腸桿菌乳糖代謝突變型的調控基因作用的研究,他們發現在大腸桿菌中有3種酶基因一起被表達,
分別為-半乳糖苷酶、透性酶和醯基轉移酶基因, 在此之前有一段DNA序列為基因表達的調控序列,
它包括阻遏物基因、啟動基因和操縱基因。阻遏物與操縱基因結合而阻止結構基因表達; 當誘導物與阻遏物結合後,
就啟動結構基因表達。這幾個基因和一套表達的調控序列稱為操縱子。這可以說是最早研究蛋白質表達的最簡單的調控系統。
2.4 基因工程中的質粒載體的重要來源
質粒是把外源基因導入受體細胞使之得以復制和表達的載體。從20世紀70年代基因工程誕生以來,
科學家已通過實踐從大腸桿菌中篩選出了多種性質優良的載體。如美國的Botivar等構建的PBR系列, 如PBR322、PBR325等,
其中PBR322就是目前運用較為廣泛的一種。另外科學家們還根據具體需要改建了多種類型的優良載體, 並已應用於科研實踐中, 收效明顯。如:
中科院遺傳所把帶有固氮基因的質粒PRD1 從大腸桿菌(K12jc5564)轉移到無固氮能力水稻根系菌4502Y中,表現出了很強的固氮能力。
2.5 分子克隆中的受體
基因工程也稱為DNA重組技術, 它是將外源目的基因轉入某種質粒載體, 然後,通過載體轉入受體細胞, 然後受體細胞大量增殖形成無數克隆。大腸桿菌以其
特殊的生物學特性而被選作為目的基因的受體, 應用十分廣泛。在我國利用大腸桿菌作為受體細胞克隆目的基因生產基因葯物,取得了良好的經濟效益。例如:
中國科學院上海生化細胞所和復旦大學、第二軍醫大學合作, 將化學合成干擾素基因插入大腸桿菌, 該工程菌表達的干擾素,每升發酵液可達2×10^9單位,
生產前景看好。北京大學蛋白質及植物基因工程國家重點實驗室以大腸桿菌為表達系統, 生產出了基因工程人胰島素等。
參考資料:
《生命科學研究》 生命科學研究中常用模式生物 王凱
《動物醫學進展》 模式生物及其在分子生物學研究中的意義 羅盤棋, 王新華, 薄新文
《生命的化學》 2000 年20卷2 期 酵母: 一種模式生物 劉 擎, 余龍 《生物學教學》 2005年(第30卷)第11期 模式生物 席興字
《生物學教學》2008年(第33卷)第2期 重要的模式生物- 大腸桿菌 王瀚
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4. 大腸桿菌的相關疫情
人體在食用這種毒黃瓜後,很容易因感染而出現腹部絞痛和腹瀉等症狀。同時,有的患者還會出現危及生命的溶血性尿毒綜合征,其臨床表現是急性腎衰竭、溶血性貧血和血小板減少。
,截止到2011年06月03日腸出血性大腸桿菌(EHEC)已造成 。患者主要分布在德國北部,其中漢堡和石荷州最為嚴重,共出現400多例確診或疑似病例。德國負責流行病預防研究的權威機構羅伯特·科赫研究所2011年5月26日上午報告說,德國腸出血性大腸桿菌病例從未如此集中暴發,德國一周來出現的病例相當於過去一年的總和,患者中三分之二是女性,除德國之外,英國、法國、荷蘭、丹麥、瑞典等國,都不同程度地出現了類似病例 。
德國漢堡衛生研究所26日宣布在產自西班牙的黃瓜上檢測出了EHEC病菌,蔬菜色拉,尤其是源自德國北部的上述食品。
德國農業部門2011年6月5日表示,該國自產的「豆芽」可能是造成22人死亡,2200人住院治療的大腸桿菌疫情爆發罪魁。據悉,德國北部下薩克森州農業部確定,該州農場生產的豆芽引發了本次疫情,並要求人們停止食用帶有生豆芽的沙拉冷盤 。 德國下薩克森州官員2011年6月5日宣布,初步調查顯示由該州一家企業向不少本次德國腸出血性大腸桿菌疫情較重的地區供應的豆芽等芽苗菜很可能是造成疫情的一個傳染源,該州衛生防疫部門甚至建議民眾勿食用豆芽。而昨日,下薩克森州農業部又宣布,對被疑是腸病疫情傳染源的芽苗菜的初步抽樣檢查並沒有發現腸出血性大腸桿菌。
歐洲疾控中心5日稱,此次疫情死亡人數已增至22人,感染個案升至2263宗。
一度召回豆芽
德國下薩克森州農業部長林德曼5日下午舉行記者招待會說,位於該州於爾岑縣的一家企業曾向漢堡、石荷州、梅前州、黑森州和下薩克森州等疫情較重的地區供應過用來做涼拌色拉的綠豆芽等多種芽苗菜。這家企業的一名女職工已被確診感染腸出血性大腸桿菌,另一名職工也出現腹瀉症狀。種種跡象顯示,這家企業至少可能是本次疫情的一個重要傳染源。
林德曼說,這家企業共加工了18種芽苗菜,其種子來自德國其他地區、其他歐洲國家和亞洲國家。病菌既可能來源於種子,也可能源於用於培養芽苗的約37攝氏度的溫水。在這家企業查到的18種芽苗菜包括綠豆芽、鷹嘴豆芽、蘿卜芽、小紅蘿卜芽和綠菜花芽。
這家農場已被關閉,已發出的貨物正被召回。該農場經理日前則對媒體表示,對他產品的指責毫無意義,發芽所需的材料僅是種子和溫水,根本沒有用肥料,而且該農場根本不使用任何動物糞便作為肥料。據悉,大腸桿菌通常都存在於動物腸道中,因此動物糞便也被認為是可能的傳播途徑。
可能跟沼氣有關
不過,德國衛生部長丹尼爾·巴爾及RKI研究所所長雷納德·布爾格暫時對疫情的最新發現表態謹慎。布爾格強調,該所專家和聯邦各州正通過多個線索查找病菌的傳播途徑,線索非常多,涉及多家餐館及各種食物。而衛生部長巴爾則認為,在明確結果尚未知曉前,不應妄加猜測。
一周前,衛生防疫部門認為產自西班牙的黃瓜是致病源,但隨後又推翻了這一論斷。盡管在西班牙黃瓜上檢出了埃希大腸桿菌,但其菌株與此次疫情的菌株並不一致。
較早前曾有德國科學家懷疑,大腸桿菌有可能來自生物氣體(即沼氣)生產廠,甚至不排除有人蓄意污染食物來發動恐怖襲擊。由於提倡使用生物能源,德國現有6800座沼氣生產廠,通過分解及發酵糞便污水生產沼氣。奧古斯堡的醫學實驗室創辦人紹特多爾夫說,沼氣發酵容器中不同細菌交集,出現前所未有的新型細菌,而這些帶有新型病菌的東西近80%最後被當做肥料。 法國衛生官員2013年6月24日說,疑似在法國引發腸出血性大腸桿菌疫情的植物種子由英國企業提供。
其中6人2013年6月8日在貝格勒鎮孤兒院一場聚會上吃過帶大腸桿菌的芽苗菜發生便血。截至24日晚,10名患者中7人繼續接受治療,其中5人的腎臟出現並發症。
法國經濟部分管消費事務的國務秘書弗雷德里克·勒菲弗說,法國種植用品連鎖店雅爾迪蘭德售出的植物種子培育成芽苗菜後,供應食客,而這些種子來自英國種子和植物郵購企業湯普森—摩根,可能是疫情「源頭」。
湯普森-摩根公司辯解說,該公司從許多地方大批買進芽苗菜種子再進行分銷,與本次疫情有關的種子可能是來自義大利。法國疫情的原因也可能是當地在培育芽苗菜時出了問題,與種子本身無關。
英國食品標准署25日發布公告說,法國出現的一些大腸桿菌病例被懷疑與英國湯普森-摩根公司出售的芽苗菜種子有關,雖然英國本土還沒有發現相關病例,但出於安全考慮提醒公眾,在食用苜蓿、豆類和葫蘆巴的種子以及由它們培育的芽苗菜時,需要煮熟到從里到外冒熱氣的程度,不能生吃。 這輪大腸桿菌疫情暴發之初,德國衛生部門曾懷疑產自西班牙的黃瓜是疫情源頭。歐洲多國隨即發布對西班牙蔬菜和水果的進口禁令,招致西班牙方面的強烈抗議。德國政府隨後承認判斷有誤。
自歐洲多國出現腸道疾病疫情一周以來,由於傳染源不明,法國蔬菜行業受到嚴重打擊。據法國蔬菜行業協會3日初步估計,受疫情影響,法國僅黃瓜和西紅柿種植者的損失就高達480萬歐元(約合702萬美元)。
5. 法國超市肉餅驗出大腸桿菌了嗎
4月7日據外媒報道,法國食品監測局查出一小批含大腸桿菌肉餅,超市發出招回食品通知。法國索科帕集團(Socopa)4月6日讓超市消費者立即消除有索科帕- Socopa 「Le Délice boucher」標簽的冷凍肉餅。這些肉餅標著「最佳食用期限」是3月28日至31日。
索科帕集團(Socopa)在一份聲明中表示,消費者可以退還或銷毀這批冷凍肉餅。目前沒有發現任何病例。集團表示,下架這批冷凍肉預防萬一。
索科帕集團(Socopa)肉類質量監管員佛勒麗(Alexandra Fleury)表示,查出大腸桿菌,我們很驚訝。按照我們內部監控標準是沒有問題的。
監管員佛勒麗還表示,食品鏈監控措施是非常嚴格的。從牛的產地到牛肉剁成肉碎,全套過程都有嚴格的監控措施。
索科帕集團在聲明中還表示,在其他地方我們做了全面的檢查,沒有發現任何問題。南部和東部查出的這批問題肉餅是一個孤立的事件。