簡介
微生物有
微生物遺傳學發展簡史
30年代中已經開始對酵母菌、脈孢菌和草履蟲的遺傳學研究,不過那時研究的對象
微生物遺傳學40年代主要通過下列幾方面的工作奠定了微生物遺傳學的基礎:
脈孢菌中營養缺陷型的發現和基因原初功能的研究40年代初比德爾和塔特姆用射線處理脈孢菌得到了多種營養缺陷型,這些突變型只有在培養基中添加了它們所不能合成的物質才能生長。研究營養缺陷型的重要意義是:①為生物合成代謝途徑的研究提供了有效的手段;②提出了一個基因一種酶的假設;③利用營養缺陷型探索代謝途徑的原理在遺傳學各個領域中得到廣泛套用;④除研究基因的原初功能外,還被套用於研究基因結構和基因突變,從這些研究所得到的許多原理以後又被套用於人類體細胞的遺傳學研究(見體細胞遺傳學),從而推動了人類遺傳學的發展;⑤套用營養缺陷作為標記,發現了細菌接合。
細菌接合和基因重組的發現 早在30年代就有人提出細菌是否有基因重組的問題,並且試
微生物遺傳學細菌轉化因子的化學鑑定 肺炎雙球菌的轉化現象在1928年就已發現,可是轉化因子的化學本質直到1944年才為美國化學家O.T.埃弗里鑑定為DNA。此後DNA的重要意義才逐漸被認識,分子遺傳學的發展才有可能。
細菌抗藥性突變的研究 細菌的抗藥性來自基因突變還是對環境的適應性變異是個長期爭論不休的問題。1943年原來當醫生的S.盧里亞和由物理學轉向噬菌體遺傳學研究的遺傳學家M.德爾布呂克用波動實驗證明了抗藥性的出現可以在細菌接觸藥物以前發生,表明抗藥性是基因突變的結果。關於細菌的變異在19世紀就已經有許多報導,可是通過嚴密的實驗設計和結果分析而得出關於變異的實質方面的明確結論是從這一實驗開始的。這一工作在方法論方面給微生物遺傳學帶來深遠的影響,它的結論加深了人們對於生物變異規律的普遍性的認識。
噬菌體遺傳學研究 這方面的研究在20世紀30年代末已由德爾布呂克等系統地開展,40年代進入全盛時期。噬菌體乾重的90%以上由蛋白質和核酸構成,噬菌體感染細菌時只有核酸進入細菌細胞,蛋白質外殼則留在細胞外面,在感染後短短20~30分鐘便有上百個噬菌體被釋放出來。這樣一種簡單的體系很有利於研究遺傳物質的本質。正是噬菌體的遺傳學研究為 DNA是遺傳物質和三聯體是遺傳密碼的基本單位提供了重要的證據,並闡明了基因是一個不容分割的功能單位而不是突變和重組的單位(見互補作用),而且在噬菌體的研究中發現了基因突變的熱點,以後又揭示了基因的重疊性現象。同時噬菌體遺傳學研究也是基因調控概念的實驗根據之一。
研究方法
除了一般的微生物學研究方法以外,在微生物遺傳研究中最突出的方法是突變型的篩
微生物遺傳學特定類型的突變型的篩選之所以能夠成功,主要是套用選擇性培養基的結果。例如把大量對某種藥物敏感的細菌接種在含有該種藥物的培養基上,在這上面能形成菌落的細菌便是發生了抗藥性突變的細菌。這一原理也套用於突變的研究、細菌接合的研究、轉導的研究、基因精細結構分析的研究(見基因定位)和基因調控的研究等。選擇性培養方法的套用大大提高了工作效率,在基因重組的分析中一般需要測定雜交子代中親本組合和重組類型的比率;兩個基因的距離愈近,則發現重組類型所須分析的子代個體愈多。同一基因內部的兩個突變位點的距離必然更近,因此在高等動植物中較難發現它們之間的重組。在微生物中套用選擇性培養方法,可以檢出距離十分接近的兩個突變位點之間的重組,因為特定的選擇條件能淘汰絕大多數非重組個體,而只使為數有限的重組體存活。例如大腸桿菌T4噬菌體的快速溶菌突變型rⅡ能感染寄主細菌大腸桿菌B而形成噬菌斑,但在大腸桿菌K上則不能形成噬菌斑。用大腸桿菌K作為選擇性培養條件,便能檢出兩個十分接近的rⅡ突變位點之間發生重組而出現的野生型噬菌體。由於選擇性培養方法的套用,才有可能在較短時間測定大量的這類突變型,非但提高了工作效率,還從根本上改變了對基因的認識。
某些微生物的一些生物學特性對於遺傳學中的特殊問題的研究具有重要意義。例如子囊菌中一次減數分裂所產生的四分體分布在一個子囊裡面,這一特性有助於對基因轉變現象的研究。
和其他學科的關係
微生物遺傳學除推進了人們對遺傳規律的認識以外,也推進了對微生物的代謝、生長發育、
微生物遺傳學免疫機制以及致病性等方面的認識。例如通過營養缺陷型和糖發酵缺陷型的研究,闡明了某些微生物的胺基酸、核苷酸等物質的合成途徑以及一些糖的代謝機制等;用不能形成成熟芽孢的突變型進行細菌芽孢形成機制的研究;用遺傳學方法揭示了沙門氏菌(Salmonella)中鞭毛抗原相轉變的分子機制;對於一些致病菌的致病因素進行分析等。
微生物遺傳學的研究一方面要依靠生物化學的知識和方法,另一方面也對生物化學有許多貢獻。胺基酸、核苷酸及蛋白質和核酸等大分子的生物合成的研究多採用微生物為材料,而且常用微生物遺傳學方法。
分子遺傳學是在微生物遺傳學的基礎上發展起來的一個遺傳學分支。遺傳密碼、轉錄、翻譯、信使核糖核酸(mRNA)、轉移核糖核酸(tRNA)等都是在微生物中被發現或證實的。
由於不能用人作為實驗材料,人類遺傳學的研究進展很緩慢。60年代以來,人類遺傳學的飛速發展主要是由於對人的離體培養細胞套用微生物遺傳學研究方法的結果。它的主要環節是::①離體培養細胞的集落生長;②合成培養基的套用;③突變型細胞株的建立;④細胞融合。它們也同樣適用於高等動植物的遺傳學研究,並成為體細胞遺傳學的重要研究方法。
微生物遺傳學還推動了生產的發展。40年代微生物育種工作僅限於誘變處理。隨著微生物遺傳學的開展,雜交、轉導和轉化等技術也套用到育種工作中去。細菌的胺基酸合成代謝中的基因調控機制被闡明以後,通過消除阻遏作用而提高最終產物的原理被套用於胺基酸和核苷酸的發酵生產中,並取得了顯著的增產效果。重組DNA技術在工業、農業和醫學上的套用前景更難以估量,而重組DNA技術也是微生物遺傳學研究的產物。微生物遺傳學研究對於醫療衛生事業也作出了重要的貢獻,在致癌物質的檢測方面尤為突出(見毒理遺傳學)。
微生物學辭彙
| 微生物學(microbiology)生物學的分支學科之一。它是在分子、細胞或群體水平上研究各類微小生物(細菌、放線菌、真菌、病毒、立克次氏體、支原體、衣原體、螺鏇體原生動物以及單細胞藻類)的形態結構、生長繁殖、生理代謝、遺傳變異、生態分布和分類進化等生命活動的基本規律,並將其套用於工業發酵、醫學衛生和生物工程等領域的科學。 |
