專題十微生物與工程模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。專題十微生物與工程微生物主要包括細(xì)菌(屬于原核生物界)、真菌(屬于真菌界)、微小的原生生物(屬于原生生物界)和病毒。病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu),一般只有由蛋白質(zhì)組成的外殼和核酸組成的核心,它必須寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)才能繁殖。病毒可分為3大類:動物病毒、植物病毒和噬菌體。細(xì)菌細(xì)胞比較簡單,只有擬核和簡單的細(xì)胞器(如核糖體),繁殖方式主要為無性繁殖?？股啬軌蚋蓴_細(xì)菌的生長和繁殖從而起抗感染的作用,但隨著抗生素的大量使用,細(xì)菌很快產(chǎn)生了耐藥性。真菌是異養(yǎng)生物,缺少葉綠素,大部分營腐生生活。只有少數(shù)真菌對動物致病,但許多真菌是植物的致病菌。經(jīng)過平板劃線法和稀釋涂布平板法能夠?qū)δ撤N細(xì)菌或真菌進(jìn)行分離,獲得單個細(xì)胞形成的菌落以進(jìn)行純培養(yǎng)。微生物廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的許多方面,如生產(chǎn)發(fā)酵食品、新型燃料和酶、用于污水處理等。基因工程的發(fā)展進(jìn)一步拓寬了微生物的應(yīng)用范圍。酶可制成全細(xì)胞制劑和無細(xì)胞的酶提取物,還可固定在載體上制成固定化酶以提高酶的使用效率。細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)糖被糖被是細(xì)胞壁外的一層黏液狀的多糖類物質(zhì)。與細(xì)胞壁結(jié)合緊密的糖被稱為莢膜,與細(xì)胞壁結(jié)合松散的糖被稱為黏液層。莢膜可能與致病菌的致病毒力有關(guān)。細(xì)胞壁比較堅(jiān)固,起支持、保護(hù)細(xì)胞的作用,還可作為鞭毛的錨定點(diǎn)。細(xì)胞壁主要由肽聚糖組成,還含有一些脂多糖和脂蛋白。很多細(xì)菌的細(xì)胞壁與細(xì)菌的致病能力有關(guān)。擬核DNA擬核DNA中的基因大部分是單拷貝。有些基因可能同時存在于質(zhì)粒和擬核DNA上。細(xì)胞中只有擬核,沒有以核膜為界限的細(xì)胞核。細(xì)胞膜與真核生物細(xì)胞膜組成成分相似,但不夠堅(jiān)固。質(zhì)粒質(zhì)粒是環(huán)狀DNA小分子,能獨(dú)立復(fù)制。經(jīng)過結(jié)合作用,質(zhì)粒能夠在不同細(xì)胞之間遷移。這種特性使得質(zhì)粒上的耐藥性基因可在細(xì)菌之間傳播。質(zhì)?？捎米龌蚬こ痰妮d體?！蚣?xì)菌一般以二分裂的方式進(jìn)行繁殖。由一個細(xì)菌分裂生成兩個細(xì)菌需要的時間稱為代時,它與細(xì)菌種類和環(huán)境條件(如溫度)有關(guān)。將一些細(xì)菌接種到液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),間隔一定的時間取樣,計(jì)算細(xì)菌的數(shù)目,就能繪出細(xì)菌數(shù)目隨時間變化的曲線,即細(xì)菌生長曲線。這里的生長指的是細(xì)菌群體繁殖生長。本文假設(shè)細(xì)菌的代時為20min,來模擬細(xì)菌群體生長的過程。在不補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)或移去培養(yǎng)物,保持整個培養(yǎng)液體積不變的條件下,細(xì)菌的生長曲線能夠分為四個特征時期,分別是調(diào)整期、對數(shù)期、細(xì)菌生長逐漸緩慢的穩(wěn)定期,以及細(xì)菌數(shù)目急劇下降的衰亡期?？咕幬锏淖饔脵C(jī)理損傷細(xì)胞壁可在細(xì)胞分裂時抑制新細(xì)胞壁的合成。實(shí)例:青霉素、萬古霉素、頭孢霉素、桿菌肽。抑制蛋白質(zhì)的合成干擾翻譯過程。實(shí)例:紅霉素、四環(huán)素、氯霉素、鏈霉素。損傷細(xì)胞膜破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。實(shí)例:制霉菌素、霉康唑、多黏菌素B。抑制酶活性抑制基礎(chǔ)代謝物的合成。實(shí)例:磺胺、三甲氧芐二胺嘧啶(都是磺胺類藥物?；前奉愃幬锸菓?yīng)用非常廣泛,僅次于抗生素的一類抗菌藥)。遺傳修飾生物可經(jīng)過插入外源基因、改變現(xiàn)有的基因、刪除或關(guān)閉基因三種方法獲得,遺傳修飾技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景,但也存在著倫理和安全方面的問題。限制酶和DNA連接酶是基因工程的常見工具:限制酶可識別特定的DNA序列并切割DNA分子,DNA連接酶能夠?qū)⒂赏环N限制酶切割而來的、不同來源的片段連接起來,形成重組DNA分子。在基因工程的具體操作過程中,可利用多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)對微量DNA進(jìn)行快速擴(kuò)增,產(chǎn)生大量與模板DNA相同的拷貝;可利用凝膠電泳技術(shù)對DNA等大分子物質(zhì)進(jìn)行分離;能夠經(jīng)過載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞;經(jīng)過基因克隆產(chǎn)生大量目的基因。DNA重組技術(shù)◎如果兩個DNA分子被同一種限制酶酶切,將會產(chǎn)生具有匹配黏性末端的片段。◎?qū)⑦@樣兩個具有匹配黏性末端的片段混合,它們會經(jīng)過堿基配對作用結(jié)合在一起,這個過程稱作退火。這能夠使不同來源的DNA片段連接起來?！蜻B接而成的片段一般呈線狀或環(huán)狀。◎DNA片段經(jīng)過DNA連接酶連接在一起,形成重組DNA分子。多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(簡稱PCR)變性變性:將獲得的DNA樣品(也稱為目的DNA)加熱至90℃以上,使DNA經(jīng)過一次循環(huán),形成兩個與樣本DNA完全一樣的拷貝延伸:升溫到72℃復(fù)性:將樣品冷卻至50℃重復(fù)該過程,進(jìn)行約30次循環(huán),重復(fù)加熱、冷卻的循環(huán)過程,直至產(chǎn)生足夠數(shù)量的目的DNA分子轉(zhuǎn)基因?qū)⒓兓腄NA導(dǎo)入細(xì)胞的過程稱為轉(zhuǎn)化。由轉(zhuǎn)入了外源基因的細(xì)胞發(fā)育而來的生物稱為轉(zhuǎn)基因生物。轉(zhuǎn)基因技術(shù)已應(yīng)用于植物、動物和微生物中。該技術(shù)能夠直接修改生物的基因組,甚至能夠使生物表現(xiàn)出在自然界并不存在的新性狀。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。脂質(zhì)體脂質(zhì)體是由單層膜形成的磷脂小球。膜上嵌入適宜的表面分子后,可聚集到體內(nèi)特定類型的細(xì)胞周圍。脂質(zhì)體攜帶的DNA能夠經(jīng)過胞吞作用或細(xì)胞融合進(jìn)入細(xì)胞。因此可用于導(dǎo)入基因到細(xì)胞中。病毒載體病毒很適合用于基因治療。病毒的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)能容納多達(dá)7500個堿基的DNA片段。當(dāng)病毒侵染宿主細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)繁殖時,也將重組DNA帶入到細(xì)胞中。病毒已經(jīng)用于多次基因治療的臨床實(shí)驗(yàn)。這種方法存在的問題是宿主對病毒的免疫反應(yīng)。顯微注射DNA能夠經(jīng)過顯微注射轉(zhuǎn)入動物細(xì)胞中。轉(zhuǎn)基因小鼠和家畜都是利用這種方法產(chǎn)生的,可是成功率很低:只有2%～3%的受精卵發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物,在這些動物中只有一小部分表示了轉(zhuǎn)入的基因。許多植物,包括農(nóng)作物現(xiàn)在都已經(jīng)利用重組DNA技術(shù)進(jìn)行了遺傳修飾。對植物進(jìn)行基因工程操作,使許多重要農(nóng)作物獲得了新的優(yōu)良性狀如產(chǎn)量增加、抗病蟲害的能力增強(qiáng),減少了農(nóng)業(yè)化肥的使用。細(xì)胞工程和胚胎工程◎植物組織培養(yǎng)能應(yīng)用于植物的快速繁殖,也能用于提高植物的品質(zhì),增強(qiáng)植物的抗逆能力。植物微型繁殖是植物組織培養(yǎng)技術(shù)的一種應(yīng)用,原理是植物細(xì)胞具有全能性。運(yùn)用細(xì)胞核移植技術(shù),可由分化了的動物細(xì)胞產(chǎn)生克隆。干細(xì)胞是人或其它動物體內(nèi)依然保留著分裂和分化能力的細(xì)胞,胚胎干細(xì)胞是能夠分化發(fā)育形成人或其它動物體內(nèi)多種組織的細(xì)胞?！虍惙N移植是將一個物種的細(xì)胞、組織、器官移植給另一個物種,當(dāng)前這一技術(shù)正處于探索和爭議中。胚胎分割技術(shù)是產(chǎn)生高等動物體克隆的最簡單的方法,但這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前也存在一些問題。◎克隆在生產(chǎn)干細(xì)胞方面有著誘人的應(yīng)用前景,但圍繞這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也存在很多道德和倫理方面的問題?！?qū)⒖寺〖夹g(shù)應(yīng)用于動物繁育,有助于促進(jìn)基因優(yōu)良家畜的快速繁殖?？寺〖夹g(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)相結(jié)合,能夠提供一種經(jīng)濟(jì)可行的方式,以快速繁育導(dǎo)入了優(yōu)良基因的轉(zhuǎn)基因動物。人胰島素等人源蛋白現(xiàn)在能夠經(jīng)過基因工程技術(shù)進(jìn)行制備,這極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,并降低了生產(chǎn)成本?！騿慰寺】贵w是一種人工制備的抗體,它來自某單一的B淋巴細(xì)胞。小鼠B淋巴細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞融合形成的雜種細(xì)胞能夠產(chǎn)生大量的單克隆抗體。單克隆抗體能夠作為診斷試劑或用于癌癥治療等方面。植物組織培養(yǎng)(微型繁殖)的優(yōu)點(diǎn)◎能夠由一粒種子或外植體產(chǎn)生大量的克隆?！蚰軌蛑苯釉隗w外培養(yǎng)設(shè)備中選擇所需的性狀,減少了田間試驗(yàn)需要占據(jù)的大量空間?！驘o需等待結(jié)子即可進(jìn)行植物的繁殖。◎可實(shí)現(xiàn)某些物種的快速繁殖,例如世代時間長的物種,以及種子不易發(fā)芽的物種等。◎能保存花粉和細(xì)胞以用于植物繁殖(與種子銀行類似)。◎可實(shí)現(xiàn)無菌植物材料的國際交流?！蛴兄谙参锛膊　?jīng)過仔細(xì)挑選母株、進(jìn)行無菌消毒等措施即可實(shí)現(xiàn)?！蚩朔竟?jié)限制?！蚰茉谳^小的空間里低溫保存大量有活力的植物?！蛞呙缈煞譃檎麆┮呙绾蛠喕呙鐑纱箢?。新型疫苗的生產(chǎn)與生物技術(shù)有著密切的關(guān)系。例如,用農(nóng)桿菌將病毒或細(xì)菌抗原基因轉(zhuǎn)入某些特定植物細(xì)胞,再經(jīng)栽培獲得的農(nóng)產(chǎn)品有的就能夠作為可食用疫苗?？墒秤靡呙缒芸朔Ｒ?guī)疫苗面臨的多種問題。◎基因治療是指用正?；蛉〈蛐扪a(bǔ)病人細(xì)胞中有缺陷的基因,從而達(dá)到治療疾病的目的。基因治療需要一定的載體(如用逆轉(zhuǎn)錄病毒為載體導(dǎo)入DNA)?；蛑委熞呀?jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展,有著廣闊的應(yīng)用前景,但當(dāng)前也面臨著許多技術(shù)方面的難題。確定DNA的核苷酸排列順序需要用到DNA測序技術(shù)。DNA測序技術(shù)包括人工測序(桑格測序法是一種常見的方法)和自動測序技術(shù)。DNA測序的自動化,極大地提高了測定速率,使基因組測序成為可能?；蚪M分析包括測定生物體基因組的序列,定位基因,找到控制DNA活性的區(qū)域。DNA圖譜分析技術(shù)是法醫(yī)鑒定的一種有力工具,該技術(shù)的核心思路是分析對比不同人基因組中微衛(wèi)星或小衛(wèi)星的差異。應(yīng)用基因芯片能夠快速、高效地確定未知樣本中含有哪些基因,基因芯片也能用于測定未知DNA的序列,研究基因的表示水平。人類基因組計(jì)劃的研究機(jī)構(gòu)在年公布了人類基因組草圖,年公布了高質(zhì)量(金標(biāo)準(zhǔn))的人類基因組序列。這一計(jì)劃的完成能給人類帶來很多好處,但也可能會產(chǎn)生一些倫理問題。例1下列關(guān)于病毒的敘述,正確的是()

A.煙草花葉病毒能夠不依賴宿主細(xì)胞而增殖

B.流感病毒的核酸位于衣殼外面的囊膜上

C.腸道病毒可在經(jīng)高溫滅菌的培養(yǎng)基上生長增殖

D.人類免疫缺陷病毒感染可導(dǎo)致獲得性免疫缺陷綜合癥答案:D例2下列關(guān)于病毒的描述,正確的是()

A.噬菌體一般在植物細(xì)胞中增殖

B.病毒可作為基因工程的運(yùn)載體

C.青霉素可有效抑制流感病毒增殖

D.癌癥的發(fā)生與病毒感染完全無關(guān)答案:B例3下列敘述正確的是()A．當(dāng)病毒侵入人體后,只有細(xì)胞免疫發(fā)揮防御作用B．大腸桿菌在葡萄糖和乳糖作為碳源的培養(yǎng)基上,只有葡萄糖耗盡時才能利用乳糖C．在水分供應(yīng)充分的大田中,只有通風(fēng)透光才能提高光能利用率D．當(dāng)甲狀腺激素含量偏高時,只有反饋抑制下丘腦活動才能使激素含量恢復(fù)正常答案:B例4在細(xì)菌的連續(xù)培養(yǎng)過程中,要以一定速度不斷添加新的培養(yǎng)基,同