啥是质粒?从生物武器到转基因食物都跟它有关

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4 天前
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  质粒DNA着世代相传的遗传信息,被誉为“生命的密码”。从沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的那一刻起,DNA的“魔幻之盒”被打开,越来越多不同类型的DNA分子被解密。研究发现,大多数DNA分子呈线性结构,例如人的染色体DNA,如果将单个体细胞中的DNA分子全部展开,长度可达2-3米。然而有一类存在于细菌中的DNA分子却呈环状,穿梭在浩瀚的DNA分子宇宙。虽然它的大小只有细菌染色体的千分之一,却魔力无穷——它就是神奇的“质粒”(plasmid)。

  20世纪40年代,炭疽热横行美洲。这是一种人畜共患的急性传染病,起初流行于美国德克萨斯州的鹿群,造成大批鹿群死亡。随后在人群中发现了同样的症状:皮肤坏死、溃疡、焦痂、毒血和组织广泛水肿……最终,感染者因出现肺、肠和脑膜的急XG染而丧命[1]。

  科学家们试图通过寻找感染源来攻克这一传染病。他们发现,真凶是炭疽杆菌中的一种毒性物质。并且,他们认为这种物质为病毒,通过快速繁殖而感染宿主细胞,引发动物或人生病。直到1950年,美国生物学家乔治·莱德伯格(Joshua Lederberg)才证实这种物质并非病毒,并于1952年将其命名为“质粒”。

  质粒是一种大小在1-200kb不等的环状DNA分子,独立于细菌染色体之外,并且具有自我复制能力。细菌中的质粒含量最为丰富,螺旋体、放线菌和酵母等微生物中也有发现。电镜下的质粒是共价、闭合、环状、小型的双链超螺旋DNA分子,形似“麻花”[2]。由于发现质粒和其在细菌基因重组中的功能,莱德伯格斩获了1958年的诺贝尔生理学和医学奖。那么,质粒与病毒到底有何异同,为何能迷惑科学家如此之久?首先,质粒与病毒一样,都能进行自我复制,快速繁殖;其次,它们都能赋予宿主一定的表型,引发性状改变。但两者的不同也很明确:病毒是由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的非细胞形态,是寄生于生命体甚至非生命体的入侵有机物种。一般的病毒都有两到三个组成成分:RNA或DNA,蛋白质,脂质(部分病毒没有)。而质粒只有一种成分,即DNA,并且质粒还是细胞的组成部分。