深入了解大腸桿菌
大腸桿菌，顧名思義是一種直桿狀、棒狀的細(xì)菌，它大約長(zhǎng)2微米，菌體直徑大約0.25至1微米，算是一種中等大小的桿菌了。它同時(shí)還是一種兼性厭氧的細(xì)菌，也就是說(shuō)當(dāng)有氧氣存在的時(shí)候它可以利用氧氣進(jìn)行呼吸氧化，而當(dāng)沒(méi)有氧氣的時(shí)候它則進(jìn)行無(wú)氧發(fā)酵。
大腸桿菌對(duì)于營(yíng)養(yǎng)的要求并不高，在我們實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的時(shí)候，利用那種普通的瓊脂平板，在37℃進(jìn)行過(guò)夜的培養(yǎng)，就能生長(zhǎng)出2-3毫米的灰白色菌落。當(dāng)然，它在人類(lèi)腸道中的繁殖會(huì)更慢一些。這一點(diǎn)十分有利于它在腸道這種復(fù)雜環(huán)境中生存。一開(kāi)始，人們也只是將大腸桿菌作為一種普通的腸道細(xì)菌所看待，誰(shuí)也沒(méi)有想到它后來(lái)會(huì)在基因工程、生物能源、微生物工業(yè)以及模式生物研究中取得如此大的貢獻(xiàn)。
與我們的關(guān)系？
大家可能會(huì)覺(jué)得基因工程不過(guò)是科研上的事，與普通人的生活并沒(méi)有太大的關(guān)系。事實(shí)上并不是。你可以想象嗎？它們就像是一個(gè)個(gè)小型的"生物工廠"，現(xiàn)代社會(huì)我們使用的醫(yī)用人胰島素、人干擾素、乙肝疫苗以及多種藥物等，絕大多數(shù)或者相當(dāng)部分都是由大腸桿菌表達(dá)我們特定的外源基因而生物試劑出來(lái)的，大大降低了這些物質(zhì)原本生物試劑的成本，也為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。
除了基因工程之外，大腸桿菌作為模式生物在細(xì)菌生理及行為的研究上也有著不可代替的作用。實(shí)驗(yàn)室中常用到的是大腸桿菌的K12品系，在1997年的時(shí)候，科學(xué)家們就已經(jīng)完成了對(duì)K12品系的全基因組測(cè)序。這一品系與正常的野生型大腸桿菌品系相比，已經(jīng)失去了在腸道中生存的能力，但是卻十分適合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境繁殖。經(jīng)典的是美國(guó)科學(xué)家Joshua Lederberg和Edward Tatum利用大腸桿菌K12，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌*的接合現(xiàn)象。
這有點(diǎn)類(lèi)似于有性生殖生物中的性別，其中含有F因子（一種可以表達(dá)性菌毛的質(zhì)粒）的可以類(lèi)比為雄性菌，沒(méi)有F因子的可以類(lèi)比為雌性菌。雄性菌可以通過(guò)其上的性菌毛與雌性菌發(fā)生短暫的接合作用，這一短暫的接合當(dāng)中，雄性菌會(huì)把這個(gè)F因子的質(zhì)粒復(fù)制并轉(zhuǎn)移給雌性菌，從而使之也變成雄性菌。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)也為我們進(jìn)行不同菌種之間的遺傳物質(zhì)交流等分子生物學(xué)及微生物遺傳學(xué)的研究，提供了一個(gè)非常好的方法。
下面，再為大家介紹一下大腸桿菌在生物能源方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)能源比如說(shuō)像石油、煤炭等總會(huì)有用盡的一天，而對(duì)于發(fā)展它們的替代能源，科學(xué)家們也做了不少的研究。而在生物能源方面，大腸桿菌無(wú)疑是一個(gè)有重要戲份的角色。比如說(shuō)Hiroyasu Yamamoto等在2011年通過(guò)基因改造，成功使大腸桿菌將植物中的糖轉(zhuǎn)化為與傳統(tǒng)柴油幾乎一樣的碳?xì)浠衔?，他們稱(chēng)之為生物柴油 ；還有的團(tuán)隊(duì)，比如說(shuō)Pauli Kallio等科學(xué)家在2014年也同樣通過(guò)基因改造，使得大腸桿菌可以生物試劑出丙烷，丙烷作為一種清潔能源，市場(chǎng)也十分的廣泛。
關(guān)于大腸桿菌的研究還有很多很多，誰(shuí)也沒(méi)有想到這個(gè)原本只待在我們腸道里的小家伙，如今已經(jīng)深度融入到了無(wú)論是醫(yī)學(xué)科研還是日常的生活及工業(yè)生物試劑中，當(dāng)然了，這或許也是它與人類(lèi)之間的另一種方式的“互惠共生”。
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