被称作小型制药厂的大肠杆菌

被称作小型制药厂的大肠杆菌

开心问答

什么是质粒？

一提起大肠杆菌，人们总有种“不干净”的感觉。这或许是因为大肠杆菌一向存在于动物或人类的大便中的缘故。如果从饮水或游泳池检查出大肠杆菌的话，则表示水质曾受到粪便的污染，而且大肠杆菌的数量越多，表示受污染的程度越严重。

不过，大肠杆菌绝非肮脏的细菌，虽然它们中有些特殊的种类会引起痢疾，但大多数都没有毒性，不会引起疾病，而且还可以帮助人体合成多种维生素和氨基酸呢！尤其是某些大肠杆菌，已证实具有极高的安全性，是生化技术中不可缺少的细菌，可用于遗传工程中“遗传因子”的重组技术，使大肠杆菌制造出人体生长的激素、胰岛素、干扰素以及流感病毒疫苗和乙型肝炎疫苗等多种药物。大肠杆菌，使药物合成的生产进入了一个崭新的时代。

那么，什么叫遗传工程呢？

首先我们要谈谈细菌的质粒。我们知道在生物的染色体中贮存着它们生命活动所必需的遗传信息，脱氧核糖核酸（DNA）是遗传的物质基础。但在某些细菌中，如大肠杆菌，除了呈裸露状态的染色体（DNA）外，还存在着一种染色体外的遗传因子，称为质粒。它是一种共价闭环结构的双螺旋DNA分子，每个细菌体内有一个或几个存在。在质粒DNA分子中除了带有它本身复制、转移所必需的基因外，不同的细菌质粒还分别带有使宿主细胞获得某些特殊遗传性状的基因，例如致育性、抗药性、产生抗生素等。这些功能对于细菌的生命活动不一定都是必须的，因而当质粒从细胞中消失后，并不影响细菌在正常条件下的生命活动。

人们最早发现的细菌质粒是大肠杆菌的性因子（也叫致育因子），以后陆续发现了产生大肠杆菌素因子及抗药因子等。

遗传工程又叫基因工程或称重组DNA技术，它是从分子生物学，特别是细菌质粒，限制性内切酶等方面的研究成就中发展起来的一个十分重要的新领域。所谓基因工程，就是应用酶学方法，把一个外源的目的基因（我们希望得到的性状的基因）与细菌质粒（作为目的基因的运载体）连接起来，成为一个重组的DNA分子，再把它引入细菌细胞中使之增殖并进入子代细胞，而子代细胞则成为能表达目的基因所决定的性状的新菌种。换句话说，通过体外的基因重组，可以人工创造出新的生物物种，为人类服务。

遗传工程的主要步骤：

（1）用限制性内切酶把作为载体的质粒切开（一个切点或几个切点，有些酶能把质粒切成具有黏性末端的直链分子）。

（2）用内切酶或其他方法分离目的基因。

（3）让具有相同黏性末端的运载体质粒和目的的基因混合，使它们以氢键共价配对。

（4）用连接酶使目的基因和运载体质粒连接成为新的重组DNA分子。

（5）把重组的质粒转化到受体菌中。

（6）筛选和鉴定出带有重组DNA的转化子。

利用遗传工程技术把高等动物的基因引入细菌细胞，根据细菌繁殖速度快、周期短等特点，由细菌来生产高等动物的产物。换句话说，即可以利DNA重组技术来培育“工程菌”，建立“细菌工厂”，通过发酵途径，大量而廉价地生产人类所必需的有价值的动物来源的产品。下面举几个以大肠杆菌制成的药剂：

（1）哺乳动物脑下垂体分泌的生长激素释放因子，是一个由1千个氨基酸组成的多肽，具有广泛的生理作用，能调节机体的生长，对肾炎、糖尿病和急性胰腺炎等都有治疗作用，是一种非常贵重的药剂。本来要取得5mg的这种激素，需要从50万头羊脑组织中提取，价格十分昂贵，1977年有人成功地把人脑激素（生长激素释放抑制因子）的基因转移到细菌体内，用遗传工程创造出“工程菌”，就等于建成了一座“细菌工厂”，可以从细菌发酵液中得到这种激素，估计只要9升大肠杆菌的培养液就可以得到5mg，价格便宜了很多，这是第一个用DNA重组技术进行商品化生产的例子。

（2）胰岛素是一个由50个氨基酸组成的多肽，为治疗糖尿病的药物，通常胰岛素是从猪、牛等动物胰脏中提取的，大约8 000吨的胰脏才能够获得1公斤的胰岛素。靠动物胰脏提取来生产胰岛素药品不仅成本高，而且也满足不了全世界大约六千万糖尿病人的急需。此外，动物胰岛素与人胰岛素的分子结构不完全相同，病人长期使用还会引起抗原性反应。1978年有人首先将人的胰岛素基因转移到大肠杆菌中并成功地表达，用“细菌工厂”生产人的胰岛素，不仅降低了成本，迅速提高了产量，而且长期使用无副作用。利用“细菌工厂”生产胰岛素开创了药物生产的新局面。

（3）乙型肝炎疫苗

乙型肝炎病毒能感染人和猿类，其广泛传播会严重地影响人类的健康，抗生素等抗传染药物对其都无疗效。因此，人们渴望获得乙型肝炎病毒疫苗。但是，由于引起这种疾病的乙肝病毒只能在人体肝脏中增殖，人们不能够获得大量病毒来制造疫苗。1980年法国科学家以从乙型肝炎病毒中分离出它的表面抗原基因，并使其和真菌的质粒DNA重组后转入大肠杆菌体内，结果获得了功能性表达。这种表面抗原是一种蛋白质，可以用来制造乙型肝炎疫苗用于预防乙型肝炎病。目前已经有许多药物都能够用工程菌进行制造了。

总之，遗传工程的发展使药物的生产找到了新的途径。可以预料，凡是人体内的各种激素以及防御系统产生的各种免疫物质等都可通过遗传工程的途径来获得，这也给肿瘤等疾病的防治带来了希望。此外，还可通过遗传工程方法使抗生素、维生素等药物的生物合成能力成倍甚至成百倍地增长，给人类带来巨大的经济效益。

神通广大的“细菌工厂”在不断地创造一个又一个的奇迹，它们的出现必将给人类的生活生产以及各种社会活动带来巨大的改变。

答：在某些细菌中，除了呈裸露状态的染色体（DNA）外，还存在着一种染色体外的遗传因子，称为质粒。它是一种共价闭环结构的双螺旋DNA分子。