閆 立 武 輝

(安徽省宣城中學 242000)(浙江省桐鄉(xiāng)第一中學 314500)

1 多糖類莢膜與其致病性有何關系

莢膜是某些細菌的特殊結構，是位于細胞壁外的一層厚度不定的透明膠狀物質(zhì)，主要由水、多糖或多肽組成[1]。莢膜主要有以下作用：防止細菌變干，吸附陽離子，防止噬菌體的侵襲，防止吞噬細胞的消化和吞噬。S型菌的多糖類莢膜能夠使S型菌抵抗吞噬細胞的吞噬和體液中殺菌物質(zhì)的作用，從而在小鼠體內(nèi)存活并迅速繁殖而導致小鼠患病死亡。R型菌沒有多糖類莢膜，易被吞噬細胞和體液中的殺菌物質(zhì)清除，不會導致小鼠患病。故S型菌的致病性并非直接由多糖類莢膜引起，而是由于多糖類莢膜的保護作用使S型菌在體內(nèi)大量繁殖所致。

2 S型菌是否可能由R型菌突變產(chǎn)生

在格里菲斯“體內(nèi)轉化”實驗的第四組中，從小鼠體內(nèi)分離的S型菌一定是由R型菌轉化產(chǎn)生的嗎？是否可能由R型菌突變產(chǎn)生呢？根據(jù)莢膜多糖抗原特性的不同，S型菌可分為多種類型，其中Ⅰ～Ⅲ型(SⅠ、SⅡ、SⅢ)致病力較強，Ⅲ型最強。SⅠ、SⅡ、SⅢ的相應突變類型為RⅠ、RⅡ、RⅢ。在格里菲斯的第四組實驗中，是用SⅡ型菌的突變類型(RⅡ)與高溫殺死的SⅢ型菌混合共同注射到小鼠體內(nèi)，結果從死亡的小鼠體內(nèi)分離出的S型菌全為SⅢ型菌。若是發(fā)生回復突變應該能從死亡的小鼠體內(nèi)分離出SⅡ型菌。因此，產(chǎn)生的S型菌是由RⅡ菌轉化而來而非突變產(chǎn)生。

3 R型菌是如何轉化為S型菌的

轉化是指受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象[1]，是細菌間遺傳物質(zhì)轉移方式的一種。轉化能否發(fā)生主要受以下幾方面的影響：①細菌間能否發(fā)生轉化與兩菌種間的親緣關系密切相關，親緣關系越近轉化就越易發(fā)生，故轉化多發(fā)生在同一物種或近緣物種之間；②能夠發(fā)生轉化的細菌必須處于感受態(tài)(最易于接受外源DNA片段并能實現(xiàn)轉化的一種狀態(tài))，調(diào)節(jié)感受態(tài)的一類特異性蛋白稱感受態(tài)因子，主要包括膜相關DNA結合蛋白、細胞壁自溶素和幾種核酸酶等，人工條件下可用環(huán)腺苷酸(cAMP)或Ca2+處理受體菌使其處于感受態(tài)；③轉化還受到轉化因子的大小和濃度的影響。

肺炎雙球菌的轉化(R型菌轉化為S型菌)是同種細菌不同品系間的轉化，具體過程如下：處于特定生長期的R型菌分泌感受態(tài)因子(細胞壁自溶素)，細胞壁局部缺失，使細胞表面的膜連結合蛋白和核酸酶暴露出來；S型菌的DNA與R型菌的膜連結合蛋白相結合，R型菌會釋放限制性核酸內(nèi)切酶將S型菌的DNA降解為較短的DNA片段，然后另一些酶將S型菌的DNA雙鏈打開；此后一條鏈被降解，另一條鏈進入細胞與R型DNA同源區(qū)段配對，切除并替換相應的單鏈片段形成雜合區(qū)段；受體細菌分裂時，隨著DNA的復制雜合區(qū)段也隨之復制并分離，后代就會出現(xiàn)R型菌和S型菌。

可見，轉化是S型菌將控制多糖類莢膜合成的相關基因整合到R型菌的DNA分子上并得以表達的過程，本質(zhì)上屬于基因重組。DNA自然狀態(tài)下，轉化的頻率很低，形成的S型菌數(shù)量較少，但少量的S型菌在小鼠體內(nèi)會迅速繁殖從而使小鼠患病死亡。

若將R型菌的DNA與S菌混合培養(yǎng)，能否使S型菌轉化為R型菌？由于S型菌具有多糖類莢膜，自然狀態(tài)下不會出現(xiàn)感受態(tài)，故將R型菌的DNA與S型菌混合培養(yǎng)，不會使S型菌轉化為R型菌。

4 為何S型菌的DNA經(jīng)高溫處理后仍具有遺傳效應

蛋白質(zhì)經(jīng)高溫處理后空間結構被破壞而變性失活，該過程是不可逆過程。高溫能斷裂DNA雙鏈間的氫鍵使其解旋為單鏈，但并不破壞DNA的一級結構，這一過程是可逆過程，當溫度降低時解旋的兩條單鏈的堿基可以再度互補配對形成氫鍵，恢復原有的雙鏈結構。所以，加熱殺死的S型菌的DNA仍具有遺傳效應。

5 為何有人對艾弗里實驗結論有懷疑

艾弗里的“體外轉化”實驗的第2組和第3組實驗分別從正反兩方面證明了轉換因子為S型菌的DNA，即S型菌的DNA才是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)，但為何仍不能排除人們對其實驗結論的懷疑呢？對于艾弗里的質(zhì)疑主要來自兩個方面[2]：第一種觀點認為即使轉化因子是S型菌的DNA，也有可能只是對莢膜的形成有直接的化學效應，并非作為遺傳信息的載體起作用，即轉化因子不等同于遺傳物質(zhì)；第二種觀點否認DNA為遺傳物質(zhì)，認為可能是殘存的微量蛋白質(zhì)或其他成分促使R型菌的轉化。對于第一種觀點，同時代的生物學家泰勒和哈赤基斯從S型肺炎雙球菌中分離出一種抗青霉素的突變型(記為抗-S)，提取出它的DNA并將DNA與對青霉素敏感的R型菌(記為非抗-R)共同培養(yǎng)。結果發(fā)現(xiàn)，某些非抗-R型菌已被轉化為抗-S型菌并能穩(wěn)定遺傳。于是“轉化因子是通過對莢膜的形成有直接的化學效應”的觀點被推翻。對于第二種觀點，艾弗里分別從正反兩方面證明了“有且僅有DNA才能使R型菌轉化為S型菌[3]”，且隨著DNA純度的提高，轉化效率也越高。但是限于當時人們對DNA的認識還停留在“四核苷酸假說” (DNA是由四種核苷酸縮合的四核苷酸構成)，無法解釋DNA怎樣能夠攜帶大量的遺傳信息，連艾弗里本人在對待實驗的結論上也表現(xiàn)得過于謹慎，他不主張將DNA看作生物普遍的遺傳物質(zhì)，并且指出樣品存在污染的可能性。所以，艾弗里的實驗結果沒有被當時的人們所接受也是有歷史原因的。