什么是质粒？从生物武器到转基因食品与之相关

　　什么是质粒？病毒？生物武器？全邪恶的根源？里面有什么神秘和魔力？

　　书面文章 Wenhui（陆军医科大学基础医学院生化与分子生物学的生化和分子生物学教学和研究办公室）

　　DNA存储了一代人传递的遗传信息，被称为“生命密码”。从沃森（Watson）和克里克（Crick）发现DNA双螺旋结构的那一刻起，DNA的“魔术盒”被打开，并且解密了越来越多的不同类型的DNA分子。研究发现，大多数DNA分子是线性结构，例如人染色体DNA。如果将单个细胞中的所有DNA分子扩展，则长度可以达到2-3米。然而，细菌中存在的一类DNA分子是环形的，并在广阔的DNA分子宇宙中穿梭。尽管它的大小仅是千分之一的细菌染色体，但它是无限的魔术 - 它是神奇的“质粒”。

　　左：细菌染色体DNA的线性结构；右：质粒的环结构

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　　病毒而不是病毒

　　在1940年代，炭疽病养育了美洲。这是人类和动物的急性传染病。起初，它在美国德克萨斯州很受欢迎，导致大量鹿群死亡。后来，在人群中发现了同样的症状：皮肤坏死，溃疡，灼热，有毒血液和组织的广泛湿气...最后，由于肺，肠和脑膜炎的急性感染而被感染的人丧生[ 1]。

　　科学家试图通过寻找感染来源来克服传染病。他们发现，真正的凶手是安达米亚的一种有毒物质。而且，他们认为该物质是一种通过快速繁殖，导致动物或人类生病的病毒。直到1950年，美国生物学家约书亚·莱德伯格（Joshua Lederberg）才确认该物质不是病毒，并于1952年将其命名为“质粒”。

　　血浆是一种环形DNA分子，范围从1-200kb（独立于细菌染色体），并且具有复制自身的能力。细菌中的质粒含量最丰富，也可以在诸如螺旋，螺纹细菌和酵母等微生物中发现。电子显微镜下的质粒是CO -ARITE，闭合，环和小双链超级刺激DNA分子，看起来像“扭曲” [2]。由于质粒的功能及其在细菌基因重组中的功能，莱德伯格于1958年获得了诺贝尔生理学和医学奖。那么，质粒和病毒之间的差异是什么相同的差异？为什么很长时间以来它会对科学家感到困惑呢？首先，可以像病毒一样复制质粒并迅速繁殖。但是两者之间的差异也很明显：该病毒是由核酸分子（DNA或RNA）和蛋白质组成的非细胞形式。它是生命体甚至非生命中的侵入性有机物种。一般病毒的两个或三个成分：RNA或DNA，蛋白质，脂质（病毒的一部分）。质粒只有一种成分，即DNA，质粒是细胞的一部分。

　　尽管病毒和质粒不相同，但仍存在不可脱水的连接。2017年，澳大利亚新南威尔士大学的研究团队在古代细菌中发现了一种特殊的质粒。它的外观和行为就像病毒一样，但缺乏表明它是病毒的基因。可以说，这是一种具有病毒属性的质粒。研究小组基于此推测最早的病毒可能是从这种质粒中进化的[3]。

　　不知所措的孤独游侠

　　像“黑客”一样，质粒DNA可以摆脱染色体DNA DNA的约束，独立的“编程”是自主复制的。这主要是由于质粒DNA副本的副本，该副本可以打开自己的副本，并且有一个相应的调节基因，可以控制复制的频率。这意味着质粒可以改变宿主细菌的特征并发挥其有效性。

　　另外，质粒也被转移。在自然条件下，通过细菌的结合，大多数野生型质粒可以从一个宿主细胞转移到另一个宿主细胞，甚至进入具有更紧密关系的不同类型的宿主。该过程取决于BOB基因和其他蛋白质因子的表达产物的相互作用：编码相关蛋白质的MOB基因。在TRA转移蛋白的组合下，将质粒转移到新孔主细胞的NIC间隙到NIC间隙点，质粒可以通过间隙进入新的新宿主细胞[4]。但是，一座山无法容忍两只老虎。如果两个质粒具有相同或相似的副本子结构和调节模式，则它们在同一宿主单元中不可能稳定存在。这种现象称为质粒的不兼容。

　　生物武器黑色历史

　　有许多质粒，包括大肠杆菌，芽孢杆菌，芽孢杆菌和沮丧的炭疽病（Anthurium）。依靠这种细菌-Anthrax开发的生物武器，这是人类开始理解致病细菌后开发的第一个生物武器。

　　1870年，科学家罗伯特·科赫（Robert Koch）伪造了Anthurium。他发现这种细菌活力，易于培养，高稳定性，并且可以在体外六个月内保持足够的毒性和感染力。但是，科赫不知道炭疽病的真正原因。直到19世纪末，科学家才发现拟源性毒性因子的来源是PXO1和PXO2两个质粒。其中，质粒PXO1含有有毒基因，可以产生有毒力因子和各种毒素。质粒PXO2包含编码细菌膜蛋白合成所需的基因。这两个有毒特性彼此取决于彼此。任何缺乏质粒都会降低蒽的毒性并减少毒药。 [5]

　　蒽电子显微镜的观察图（来源：美国CDC -Janice Haney Carr）

　　在第一次世界大战期间，德国间谍部门将炭疽病安装在可消化的试管中，埋葬在饲料中，并杀死了中立国家的军事马，并打开了现代细菌战争的窗帘。 1928年，苏联生物斯托尔的父亲雅各夫·菲什曼（Jacov Fishman）发现，炭疽菌细菌具有高强度和韧性，并且可以承受爆炸的影响和干燥处理。因此，未来可能成为人类威胁的最大生物战[6]。 1939年，臭名昭著的日本731名部队在我的国家和Zhejiang，Zhejiang，Zhejiang，Zhejiang，Zhejiang，Zhejiang，Zhejiang和Jiangxi种植了人类，并利用现场直播人员进行细菌测试和细菌武器效率测试，从而导致了大型军事和数量的军事和数量。其中，HA型炸弹（哈哈）是炭疽病的炸弹，看起来像普通的钢壳炸弹。一旦内部爆炸中包含手榴弹，炭疽病就会被伤口感染。地板污染。 1942年，英国要求一个苏格兰小岛 - 绿地岛进行炭疽病试验。它计划使炭疽病杀死来自德国牧场的大量牲畜，以切断肉类供应（因此，该计划也称为“素食行动”），也称为“素食行动”）。同时，全国范围内的炭疽病爆发，以消除希特勒的纳粹政权。第二次世界大战结束后，美国一直在秘密开发诸如R-400炸弹之类的炭疽战争。但是，美国在2001年遇到了前所未有的生物恐怖袭击，称为“美国炭疽病事件”。这一事件在全球范围内引起了军事反思，国家连续履行了“禁止生物武器公约”， 生物武器的研发目的已从攻击转变为防御。炭疽病的研究严格仅限于实验室，包括炭疽病的遗传转化和疫苗的发育。目前，包括我国家在内的许多国家都开发了炭疽疫苗。

　　Anthumidium疫苗（来源：疫苗生产者新兴生物溶液）

　　你们也是佛陀

　　当然，质粒并不是所有弊端的根源。在1970年代，科学家开始改变天然野生类型的质粒，并使用基因工程技术打开了新的基因工程大门。根据保留天然质粒的优势，人为地转化质粒以增加耐药性，人们可以根据需求筛选不同的菌株。同时，可以在质粒上设计多个克隆位置，使用相关酶打开质粒分子，连接到外源性DNA，并使用浆液自我独立副本的特性传递外源性的信息DNA对宿主细菌，从而达到了特征。转型。

　　建立重组质粒的步骤：1。获取含有质粒的应变； 2.提取质粒并使用相应的酶剪切切割颗粒； 3.外源基因连接到壳质粒以构建重组的质粒；拉紧; 5.新菌株获得新的特征。 （来源：http：//esvool.iaspaper.net/what-tnetic-modification/the-part-erp--er-geytic-endinering/））））））））））））））））））））））））））

　　诱导肿瘤质粒（Ti质粒）的发现具有时期的意义，并将人类引导到转基因技术时代。 Ti质粒是一种双链环形的DNA分子，可以独立复制在根癌的核区域之外。 1977年，比利时分子生物学家马克·范·蒙塔古（Marc van Montagu）和乔兹夫·谢尔（Jozef Schell）证实，这种Ti质粒可以将外源基因整合到宿主植物的基因组中，从而产生出色的特性，例如抗病性和虫害，盐抗盐抗 - 阿尔巴利，草药，草除草剂， ，延长的水果和蔬菜储存期，等等，此过程还可以产生药物，抗体，疫苗等。

　　在与Ti质粒有关的应用中，最捕捉的是转基因食品。从理论上讲，人类可以通过自己的意愿通过Ti质粒转化来转变植物，并获得所需的食物。实际上，自1983年科学家将细菌叶绿素耐药基因转移到烟草中，这是世界上转基因植物的第一种情况，人类并没有停止发展转基因食品的发展。越来越多的转基因食品来自实验室并进入人们的生活，例如转基因大豆，转基因的土豆。

　　以基因改良的土豆为例，科学家将含有干旱相关基因的DNA片段通过PCR技术放大了体外。合成后，他们使用各种酶切割DNA片段，然后在Ti质粒多克隆位置缝合产物，以在重组后获得重组的质粒质粒本质，这些质粒是由根癌农业细菌介导的。土豆感染更多受伤的组织，农作物可以获得外部耐干旱的基因，从而显示出干旱的耐受性。

　　基因修饰的马铃薯种植的步骤：1。获得Ti质粒； 2.获取目的地基因； 3.建立一个重组的质粒； 4.癌症农杆菌用马铃薯碎片介导转化率感染；幼苗7.伊维斯炸薯条； 8.小土豆形成了非生产田地的田地； （作者图）

　　争议和前景

　　从出生的那一刻起，关于遗传食品的争议永远不会停止。尽管没有证据表明转基因食品会对人类健康造成伤害，但基因操作过程中可能发生意外的变化及其对健康和环境的长期影响，但科学研究还不够深。因此，许多国家和地区，例如美国，英国，法国，澳大利亚，新西兰等，都制定了相应的法律和法规，以标记并严格控制遗传上的遗传控制。

　　同时，随着克隆技术的持续发展，质粒的“魔力”变得越来越受。人为建立的 - 元素质粒DNA序列已广泛用于克隆，扩增，表达和保存克隆。 2017年，世界上第一对的人体细胞克隆猴子“中国”和“ Huahua”标志着我的国家在国际上领导着非人类长期疾病的动物模型。依赖粒度携带者的非同性克隆系统已加速了各种脑部疾病的新药（阿尔茨海默氏病，自闭症等），以及免​​疫缺陷，肿瘤和代谢性疾病。

　　人体细胞克隆猴子“中国和中国”和“ Huahua”日常生活（来源：中国科学院的脑科学和智能技术创新中心）

　　尽管质粒是微生物细胞中极小的成分，但它在生物学发展中起着非常重要的作用，并且具有很大的前景[7]。它就像一个钥匙，它打开了基因的“魔术盒”，这不仅带来了人类的健康和健康，而且可能引起灾难和战争。如今，随着生物技术的快速发展，只有使用这款双刃剑，我们才能继续使人类受益并促进社会的可持续发展。

　　参考

　　[1] Dibyendu Banerjee，Baishali Chakraborty，Banya Chakraborty。炭疽：在新兴威胁和生物恐怖主义之间合并边缘的地方[J]。印度皮肤病学杂志，2017，62（5）：456-458。

　　[2] Birnboim，HC。一种用于分离质粒DNA的快速碱性提取方法[J]。唤醒学方法，1983，100。

　　[3] Erdmann S，Tschitschko B，Zhong L等。来自南极卤素的质粒使用专门的膜囊泡来传播和感染无质粒细胞[J]。自然微生物学，2017，2（10）。

　　[4]MaríaPilarGarcillán-Barcia，MaríaVictoriaFrancia，Cruz F D L。共轭松弛酶的多样性及其在质粒分类中的应用[J]。 FEMS微生物学评论，2009，33（3）：657-687。

　　[5]基因组特征和拟人动物的拷贝数变化PXO1和PXO2在412个菌株的历史集合中[J]。 Msystems，2018，3（4）。

　　[6] Makino Sou-ichi。 [炭疽作为生物学武器]。 [J] .Shokuhin Eiseigaku Zasshi。日本食品卫生学会杂志，2002,43（3）：J228-32。

　　[7] Smalla K，Top E M，Jechalke S.质粒检测，表征和生态学[J]。微生物学Spertrum，2015，3（1）

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　　“重返帕克”，科学家的良好流行科学。 Wen Xiaogang是一位国际知名物理学家，生物学家Yan Ning Co -editor，以及由数十个不同领域的第一类学者组成的编辑委员会，与您一起寻找。

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