龐大DE小細(xì)菌——“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程（十二）
3月18日, 生命有機(jī)化學(xué)國家重點實驗室的宋玉姣、王嬌龍和么鵬飛來到零陵中學(xué)，為同學(xué)們帶來“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程第十二講——龐大DE小細(xì)菌。
“食物腐爛，大家都知道是真菌和細(xì)菌等微生物造成的結(jié)果，可是大家是否知道我們?nèi)梭w內(nèi)也有相當(dāng)多的細(xì)菌，如果將其排成一列的話能繞地球兩圈！”宋玉姣簡簡單單的開場白，向同學(xué)們展示了讓人驚訝的信息。那么這些個體微小而數(shù)量龐大，繁殖速度十分驚人的細(xì)菌都有什么作用呢？細(xì)菌帶給人類的都是負(fù)面的影響嗎？帶著這些疑問，宋玉姣向同學(xué)們講述了三個有意思的故事。第一個故事“細(xì)菌的計劃生育”，繁殖速度驚人的細(xì)菌是怎么做到控制增殖的呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌之間存在廣泛的交流方式，常見的是一種密度感應(yīng)調(diào)控。每個細(xì)菌都會釋放出一些信號分子，隨著細(xì)菌密度的增加，信號分子的濃度也會增加，當(dāng)信號分子增加到一定濃度時，就會激發(fā)細(xì)菌體內(nèi)某些基因的表達(dá)。比如費氏弧菌密度到達(dá)一定值時會發(fā)光，從而告訴自己的同伴實行計劃生育，嚴(yán)格控制生育數(shù)量?？茖W(xué)家們據(jù)此利用在基因水平上改造過、對抗生素敏感細(xì)菌控制難以消滅的細(xì)菌的數(shù)量，再使用抗生素殺死細(xì)菌，達(dá)到“以毒攻毒”的目的。第二個“好細(xì)菌和壞細(xì)菌”的故事則向大家介紹了乳酸菌、酵母菌等有益的細(xì)菌，以及讓胖人“痛苦”瘦人“無奈”的“肥胖細(xì)菌”和引發(fā)腸炎的大腸桿菌等壞細(xì)菌。那么，科學(xué)家有什么方法來更好的利用好細(xì)菌或者改造壞細(xì)菌呢？第三個故事“細(xì)菌與人類的合作”，以胰島素為例介紹了大腸桿菌在基因工程中的應(yīng)用。用于治療糖尿病的胰島素最早來自于豬胰島素，由于和人胰島素仍然有所不同通常會導(dǎo)致排異反應(yīng)，而利用基因重組技術(shù)采用大腸桿菌表達(dá)得到的第二代人胰島素和第三代胰島素類似物則可以很好的解決這個問題。大腸桿菌是基因工程中常用的表達(dá)菌，科學(xué)家通過對獨立于細(xì)菌基因組的遺傳物質(zhì)——質(zhì)粒的操作讓細(xì)菌為人類服務(wù)。
基因工程、基因重組技術(shù)等概念讓同學(xué)們覺得新鮮又神奇，在簡單介紹了基因工程和堿裂解法提取質(zhì)粒的原理以后，么鵬飛和王嬌龍帶領(lǐng)同學(xué)們完成了從大腸桿菌中提取質(zhì)粒DNA的實驗：在氫氧化鈉的作用下，伴隨著細(xì)菌懸浮液從渾濁到澄清的變化，細(xì)菌細(xì)胞膜發(fā)生相變形成微囊，細(xì)菌被裂解，十二烷基磺酸鈉結(jié)合了細(xì)菌所釋放出的蛋白質(zhì)和結(jié)合在蛋白質(zhì)上的細(xì)菌基因組DNA，再與醋酸鉀作用生成難溶于水的十二烷基磺酸鉀沉淀從而可以除去大部分雜質(zhì)，將含質(zhì)粒DNA 的上清液用吸附柱吸附，洗去其余少量雜質(zhì)，用合適的緩沖液洗脫就得到純凈的質(zhì)粒DNA。這一過程巧妙的利用了生物體內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)、磷脂等等多種天然大分子化合物之間性質(zhì)的差異，從而實現(xiàn)了分離，得到了純凈的質(zhì)粒DNA。
同學(xué)們都對自己親手提取的質(zhì)粒，這個改造細(xì)菌的強(qiáng)大武器驚嘆不已。這個提取過程，巧妙地利用蛋白質(zhì)變性、十二烷基磺酸鉀鹽和鈉鹽的溶解度不同等化學(xué)變化及性質(zhì)，再一次讓同學(xué)們體會到化學(xué)無處不在的神奇。生動的講述和有趣的實驗讓大家對細(xì)菌鮮為人知的一面有了直觀的認(rèn)識，對化學(xué)在基因工程中的應(yīng)用有了初步的了解，進(jìn)一步擴(kuò)寬了知識面。
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