“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题

“肺炎双球菌及其转化”的几个疑难问题问题一。：肺炎双球菌的知识在经典转化实验中有呈现，在科学史中也起到了重要的作用。由于是微生物，所以也会有许多疑问在学生中产生，如光滑和粗糙是指菌落，不是细菌，R菌能不能转化为S菌？

肺炎双球菌又称肺炎链球菌，属于原核生物，有R型和S型，它们是肺炎双球菌两个稳定的品系。是一种人畜共患的病原菌，其中S型在人体内引起肺炎，在小白鼠体内导致败血症，使小白鼠死亡。

一、菌种分类

荚膜多糖抗原与致病力有密切关系，且成分复杂。根据荚膜多糖抗原的不同，可将其分为若干血清型，其中～型致病力较强，型最强，且具有厚的荚膜，可作为鉴别此菌的依据。

二、形态特点

肺炎双球菌直径0.5～1.5微米。革兰氏染色阳性，但老龄菌常呈阴性反应。在机体内形成荚膜，经人工培养后荚膜逐渐消失，菌落由光滑型变为粗糙型，肺炎双球菌属双球杆菌属，为化脓性革兰氏阳性菌，呈圆形或披针形、无芽孢，无鞭毛。

三、R菌转化为S菌的机理

被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA 片段，当DNA片段遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，R 型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜上的结合位点相结合，随后其中一条链被细胞膜上的核酸酶降解，降解产生的能量协助把另一条单链推进受体细胞（该过程称为DNA的结合和摄取）。

当单链进入受体菌细胞后，便与受体菌DNA上的同源区段发生交换重组。再通过受体菌DNA复制、细胞分裂，而表现出转化的性状，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。

四、S菌不能转化为R菌的原因

S型肺炎双球菌有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，所以在S菌的培养基中加入R菌的DNA，S菌不能被转化为R型。当然S型菌在自然状态下或人工的诱变下发生基因突变，S型菌可能突变为R型，但不是转化。

问题二. 肺炎双球菌S型细菌转化为R型细菌，转化因子是拟核中的DNA还是质粒DNA？

要搞清楚这个问题，首先要搞清楚细菌的变异类型和变异的机制。

一、菌落变异

细菌的菌落主要有光滑（smooth，S）型和粗糙（rough，R）型两种。刚从标本中分离的细菌菌落多为光滑型（S型），长期人工培养后菌落可逐渐变为粗糙型（R型）。S型菌落表面光滑、湿润，边缘整

齐。R型菌落表面粗糙、干皱，边缘不整齐。细菌菌落由光滑型变为粗糙型的变异，称为S-R变异。S-R变异多见于肠道杆菌，细菌发生菌落变异时，其理化性状、免疫原性、耐药性及毒力等也会发生改变。一般S型菌致病性强。但结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌其毒力菌株就是R型。

二、细菌变异的发生机制

细菌的遗传性变异是由于基因结构发生改变所致，主要通过基因突变、基因转移与重组两种方式实现。

基因突变的方式学生比较熟悉，这里就不叙说了，基因转移与重组这种方式高中没有具体的叙说，下面把这种方式简单总结如下。

遗传物质由供体菌进入受体菌体内的过程称为基因转移。

转移的基因与受体菌DNA整合在一起，称为重组。外源性遗传物质包括细菌染色体DNA片段，质粒DNA及噬菌体基因等。细菌通过某种方式获得外源基因并与自身基因重组，导致自身遗传性状改变是细菌遗传性变异的另一种方式。

基因转移与重组的方式有转化、接合、转导和转换四种。

1、转化

受体菌直接从周围摄取供体菌游离的DNA片段，与自身基因重组后获得新遗传性状的过程。例如，活的无荚膜肺炎双球菌（R）摄取死的有荚膜肺炎双球菌的DNA片段（S）与自身基因重组后获得了形成荚膜的能力，转变成有荚膜的肺炎双球菌（S）。由R型菌转化为S型菌。

2、接合

指遗传物质（如质粒）通过性菌毛由供菌体传递给受体菌，使受体菌遗传性状发生改变的过程。

（1）F质粒接合

带有F质粒的雄性菌，通过性菌毛将F质粒的一条DNA链传递给无性菌毛的雌性菌，质粒DNA复制后，雌性菌获得了F质粒，也具有了形成性菌毛的能力,转变为雄性菌。

（2）R质粒接合

R质粒是由耐药传递因子（RTF）和耐药决定因子（r决定因子）两部分组成。耐药传递因子编码性菌毛，功能与F质粒相似。耐药决定因子编码对抗菌药物的耐药性。这两部分可以单独存在，也可以结合在一起成为复合物，但必须两部分结合在一起时，才能将耐药性转移给其它细菌。

细菌携带的多重耐药质粒也可通过性菌毛转移给其它细菌，从而导致细菌耐药性的扩散，这也是近年来耐药菌株日益增多的一个重要原因。

3、转导

转导是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新性状的过程。

4、溶原性转换

某些温和噬菌体感染敏感菌后，其基因可整合于宿主菌染色体中，此状态下的细菌称为溶原性细菌。溶原性细菌因DNA结构改变获得噬菌体基因赋予的新性状称为溶原性转换。如无毒性的白喉棒状杆菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌、A族溶血性链球菌均可因噬菌体感染呈溶原状态时产生外毒素。

综上所述，无荚膜的R型细菌转化为S型细菌，属于转化，据资料认为，无荚膜的R型细菌有非常重要的“感受态因子”位点，保证了S 型细菌的DNA可以进入。这是广义上的基因重组，然后在R型细菌内再得到表达，形成荚膜，使R型细菌转化为S型细菌。

问题三：什么是感受态？S型肺炎双球菌能不能变成R型菌？人工方法如何让细菌产生感受态？

细胞能够从周围环境中摄取DNA分子，并且不易被细胞内的限制性核酸内切酶分解时所处的一种特殊生理状态称感受态。

细菌的感受态有两种类型：一种是自然感受态，自然感受态细菌可以自由地吸收DNA，通过它来进行遗传转化；另一种是人工感受态，在这种转化中，细菌发生改变使得它们能摄入外源DNA。枯草芽孢杆菌属于能够发展为自然感受态的细胞，大肠杆菌就属于需要人工处理的细胞。

转化示意图

1．自然感受态—R型活菌

R型肺炎双球菌存在控制荚膜不能形成的基因，S型肺炎双球菌存在控制荚膜合成的基因。将加热杀死的S型菌与R型活菌混合后，注入小鼠体内，发生了R型菌向S型菌的转化。并非任意两株R型菌与S 型菌之间的接触都可发生转化。据研究，凡能发生转化的，其R型菌必须处于感受态。

（1）R型菌的特点

据资料,作为受体菌的R型活肺炎双球菌在其生长后期，即对数期后期大约40分钟内处于“感受态”。

R型活肺炎双球菌细胞膜表面有30-80个“感受态因子”位点。感受态因子是一种胞外蛋白，可诱导与感受态有关蛋白的表达，其中包括自溶素，它使细胞表面的DNA结合蛋白和核酸酶裸露出来。正是因为