格里菲思肺炎双球菌体内转化实验结论的有关解释

格里菲思肺炎双球菌体内转化实验出现S型活细菌的可能性及排除

Yong037整理

实验目的：研究肺炎双球菌是如何使人患肺炎的

实验材料：小鼠、肺炎双球菌（S型和R型）

实验过程：

实验结论：第一组说明R型肺炎双球菌无毒性，不会使小鼠患败血症死亡；

第二组说明S型肺炎双球菌有毒性，使小鼠患败血症死亡；

第三组说明加热杀死的S型肺炎双球菌无毒性，不会使小鼠患败血症死亡；

第四组说明已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成将R型细菌转化形成有毒性的s型活细菌的活性物质——转化因子，这种转化因子将无毒性的R型活细菌转

化为有毒性的S型活细菌。

第四组出现S型活细菌的可能性及排除：

1、基因突变：R型活细菌和S型活细菌均有三种亚型：I-R型、Ⅱ-R型、Ⅲ-R型和I-S型、Ⅱ-S 型、Ⅲ-S型（构成各亚型S细菌荚膜的多糖存在差异）；格里菲斯通过实验发现，某亚型的S型菌通过连续的多代培养，其中极少数可能突变成相应亚型的非致病的R型肺炎双球菌，即I-S型—I-S型、Ⅱ-S型一Ⅱ-R型、Ⅲ-S型一Ⅲ-R型；他还发现，向小鼠皮下注射大量R型活细菌，有时可获得相应亚型的S型菌；即R型肺炎双球菌与S型肺炎双球菌只能发生同型突变。格里菲斯在进行实验时，采用的是Ⅱ-R型菌与加热后杀死的Ⅲ-S型菌，将它们混合后注入小鼠体内培养，最终在小鼠体内只分离得到了Ⅲ-S型的活细菌。如果S型菌是R型菌通过基因突变产生的，则分离得到的应该是Ⅱ-S型细菌，而实际得到却是Ⅲ-S型的活细菌，故第四组出现的有毒性的S型菌不是R型菌通过基因突变而来的。

2、S型细菌“复活”：加热会破坏蛋白质的空间结构，且该过程不可逆；也会使DNA变性：加热会使氢键断裂，DNA双螺旋解开成单链，当温度缓慢降低时单链又可以重新形成双链，称为DNA复性，但蛋白质变性失活后，降温也不可能再恢复其功能，所以，加热杀死的S菌的蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，而其DNA还是有作用的；再者，1933年，阿洛维将Ⅱ-R型细菌和Ⅲ-S型细菌的无细胞提取液（所有完整细胞、细胞碎片、荚膜分子都通过离心和过滤从提取物中去掉）混合，培养皿上仍长出了Ⅲ-S型细菌。这否认了R型细菌以某种方式使加热杀死的S型细菌“复活”。

3、转化（基因重组）：R型活肺炎双球菌（受体菌）在对数期后期（生长后期）约40min内处于“感受态”，吸收外源DNA的能力比其他时期大1000倍。此时，R型菌（受体菌）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，它可以催化外来DNA片段的吸收或降解细胞表面某种成分，从而使细胞表面的DNA受体显露出来（也可能是一种自溶酶，可特异性地结合双链DNA）。被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）通过自溶过程，释放出自身的DNA片段（已经失活，但双链结构尚存在，分子量小于1×107，约含15个基因），称之为“转化因子”。当“转化因子”遇到“感受态”的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，就有10个左右这样的双链片段与R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面的“感受态因子”位点相结合，在位点上进一步发生酶促分解，形成平均分子量为4×106～5×106的DNA片段，然后双链拆开，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），与受体菌DNA上的同源区段配对，并使受体菌DNA的相应单链片段被切除，从而将其替换，形成一个杂种DNA区段（它们间不一定互补，可能呈

杂合状态）。随着受体菌DNA进行复制，杂合区段分离成2个模板，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。当细胞分裂后，已复制的DNA发生分离，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。这个过程称为原核生物的转化，其实质是基因重组。因为R型细菌与S型细菌的DNA可以在同源区段配对，形成杂合细菌，所以通过分裂生殖形成R型和S型两种后代细菌，不像许多人认为的R型细菌直接变成S型细菌。而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。

故格里菲思从第四组实验的小鼠尸体上分离出的有毒性的S型活细菌是由于加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子将R型细菌转化形成有毒性的s型活细菌。