深入了解大腸桿菌
大腸桿菌，顧名思義是一種直桿狀、棒狀的細菌，它大約長2微米，菌體直徑大約0.25至1微米，算是一種中等大小的桿菌了。它同時還是一種兼性厭氧的細菌，也就是說當有氧氣存在的時候它可以利用氧氣進行呼吸氧化，而當沒有氧氣的時候它則進行無氧發(fā)酵。
大腸桿菌對于營養(yǎng)的要求并不高，在我們實驗室培養(yǎng)的時候，利用那種普通的瓊脂平板，在37℃進行過夜的培養(yǎng)，就能生長出2-3毫米的灰白色菌落。當然，它在人類腸道中的繁殖會更慢一些。這一點十分有利于它在腸道這種復(fù)雜環(huán)境中生存。一開始，人們也只是將大腸桿菌作為一種普通的腸道細菌所看待，誰也沒有想到它后來會在基因工程、生物能源、微生物工業(yè)以及模式生物研究中取得如此大的貢獻。
與我們的關(guān)系？
大家可能會覺得基因工程不過是科研上的事，與普通人的生活并沒有太大的關(guān)系。事實上并不是。你可以想象嗎？它們就像是一個個小型的"生物工廠"，現(xiàn)代社會我們使用的醫(yī)用人胰島素、人干擾素、乙肝疫苗以及多種藥物等，絕大多數(shù)或者相當部分都是由大腸桿菌表達我們特定的外源基因而生物試劑出來的，大大降低了這些物質(zhì)原本生物試劑的成本，也為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻。
除了基因工程之外，大腸桿菌作為模式生物在細菌生理及行為的研究上也有著不可代替的作用。實驗室中常用到的是大腸桿菌的K12品系，在1997年的時候，科學(xué)家們就已經(jīng)完成了對K12品系的全基因組測序。這一品系與正常的野生型大腸桿菌品系相比，已經(jīng)失去了在腸道中生存的能力，但是卻十分適合進行實驗室研究及實驗室環(huán)境繁殖。經(jīng)典的是美國科學(xué)家Joshua Lederberg和Edward Tatum利用大腸桿菌K12，發(fā)現(xiàn)了細菌*的接合現(xiàn)象。
這有點類似于有性生殖生物中的性別，其中含有F因子（一種可以表達性菌毛的質(zhì)粒）的可以類比為雄性菌，沒有F因子的可以類比為雌性菌。雄性菌可以通過其上的性菌毛與雌性菌發(fā)生短暫的接合作用，這一短暫的接合當中，雄性菌會把這個F因子的質(zhì)粒復(fù)制并轉(zhuǎn)移給雌性菌，從而使之也變成雄性菌。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)也為我們進行不同菌種之間的遺傳物質(zhì)交流等分子生物學(xué)及微生物遺傳學(xué)的研究，提供了一個非常好的方法。
下面，再為大家介紹一下大腸桿菌在生物能源方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)能源比如說像石油、煤炭等總會有用盡的一天，而對于發(fā)展它們的替代能源，科學(xué)家們也做了不少的研究。而在生物能源方面，大腸桿菌無疑是一個有重要戲份的角色。比如說Hiroyasu Yamamoto等在2011年通過基因改造，成功使大腸桿菌將植物中的糖轉(zhuǎn)化為與傳統(tǒng)柴油幾乎一樣的碳氫化合物，他們稱之為生物柴油 ；還有的團隊，比如說Pauli Kallio等科學(xué)家在2014年也同樣通過基因改造，使得大腸桿菌可以生物試劑出丙烷，丙烷作為一種清潔能源，市場也十分的廣泛。
關(guān)于大腸桿菌的研究還有很多很多，誰也沒有想到這個原本只待在我們腸道里的小家伙，如今已經(jīng)深度融入到了無論是醫(yī)學(xué)科研還是日常的生活及工業(yè)生物試劑中，當然了，這或許也是它與人類之間的另一種方式的“互惠共生”。
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