微生物遗传学技术发展及其在环境工程中的应用

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第1期　　　　　　　吴秀玲等:微生物遗传学技术发展及其在环境工程中的应用　　　　　　　　　75　合。这些重新组合可以发生在一个DNA分子内,从而产生缺失、倒位、转座或重复,也可以发生在两个分开的亲本DNA分子之间,从而产生来自每一亲本的部分遗传信息的重组分子。根据对DNA序列和所需蛋白质因子的要求,可以把重组分为两大类,同源重组和专一点位置重组。其中同源重组又称一般重组,这一类重组依赖于大范围DNA同源顺序的联会,而联会的部分不受限制,负责DNA配对和重组的蛋白质因子无碱基序列特异性,只要两条DNA序列相同或接近相同,重组便可以在联会部分的任何位置发生。同源重组是染色体之间进行信息交换的方式之一,几乎所有生物中都发生这类重组方式。启动同源重组的酶能够作用于不同形式的DNA分子,这包括有基因转移导入的部分染色体以及细菌中原有的完整的染色体、质粒或噬菌体DNA。只要二个染色体之间存在有较大范围的同源区段,不论其来源如何都能重组。专一点位重组又可以分为保守性重组和复制性重组两大类型。保守性重组依赖于小范围同源序列的联会,联会限于特定的序列,需要有位点特异性的蛋白质参与催化,这些蛋白质因子不能催化其它任何两条序列之间的重组,保持了重组的特异性和高度的保守性。复制性重组在重组过程中伴随着复制,而且转座的不是转座因子而是复制后的所产生的一个拷贝。

自然界的微生物可通过多种途径进行基因转移,并通过基因的重新组合以适应随时改变的环境,微生物的基因转移的途径包括接合、转化、转导以及细胞融合等。细菌的接合过程分两步进行,即接合配对的形成和DNA的转移。当性菌毛头部与受体细胞接触,使供体细胞与受体细胞连接到一块以后,性菌毛可能通过给体或受体细胞膜中的解聚作用和再溶解作用进行收缩,从而使给体和受体细胞紧密相连。紧接着便开始接合过程的第二类——DNA转移,当转移达到受体细胞内后在宿主细胞编码酶的作用下开始复制,供体细胞内的单链也在DNA多聚酶的作用下进行复制。转化是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型细胞小DNA而使它的基因型和表型发生相应变化的现象。随着对转化机制的了解以及DNA重组技术的建立,人们对那些不能进行人工自然转化的细菌、真菌、放线菌乃至高等真核生物细胞进行人工处理而获得从周围介质中摄取DNA的能力,这些处理包括用高剂量的二价阳离子(如Ca2+或Mg2+等)、原生质体形成以及电穿空等方法。自然转化一般通过一系列过程得以实现:感受态的出现;转化因子的接合与进入;转化因子的整合。转导是由病毒介导的细胞间进行遗传交换的一种方式,即一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。转导可分为普通性转导和局限性转导两类。在普通性转导中,噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞内。

细胞功能是由细胞中的各种蛋白质来实现的,调控基因是使细胞在某一特定条件下合成这些蛋白质的基因。调控基因包括调节基因、操纵基因、(或操纵区)以及启动基因(或启动区)。操纵基因同一个或几个结构基因联合起来,形成一个在结构上、功能上协同作用的整体——操纵子。调节基因通过产生阻遏物或激活物来调节操纵基因,从而控制结构基因的功能。启动基因是RNA多聚酶和CPA蛋白的结合位点,控制着转录的启动。原核生物的基因调控主要发生在转录的水平上,这是一种最经济的调控。根据调控机制的不同又可分为负转录调控和正转录调控,在负转录调控系统中,调节基因的产物是阻遏蛋白,起着阻止结构基因转录的作用。根据其作用性质又可分为负调控诱导和负控阻遏两大类。在负控诱导系统中,阻遏蛋白和效应物接合时,阻止结构基因转录;负控阻遏系统中,阻遏蛋白和效应物接合时阻止结构基因的转录。在正转录系统中,调节基因的产物是激活蛋白。同样根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。在正控诱导系统中,效应物分子的存在使激活蛋白处于活动状态;在正控阻遏系统中,效应物分子的存在使激活蛋白处于不活动状态。不论是诱导系统还是阻遏系统,激活蛋白的作用部位是启动区,对启动区其起正作用。除以上四个操纵子水平的转录调控系统外,细胞分子水平的调控机制有转录的生理调控、分化核发育的基因调控等。

2　微生物遗传技术在环境工程中的应用

微生物遗传学在环境工程中的应用越来越引起人们的关注,而且在这方面已取得了一定的进展。在工业化高度发展的当今世界,环境的恶化已经日趋严重,并已对人类的生存构成了严重的威胁,特别是各种,,

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