【推荐阅读】肺炎双球菌转化实验

来源:仪征中学 时间:2021-11-20
 

实验信息

肺炎双球菌(肺炎链球菌)

肺炎双球菌(学名Diplococcus pneumonia),因在液体媒介中以链的方式生长,于1974年被重新命名为肺炎链球菌(学名:Streptococcus pneumoniae)。因它是肺炎的病原因子,一般都会称它为肺炎球菌。作为一种重要的人类病因,肺炎链球菌于1880年代已被发现能引致肺炎,亦是体液免疫研究的对象。

肺炎链球菌在正常人的口腔及鼻咽部经常存在,一般不致病,只形成带菌状态。只有在免疫力下降时才致病.尤其在呼吸道病毒感染后或婴幼儿,年老体弱者易发生肺部感染。 其中光滑型的菌株产生荚膜,有毒,在人体内它导致肺炎,在小鼠体中它导致败血症,并使小鼠患病死亡,其菌落是光滑的;粗糙型的菌株不产生荚膜,无毒,在人或动物体内不会导致病害,其菌落是粗糙的。

肺炎双球菌有多种株系,但只有光滑型菌株可致病,因为在这些菌株的细胞外有多糖荚膜起保护作用。肺炎双球菌能否致病与其是否能产生荚膜有密切关系,因荚膜能抵抗人体内吞噬细胞的吞噬作用而大量繁殖,引起疾病。

致病原理

肺炎链球菌不产生毒素,所以不会导致原发性组织坏死或形成空洞,其致病原因是由于它含有高分子多糖体的荚膜,可以侵袭组织,首先会引起肺泡壁的水肿,然后出现白细胞和红细胞渗出,含菌的渗出液经Cohn孔(肺泡与肺泡之间的小孔)向肺中央部分扩展,严重可累及几个肺段或整个肺叶。

肺炎链球菌利用表面黏着素与上皮细胞的相互作用,紧贴在鼻咽细胞上。如细菌进入如耳咽管或鼻窦等地方,这种定植的情况会转变为感染,造成如中耳炎鼻窦炎。若将肺炎链球菌吸入肺部而不能清理,加上病毒感染或吸烟引发的纤毛痳痹,就会造成肺炎。一旦肺炎链球菌进入一些很难发现的地方,它就会活性化补体蛋白质,刺激细胞激素的生成及吸引白血球(尤其是嗜中性白血球)。它的多糖荚膜会抵抗吞噬作用,若并没有抗荚膜的抗体,肺泡巨噬细胞则不能有效地杀死它们。若它们扩散至血液中,就可能会引发菌血症,并且被带到身体的其他地方,如脑膜、关节、骨骼及腹膜,亦可能会导致脑膜炎、脑脓肿、骨髓炎或脓毒性关节炎等。

实验中使用的RⅡ型肺炎链球菌无荚膜,无毒力,在被实验动物体内很快被吞噬细胞吞噬并杀灭。SⅢ型肺炎链球菌有荚膜,可抵抗吞噬细胞的吞噬,可在宿主体内定居并繁殖并引发炎症。无论是RⅡ型肺炎链球菌或是SⅢ型肺炎链球菌,被高温灭活后均无毒性,不会引起肺炎。

折叠编辑本段实验过程

弗雷德里克·格里菲斯的实验

弗雷德里克·格里菲斯以R型和S型菌株作为实验材料进行遗传物质的实验,他将活的、无毒的RⅡ型(无荚膜,菌落粗糙型)肺炎双球菌或加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌注入小白鼠体内,结果小白鼠安然无恙;将活的、有毒的SⅢ型(有荚膜,菌落光滑型)肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌和少量无毒、活的RⅡ型肺炎双球菌混合后分别注射到小白鼠体 内,结果小白鼠患病死亡,并从小白鼠体内分离出活的SⅢ型菌。格里菲斯称这一现象为转化作用,实验表明,SⅢ型死菌体内有一种物质能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型菌,这种转化的物质(转化因子)是什么?格里菲斯对此并未做出回答。

注入宿主的细菌类型 细菌特征 宿主感染后反应
II-R(粗糙型) 无荚膜 存活
III-S(平滑型) 有荚膜 死亡
死的III-S 存活
死的III-S + 活的II-R 死亡

埃弗雷(艾弗里)等人的进一步实验

1944年美国的埃弗雷(O.Avery)、麦克利奥特(C. Macleod)及麦克卡蒂(M.Mccarty)等人在格里菲斯工作的基础上,对转化的本质进行了深入的研究(体外转化实验)。他们从SⅢ型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖,将它们分别和 RⅡ型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内,结果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡,这是一部分 RⅡ型菌转化产生有毒的、有荚膜的SⅢ型菌所致,并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。

折叠编辑本段实验结论

证明了S型细菌中含有一种转化因子,将R型细菌转化成了S型细菌,实际转化因子就是DNA,但是当时并没有提出DNA这个名词,

另外,关于肺炎双球菌转化实验有两个,一个是格里菲斯的体内转化实验,另一个是体外转化实验(艾弗里的体外转化实验)前者证明了转化因子(即DNA)是遗传物质,没有得出蛋白质与遗传物质的关系,后者证实了蛋白质不是遗传物质。

折叠影响因素

影响R型菌转化的因素

1.供体细胞DNA浓度。浓度越高,转化率越高。

2.两种细菌的亲缘关系。亲缘关系越近,转化越容易。

3.受体菌状态。只有处于感受态细胞才能被转化

实验设计思路:设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地研究它们各自不同的遗传功能。

肺炎双球菌转化实验的结论:加热杀死的S菌中有一种"转化因子",能使R菌转化为S菌,使小鼠死亡。

埃弗雷、麦克利奥特及麦克卡蒂等人的体外转化实验:证明DNA是"转化因子",DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。

折叠特别提示

R型菌转化成S型菌的原因是S型菌DNA与R型菌DNA实现重组,表现出S型菌的性状,此变异属于基因重组。

 
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