细菌转化

转化是一个过程，通过该过程，一个生物体的遗传物质（DNA）被转移到另一个生物体。当外源 DNA 被转移到一个生物体中时，该生物体被称为有感受态。感受态是一种使生物体能够成功地将外源 DNA 摄入其系统中的特性。

细菌转化将外源 DNA 从一个细菌转移到另一个细菌。转移 DNA 的细菌称为供体细菌，接收外源 DNA 的细菌称为受体细菌。DNA 首先转移到细胞外环境中，受体细菌吸收它。结果，接收新 DNA 的细菌获得了新的特性。

这种方法不需要活的供体细胞，而是依赖于环境中的游离 DNA。转化体是成功复制新 DNA 的受体。在恶劣的环境条件下，某些细菌物种会自发地将其细胞中的 DNA 释放到环境中，有感受态的生物体可能会将其吸收。有感受态细胞对环境变化做出反应，并通过自然转化过程控制基因摄取程度。

转化是基因转移中最常用的技术，因为它允许将有意改变的 DNA 转移到受体细胞中。转化方法可以转移大小从一个到几十千碱基的 DNA 片段。

细菌转化的原理

转化的基本原理是供体细菌释放其 DNA 的能力以及受体细菌成功接收 DNA 的感受态行为。

宿主细胞的感受态决定了转化的成功。感受态是细胞在转化过程中同化裸露 DNA 的能力。自然可转化的生物体在生长后期通过自溶自发地释放其 DNA。包括大肠杆菌在内的几种细菌可以在实验室中通过使用钙、强电场（电穿孔）或热休克等物质进行人工处理，以提高其转化能力。

研究人员采用不同的技术来增强受体细菌的感受态。电泳和热休克方法是两种最常用的技术。这些技术通过增加细胞壁通透性并允许 DNA 进入细胞来增强细菌的感受态行为。

转化过程在研究中被广泛使用，因为选择转化后的菌落很容易。如果外源 DNA 附有任何可选择的标记，例如抗生素抗性，则可以轻松选择转化后的菌落。可选择的标记旨在赋予细菌独特的特性。例如，如果外源 DNA 具有抗生素抗性作为可选择的标记，则细菌群体可以在抗生素上生长。所有能在该培养基中存活的细菌都是转化细菌。通过这种方式，可以区分转化生物和非转化生物。

细胞摄取游离 DNA 的过程很简单。游离 DNA 附着在细菌细胞壁上，并通过其感受态行为，DNA 通过进入细胞壁整合到染色体 DNA 中。电穿孔或热休克通过增加细胞壁的通透性来提高感受态，从而允许供体 DNA 进入。同样，如果转化的 DNA 具有可选择的标记，例如抗生素抗性，或者如果 DNA 编码使用生长因子，例如氨基酸，则可以选择转化体。

在大多数自然有感受态的细菌中，游离 DNA 附着在细菌上，DNA 被整合到染色体 DNA 中。有时，游离 DNA 被插入质粒中，质粒可以独立于染色体复制，从而无需将插入物整合到染色体中。转化后，质粒编码某些酶和抗生素抗性标记，这些酶和标记在转化体中表达。在转化阶段，供体 DNA 最初被引入质粒。然后它被引入有感受态的宿主细菌中。一旦转化过程完成，可以通过使用经抗生素处理的生长培养基轻松识别已携带质粒的受体细菌。

细菌转化的步骤

转化由四个步骤组成

1. 细菌感受态的发展
2. DNA 与受体细胞表面结合。
3. DNA 吸收到细胞中并进行 DNA 处理
4. 将外源 DNA 整合到受体细菌的染色体中。

电穿孔或热休克疗法可用于实现人工感受态发展。选择取决于所需的转化效率、实验目标和可用资源。细胞-DNA 混合物在冰上（0°C）保存，然后进行 42°C 热休克。混合物被转移到电穿孔仪中，并施加短脉冲的高压电场进行电穿孔。裂解细胞产生的双链 DNA 与细胞表面受体非共价相互作用。由于没有 DNA 序列特异性识别，这些生物体可以整合来自其他物种的 DNA。

现在膜结合核酸内切酶开始发挥作用。它们将双链 DNA 片段切成小片段。这样，供体 DNA 被转化为单链 DNA。单链 DNA 可以很容易地绕过细胞壁，并在跨膜 DNA 易位通道的帮助下进入细胞。

然后，这个单链 DNA 通过重组整合到受体细菌染色体中。在此过程中，外源 DNA 取代了细菌染色体的一部分。然而，这种整合需要供体 DNA 片段和染色体区域之间具有相当大的核苷酸序列相似性。

在电穿孔或热休克转化过程中，供体 DNA 通过质粒转移。质粒携带供体 DNA 和可选择的标记。因此，可以通过利用转化细胞中存在而未转化细胞中不存在的可选择标记的特性来识别含有质粒的细胞。

细菌转化类型

转化可能有两种形式

1. 自然转化 - 细菌在自发变化过程中有能力直接从周围环境中同化 DNA。
2. 人工转化 - 在人工转化的情况下，宿主细胞的感受态必须通过几种方法人工创建。