基本介紹
- 中文名：肺炎雙球菌的轉化實驗
- 提出者：格里菲斯，埃弗雷，麥克利奧特，麥克卡蒂 等人
- 提出時間：1944年
- 套用學科：生物學，遺傳學
- 適用領域範圍：生物學
- 證明結論：DNA是遺傳物質
實驗信息,實驗過程,實驗結論,影響因素,特別提示,
實驗信息
肺炎雙球菌（肺炎鏈球菌）
肺炎雙球菌（學名Diplococcus pneumonia），因在液體媒介中以鏈的方式生長，於1974年被重新命名為肺炎鏈球菌（學名：Streptococcus pneumoniae）。因它是肺炎的病原因子，一般都會稱它為肺炎球菌。作為一種重要的人類病因，肺炎鏈球菌於1880年代已被發現能引致肺炎，亦是體液免疫研究的對象。
肺炎鏈球菌在正常人的口腔及鼻咽部經常存在，一般不致病，只形成帶菌狀態。只有在免疫力下降時才致病.尤其在呼吸道病毒感染後或嬰幼兒，年老體弱者易發生肺部感染。其中光滑型的菌株產生莢膜，有毒，在人體內它導致肺炎，在小鼠體中它導致敗血症，並使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的；粗糙型的菌株不產生莢膜，無毒，在人或動物體內不會導致病害，其菌落是粗糙的。
致病原理
肺炎鏈球菌不產生毒素，所以不會導致原發性組織壞死或形成空洞，其致病原因是由於它含有高分子多糖體的莢膜，可以侵襲組織，首先會引起肺泡壁的水腫，然後出現白細胞和紅細胞滲出，含菌的滲出液經Cohn孔（肺泡與肺泡之間的小孔）向肺中央部分擴展，嚴重可累及幾個肺段或整個肺葉。
肺炎鏈球菌利用表面黏著素與上皮細胞的相互作用，緊貼在鼻咽細胞上。如細菌進入如耳咽管或鼻竇等地方，這種定植的情況會轉變為感染，造成如中耳炎或鼻竇炎。若將肺炎鏈球菌吸入肺部而不能清理，加上病毒感染或吸菸引發的纖毛痳痺，就會造成肺炎。一旦肺炎鏈球菌進入一些很難發現的地方，它就會活性化補體蛋白質，刺激細胞激素的生成及吸引白血球（尤其是嗜中性白血球）。它的多糖莢膜會抵抗吞噬作用，若並沒有抗莢膜的抗體，肺泡巨噬細胞則不能有效地殺死它們。若它們擴散至血液中，就可能會引發菌血症，並且被帶到身體的其他地方，如腦膜、關節、骨骼及腹膜，亦可能會導致腦膜炎、腦膿腫、骨髓炎或膿毒性關節炎等。
實驗中使用的RⅡ型肺炎鏈球菌無莢膜，無毒力，在被實驗動物體內很快被吞噬細胞吞噬並殺滅。SⅢ型肺炎鏈球菌有莢膜，可抵抗吞噬細胞的吞噬，可在宿主體內定居並繁殖並引發炎症。無論是RⅡ型肺炎鏈球菌或是SⅢ型肺炎鏈球菌，被高溫滅活後均無毒性，不會引起肺炎。
實驗過程
弗雷德里克·格里菲斯的實驗
弗雷德里克·格里菲斯以R型和S型菌株作為實驗材料進行遺傳物質的實驗，他將活的、無毒的RⅡ型（無莢膜，菌落粗糙型）肺炎雙球菌或加熱殺死的有毒的SⅢ型肺炎雙球菌注入小白鼠體內，結果小白鼠安然無恙；將活的、有毒的SⅢ型（有莢膜，菌落光滑型）肺炎雙球菌或將大量經加熱殺死的有毒的SⅢ型肺炎雙球菌和少量無毒、活的RⅡ型肺炎雙球菌混合後分別注射到小白鼠體 內，結果小白鼠患病死亡，並從小白鼠體內分離出活的SⅢ型菌。格里菲斯稱這一現象為轉化作用，實驗表明，SⅢ型死菌體內有一種物質能引起RⅡ型活菌轉化產生SⅢ型菌，這種轉化的物質（轉化因子）是什麼?格里菲斯對此並未做出回答。
| 注入宿主的細菌類型 | 細菌特徵 | 宿主感染後反應 |
|---|---|---|
II-R（粗糙型） | 無莢膜 | 存活 |
III-S（平滑型） | 有莢膜 | 死亡 |
死的III-S | 存活 | |
死的III-S + 活的II-R | 死亡 |
埃弗雷（艾弗里）等人的進一步實驗
1944年美國的埃弗雷(O．Avery)、麥克利奧特(C. Macleod)及麥克卡蒂(M．Mccarty)等人在格里菲斯工作的基礎上，對轉化的本質進行了深入的研究（體外轉化實驗）。他們從SⅢ型活菌體內提取DNA、RNA、蛋白質和莢膜多糖，將它們分別和 RⅡ型活菌混合均勻後注射人小白鼠體內，結果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡，這是一部分 RⅡ型菌轉化產生有毒的、有莢膜的SⅢ型菌所致，並且它們的後代都是有毒、有莢膜的。
實驗結論
證明了S型細菌中含有一種轉化因子，將R型細菌轉化成了S型細菌，實際轉化因子就是DNA，但是當時並沒有提出DNA這個名詞，
另外，關於肺炎雙球菌轉化實驗有兩個，一個是格里菲斯的體內轉化實驗，另一個是體外轉化實驗（艾弗里的體外轉化實驗）前者證明了轉化因子（即DNA）是遺傳物質，沒有得出蛋白質與遺傳物質的關係，後者證實了蛋白質不是遺傳物質。
影響因素
影響R型菌轉化的因素
1.供體細胞DNA濃度。濃度越高，轉化率越高。
2.兩種細菌的親緣關係。親緣關係越近，轉化越容易。
3.受體菌狀態。只有處於感受態細胞才能被轉化
實驗設計思路：設法將DNA與其他物質分開，單獨地、直接地研究它們各自不同的遺傳功能。
肺炎雙球菌轉化實驗的結論：加熱殺死的S菌中有一種“轉化因子”，能使R菌轉化為S菌，使小鼠死亡。
埃弗雷、麥克利奧特及麥克卡蒂等人的體外轉化實驗：證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質。
特別提示
R型菌轉化成S型菌的原因是S型菌DNA與R型菌DNA實現重組，表現出S型菌的性狀，此變異屬於基因重組。
