什么是质粒？
病毒？
生物武器？
罪恶之源？
它有什么秘密和奇妙之处？
DNA存储代代相传的遗传信息，被称为代代相传的遗传信息“生命的密码”。从沃森和克里克发现。DNA从双螺旋结构的那一刻起，DNA的“奇幻之盒”被打开，越来越多不同种类的DNA分子被破译。研究表明，大多数分子被破译。DNA分子呈线性结构，如染色体DNA，如果把单个细胞放进去DNA所有分子，长度可达2-3米。然而，细菌中有一种存在。DNA分子呈环形，穿梭在浩瀚中DNA分子宇宙。虽然它只有细菌染色体的千分之一，但它是神奇的——“质粒”（plasmid）。
像病毒而不是病毒
20世纪40年代，炭疽热在美国猖獗。这是一种人畜共患的急性传染病，最初在德克萨斯州流行，导致大量鹿死亡。同样的疾病：皮肤坏死、溃疡、焦痂、毒血和组织一般水肿……最后，感染者死于肺、肠、脑膜急性感染。
科学家们试图通过寻找感染源来突破传染病。他们发现真正的凶手是炭疽杆菌中的一种有毒物质。此外，他们认为这种物质是病毒，根据快速繁殖感染宿主细胞，导致动物或人类生病。直到1950年，美国科学家乔治才·莱德伯格（JoshuaLederberg）1952年证实这种物质不是病毒，并将其命名为病毒“质粒”。
质粒尺寸为1-200kb不等环形DNA分子，独立于细菌染色体，并有自己的复制能力。在螺旋体、放线菌、酵母等微生物中也发现了细菌中最丰富的质粒含量。电镜中的质粒为共价、闭合、环形、小型双链超螺旋DNA分子，形近“麻花”。莱德伯格在1958年获得诺贝尔生理学和医学奖，因为他发现了质粒和与细菌基因重组的功能。那么，质粒和病毒有什么异同，为什么能蒙蔽科学家这么久呢？首先，质粒和病毒一样，可以自我复制，快速繁殖；其次，它们都能给寄主一定的形状，引起特征的变化。但两者的区别也很明显：病毒是由核酸分子组成的（DNA或RNA）由蛋白质组成的非细胞形态是寄生于有机体甚至非有机体的侵入有机物种。一般病毒有两三种成分：RNA或DNA，蛋白质、脂类(有些病毒没有)。质粒只有一种成分，即DNA，质粒也是细胞的一部分。
虽然病毒和颗粒不同，但它们之间有着密不可分的联系。2017年，澳大利亚新南威尔士大学的研究小组在南极洲发现了一种特殊的颗粒，表面和行为与病毒非常相似，但缺乏表明它是病毒的基因。可以说，这是一种含有病毒的属性颗粒。研究小组推断，最早的病毒可能是从这种颗粒演变而来的。
不安分的独行侠
质粒DNA好似“黑客”一般来说，寄主染色体可以解决DNA复制控制系统的束缚，单独复制控制系统“编程”独立复制。这主要得益于质粒DNA复制的起点可以打开自己的复制，也有相应的控制基因，可以控制复制的次数。这意味着颗粒可以改变寄主细菌的特性，然后发挥作用。
此外，质粒也具有可转移性。在自然环境中，大多数野生质粒可以从一个宿主细胞转移到另一个宿主细胞，甚至可以进入关系密切的不同寄主菌。这个过程取决于质粒迁移的基因——mob基因表达产物与其他蛋白质因子的相互作用：mob基因代码移动相关蛋白质，在tra在迁移蛋白融合的影响下，质粒转移到新宿主细胞nic在空缺位置，质粒可以根据空缺进入新的宿主细胞。然而，一座山不能是两只老虎。如果两种质粒具有相同或相似的复制子结构和控制方法，则不能稳定地存在于同一宿主细胞中，称为质粒的不相容性。
黑色生物武器历史
有许多宿主细菌，包括著名的大肠杆菌、枯草杆菌和令人望而生畏的炭疽热芽孢杆菌（炭疽杆菌）。借助这种幼苗开发的生物武器炭疽弹是人类开始了解病原菌后开发的第一种生物武器。
1870年，科学家罗伯特·科赫（RobertKoch）分离炭疽杆菌。他发现这种细菌具有很强的生命力，易于培养，稳定性高，在体外储存6个月后仍能保持足够的毒性和传染性。然而，科赫当时并不知道炭疽杆菌致命的真正原因。直到19世纪末，科学家才知道炭疽杆菌毒性因素的来源是pXO1和pXO22个质粒。其中质粒。pXO1含有编码产毒基因，能产生毒力因素和各种毒素，质粒pXO2含有编码细菌荚膜蛋白合成所必需的基因。两种有毒颗粒相互依存，任何颗粒的缺失都会降低炭疽杆菌的毒性，产生减毒株
炭疽杆菌电镜观察图
第一次世界大战期间，德国特工将炭疽杆菌放入可消化试管中，埋在饲料中，毒死中立国的军马，拉开了现代细菌战的序幕。1928年，苏联生物武器鼻祖雅科夫·费什曼（JacovFishman）发现炭疽杆菌强度和韧性高，能承受爆炸冲击和干燥处理，可装入炸弹、炮弹和导弹实现武器化，未来可能成为对人类威胁最大的生物战剂。1939年，臭名昭著的日本731部队在中国、中国、浙江和江西培养了大量炭疽杆菌，并用人进行了细菌试验和细菌武器效率试验，导致中国军民大量死亡。其中HA型炸弹（哈弹）是炭疽杆菌炸弹，看起来像普通的钢壳炸弹，一旦榴散弹爆炸，炭疽杆菌就会通过伤口炎症杀死目标，导致几十年的道路污染。1942年，英国征用苏格兰岛格林亚德岛进行炭疽实验，计划向德国牧场推广炭疽弹，杀死大量牲畜，切断肉类供应（因此，该计划也被称为“素餐行动”)，同时制造全国性炭疽热爆发，以消除纳粹政权。二战结束后，美国秘密开展炭疽战剂研发，如R-400型炸弹。然而，2001年，美国遭遇了前所未有的生物恐怖袭击，被称为“美国炭疽事件”。这一事件引起了全球军事反思，各国开始实施《禁止生物武器条例》，生物武器的发展目的从进攻转向防御。炭疽杆菌的探索严格限于实验室，包括炭疽杆菌的基因改造和疫苗的研发。目前，包括中国在内的许多国家都开发了炭疽杆菌预苗。
炭疽杆菌预苗
亦魔也亦佛
当然，质粒并不是罪恶之源。20世纪70年代，科学家们开始对天然野生质粒进行改造，并将其应用于基因工程技术，为基因工程打开了新的大门。在保留天然质粒优势的基础上，人工改造的质粒增强了抗性标记，可以根据需要选择不同的菌种。同时，质粒上还可以设计多克隆位点，用相关酶打开质粒分子，连接外源DNA，利用质粒自主复制的特点，将外源复制DNA将信息传递给宿主病菌，实现特征转化。
构建重组质粒的过程:1。获得含有质粒的菌种；2.获得质粒，用相应的酶切割质粒；3.外源基因连接切割质粒，构建重组质粒；4.重组质粒转移到新菌种；5.新菌种获得新的特性。
根癌农杆菌致瘤质粒（tumor-inducingplasmid，简称Ti发现质粒具有划时代意义，引导人们进入转基因技术时代。Ti质粒是一种双农杆菌细胞拟核区外独立复制的双链环形DNA分子。1977年，比利时分子生物学家马克·万·蒙塔古（MarcVanMontagu）和约瑟夫·舍尔（JozefSchell）证实，这类Ti颗粒可以将外源性基因整合到宿主植物的基因组中，产生抗病虫害、抗盐碱、抗草剂、增加果蔬储存期等优良特性。这个过程还可以生产药物、抗体、幼苗等。
与Ti在质粒相关的应用中，最引人注目的是转基因食品。从理论上讲，人类可以通过使用质粒。Ti颗粒转换模式，根据自己的意愿改造植物，获得所需的食物。事实上，自1983年科学家将来自细菌的氯霉素抗性基因转移到香烟中并获得世界上第一种转基因植物以来，人们并没有终止转基因食品的研发。越来越多的转基因食品走出实验室，进入我们的生活，如转基因大豆、转基因土豆等。
以转基因土豆为例，科学家将含有抗旱基因DNA片段通过PCR技术进行体外扩增，生成后采用各种酶切割DNA片段，然后将产品拼凑在一起Ti在质粒多克隆的位置获得重组质粒。重组后的质粒可以通过根癌农杆菌的介导感染土豆愈伤组织，作物可以获得外源性抗旱基因，进而表现出抗旱性。
转基因土豆培养流程:1。Ti质粒；2.获得目的基因；3.构建重组质粒；4.根癌农杆菌介导转化感染薯片；5.产生愈伤组织；6.愈伤组织发芽成苗；7.试管苗结薯；8.土豆种植在田间无性繁殖；9.产生有目的的土豆。(作者绘图)
争议与前景
从诞生的那一刻起，关于转基因食品的争议就从未停止过。虽然没有证据表明转基因食品会对健康造成危害，但科学研究对基因操作过程中可能发生的意外变化及其对健康和环境的长期影响还不够深入。因此，美国、英国、法国、澳大利亚、新西兰等许多国家和地区都制定了相应的法律法规，对转基因食品进行标明和严格控制。
同时，随着克隆技术的不断发展，质粒“魔法”也越来越多的施展，人工质粒DNA序列的复制、扩展、表达和存储得到了广泛的应用。2017年，世界上第一对体细胞克隆猴“中”“华华”诞生意味着中国在非人类灵长类动物模型研究方面处于国际领先水平。这种借助质粒载体的无性复制系统，加速了各种脑疾病(阿尔茨海默病、自闭症等)的新药研究过程。)和免疫缺陷、肿瘤和代谢疾病。
体细胞克隆猴“中”和“华华”日常生活状态
质粒虽然是微生物细胞中极其微小的成分，但在生物学的发展中起着非常重要的作用，前景广阔。它就像一把打开基因的钥匙“魔盒”它不仅给人类带来健康和福祉，而且还可能导致灾难和战争。随着生物技术的快速发展，只有充分利用这把双刃刀，我们才能继续造福人类，促进社会的可持续发展。