九、细菌泄露的秘密
在进一步揭开遗传秘密的探索过程中，人们曾利用细菌弄清了基因的物质基础。
细菌之类的微生物也是遗传研究的好材料，甚至是比植物和动物更好的遗传学材料。因为它们的结构比较简单，细胞里含有的基因比较少。它们的生活史比较短，大肠杆菌在适宜的条件下，每30分钟就可以完成一代，也就是完成一次细胞分裂。
细菌的种类很多。有许多种类对人有害，能引起疾病，危害健康。但是还有不少种类对人有益。例如，有一种腐败细菌，能引起尸体腐败，把复杂的有机物分解成无机物，使物质在地球上循环不止，为植物和动物提供丰富的养分。
下面着重谈谈肺炎双球菌。这是一种致病的细菌，毒性很强。
肺炎双球菌如果寄生在人体内，人就会患肺炎，如果不及时治疗，可能死亡。
这种细菌如果寄生在小家鼠体内，小家鼠就会患败血症而死亡。
肺炎双球菌是怎样使小家鼠致命的？从中又揭示出了什么秘密？
英国微生物学家格里弗里斯的实验室里有两种肺炎双球菌：一种的细胞周围有一层厚厚的荚膜。荚膜的主要成分是多糖，也就是一种碳水化合物。它是有毒的类型，一进入小家鼠的体内，小家鼠就会发病致死。另一种的细胞周围没有荚膜。说来奇怪，这种细菌进入小家鼠体内不会使小家鼠患病，它是无毒的类型。
1928年，格里弗里斯用这两个品种的肺炎双球菌对小家鼠进行了实验。
他先把有毒型细菌加热杀死，然后把死细菌给小家鼠注射。小家鼠安然无恙。这是可以理解的，因为注射进去的是死的细菌。
后来，他又把加热杀死的有毒型细菌和活的无毒型细菌混和在一起，注射进小家鼠体内。结果小家鼠发病死了。小家鼠怎么会死的呢？格里弗里斯进行了分析。他从死鼠体内分离出了活的细菌。
是什么活细菌呢？
图3-9-1 1.注射无毒型细菌，小鼠不死。2.注射有毒型细菌，小鼠死亡。3.注射加热后的有毒型细菌，小鼠不死。4.注射活的无毒型细菌和加热后的有毒型细菌，小鼠死亡
是有毒型细菌。用显微镜观察，那是带有荚膜的细菌。
他把这活细菌注射给小家鼠，小家鼠又得了致命的病症。于是出现了一系列的问题：
这些活的有毒型细菌是怎么来的呢？
是死的变成了活的吗？这不可能。
是活的无毒型细菌转变成有毒型的吗？这是最可能的。
但是，转变是怎么产生的呢？分明是活的无毒型细菌受到了死的有毒型细菌的影响，因为它们是一起注入小家鼠体内的。
怎样影响的呢？
这个问题，当时的科学水平还不能回答。
到了40年代，科学有了很大发展。生物化学进步了，人们对核酸的知识了解也比较多了。
人们研究知道，核酸和蛋白质都是大分子。核酸主要分布在细胞核里，而蛋白质一大半在细胞质里。
经过生物化学工作者的进一步探索，弄清了核酸有两大类，一类是去氧核糖核酸，简称DNa；一类是核糖核酸，简称RNa。
组成DNa或RNa的主要成分是核苷酸。一个一个的核苷酸前后连接起来，就成为一种直线结构，不分枝，像一个一个的氨基酸组成蛋白质那样。
后来又知道，组成核苷酸的有3种成分：糖、磷酸和有机的碱基。但是人们还不知道DNa和RNa的功能。
1944年，美国的生物学家亚弗利、麻克里奥和麦卡第合作，在格里弗里斯的肺炎双球菌转化实验的基础上进行了细致的工作。
他们把有毒型的细菌杀死，磨碎它们的死细胞，提出了5种成分，有多糖、脂质、蛋白质、RNa和DNa。它们都是性质各不相同的有机物。
他们把这些成分提出来以后，分别加进培养活的无毒型细菌的试管里。
经过一段时间的培养，他们从各试管里取出细菌的样品，进行观察。
于是，真相大白了：只有去氧核糖核酸能够使无毒型细菌转化成有毒型细菌。
这说明了什么呢？
这说明了多糖、脂质、RNa和蛋白质等成分都不是这种细菌的遗传物质，只有DNa才是这种细菌的遗传物质。
细胞的遗传物质终于找到了。这是遗传学研究的又一个突破。
但是，是不是其他生物的遗传物质也都是DNa呢？这在当时并没有弄清楚，只初步知道DNa的成分比较简单，是由4种核苷酸组成的。
图3-9-2
1953年是值得纪念的一年。这一年，对DNa是遗传物质的研究，又达到了一个新的高度。
以前，科学家只研究出DNa分子有两条长链。至于两条长链的关系是什么？它们又是以什么方式彼此发生关系而组成DNa的大分子的？这样重大的研究课题，都在这一年里揭晓了。
美国的沃森和英国的克里克合作，进行了深入研究。他们提出DNa分子的结构模式，认为DNa分子是一种螺旋形的结构，每条长链都由四种核苷酸组成，如果分别用字母aCGT表示，就是C和G配对，a和T配对，两条长链相互扭曲盘旋在一起。
他们在研究中发现，这种结构有新的变化。比方说，原来的结构如果是：
那么，后来两条链分开，各自作为样板，每个成分各自配对，就由一个DNa分子变成了两个模样完全一样的DNa分子了：
这就是说，DNa具有自我复制的能力，这是遗传物质必须具备的基本条件。
图3-9-3
这是一个重大的发现。从此，遗传学的研究深入到分子里边去了。分子遗传学成为生机盎然的科学，迅速地发展起来了。
接着又提出一个重要的问题：作为基因的化学分子DNa是怎么控制蛋白质的合成呢？
经过科学家的实验知道，这是一个很复杂的过程，牵涉到细胞里的许多结构。如果长话短说，这个复杂的过程包括两个重要的步骤，就是转录和翻译。
什么叫转录呢？
转录就是DNa含有的遗传信息（基因），在一种叫做转录酶的干预下，转录成RNa的过程。这个RNa当然就含有基因的信息了。在这里，把RNa就叫做DNa基因的副本。
翻译就是按RNa所含有的信息，把氨基酸一个一个按一定顺序连结起来，合成某种蛋白质的过程。也就是以RNa的信息来决定产生什么样的蛋白质。例如：
酪氨酸酶基因DNa
↓（转录）
酪氨酸酶的RNa
↓（翻译）
蛋白质
（酪氨酸酶）
这就是说，基因（DNa）的分子成分就决定了蛋白质的组成。
这个过程怎样实现的？遗传信息的分子基础又是由什么组成的呢？
科学家们在细致的实验中发现，DNa或RNa所含有的遗传信息是由遗传密码组成的。遗传密码就是决定氨基酸的不同碱基的排列顺序的密码。
前面谈到，DNa或RNa都是由核苷酸组成的，蛋白质都是由氨基酸组成的。核苷酸怎样成为氨基酸的遗传密码呢？
DNa和RNa是由4种核苷酸（或4种成分）组成的。组成DNa分子的是a、T、C、G4种，而组成蛋白质的氨基酸有20种。4种核苷酸所含的遗传信息，怎么能决定蛋白质分子中20种氨基酸的排列顺序呢？
假定一种核苷酸是一种氨基酸的遗传密码。4对20，遗传密码显然不够用。
2个核苷酸的组合成为遗传密码，行吗？
也不行。4种核苷酸，任意取出2个来，可以得到42＝16种组合。16对20，遗传密码仍旧不够用。
任意取出3个来怎样呢？43＝64，可以得到64种组合，64对20，密码不但够用了，而且绰绰有余了。
用3个核苷酸的组合作为遗传密码，那就好比用3个字母来组成一个字，代表一个意思，一个信号。
科学研究已经充分证明，遗传密码确实是由3个核苷酸组成的；而且弄清楚了，各种氨基酸有各不相同的遗传密码：甲硫氨酸的遗传密码是TaC，酪氨酸的遗传密码是aTT和aTC，丙氨酸的遗传密码是CGa、CGT、CGC和CGG，等等。
这就是说，有的氨基酸的遗传密码是1个，而有的氨基酸的遗传密码有3个以上。这样，用3个核苷酸所组成遗传密码的核酸，就可以用来控制蛋白质的合成了。
假定某种蛋白质所含有的氨基酸和排列顺序是：
甲硫氨酸、丙氨酸、酪氨酸、丙氨酸……
那么，它的DNa分子中的遗传密码就是：
TaC、CGa、aTT、CGa……
于是，应用化学方法来分析某个蛋白质的氨基酸及其排列顺序，就可以知道是哪个基因遗传信息的遗传密码了。基因这个遗传单位或遗传信息，就由抽象的概念落实到具体的物质了。
这一研究成果为定向改造生物的遗传性，使生物更好地为人类服务，开辟了一条崭新的途径。
从肺炎双球菌的遗传性发生改变的实验，到弄清基因的物质基础，几乎花了整整25年，就是从1928年到1953年。时间所以那么长，主要是因为那个时期的科学发展的基础比较差。
后来情况不同了。从1953年最终阐明DNa是遗传分子以后，大约经过了13年的努力，到了1966年，所有20种氨基酸的遗传密码都研究清楚了。
到了70年代，有许多重要的酶也分离出来了。例如，一种专门用来切割DNa分子的酶，叫做内切酶，是从细菌里提取出来的，它会在一定的碱基位置上，像一把手术刀一样，把DNa分子切开。
另一种酶叫做连接酶，在它的作用下，被切开或断裂的DNa分子又可以彼此连接起来。
就在这些科学成就的指引下，遗传工程出现了。它标志着遗传技术又有了一个重大的突破。
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