十张图带你读懂大肠杆菌

大家对大肠杆菌应该很熟悉，它是分子生物学里最常见的工程菌。基因克隆、蛋白表达，这些就是在大肠杆菌中实现的，这和大肠杆菌的结构密切相关。

大肠杆菌 K12

大肠杆菌是一种革兰氏阴性菌，棒状，约 2.5 微米长。有鞭毛，它的基因组由 4 639 221 个碱基对组成，至少编码 4 000 个基因。

扫描电镜下的 E.coli

K12 菌株最早是 1921 年从疟疾患者的粪便中分离得到，一直作为纯种保藏在实验室里，已有 75 年。大肠杆菌 K12 容易生长，并且关于它的代谢研究很多，因此它经常被用作生物化学实验室的实验菌株。

E.coli 基本结构

和所有的革兰氏阴性菌一样，大肠杆菌没有核膜，染色体上有膜的附着位点和单复制子。

Lac 操纵子

大肠杆菌乳糖操纵子对开展分子遗传学研究非常有用。接下去会阐述它是如何起作用的。

Lac 操纵子编码大肠杆菌乳糖代谢过程中需要的三种酶。其中 Lac Z 编码 β-半乳糖苷酶，也就是将乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，过程如下。

这个乳糖操纵子系列受阻遏蛋白调控，乳糖水平很低的时候，阻遏蛋白结合到启动子上，操纵子关闭。相反，如果乳糖存在，阻遏蛋白被抑制，转录就被诱导。此时 β-半乳糖苷酶就能正常催化乳糖。

乳糖结构式

半乳糖结构式

IPTG

似乎到这里，也没发现这对我们克隆、表达有啥用？别急，接着往下看。

Lac 操纵子的组成

Lac 操纵子的组成具体如下。我们看到有一个启动子、转录调控位点（图中 c）、CAP 结合位点（图中 o）以及结构基因（lacZ、lacY、lacA）。转录受阻遏蛋白调控，如果加入 IPTG，阻遏蛋白失活，操纵子开始转录。

看到这里是不是很熟悉，你的基因转入质粒以后，是不是用 IPTG 诱导的？加入一定抗性，优化条件，是不是蛋白表达了？具体怎么会表达的，结合上述大肠杆菌的结构，有没有稍微懂一点呢？

IPTG 诱导表达系统

还不太明白，继续看下面这个图。

看懂了过程中，我们就好理解蓝白斑筛选了，细胞中 β-半乳糖苷酶的活性可以用 X-gal 检测，如下图所示，小鼠胚胎中细胞特异性表达的鉴定也是利用这个原理。

编译：霸霸

参考文献：Biology of E.coli K-12

配图来源：Applied Molecular Genetics-Bioc 471a/571a