基礎與生命的分子觀

大腸桿菌作為模式生物(Escherichia coli)

/ esh-uh-RIK-ee-uh KOH-lye, often just 'E. coli' /

如果分子生物學有一個實驗室吉祥物,那一定是大腸桿菌(Escherichia coli),一種桿狀細菌,通常無害地住在人的腸道裡。它養起來便宜、大約每二十分鐘就分裂一次、又容易操作,於是成了生命許多基礎機制最先被弄清楚的那個生物。幾十年裡,正如雅克·莫諾(Jacques Monod)那句名言——「凡對大腸桿菌為真者,對大象亦為真」——一直是這個領域的工作信條。

它的長處都很實際。一個細菌過夜培養就能產出數十億個完全相同的後代,所以實驗既快又有強大的統計力。它的基因組很小,約四百六十萬個鹼基對、幾千個基因,並且已被完整定序。最妙的是,它很容易攝入外來DNA,所以研究者可以把選定的某個基因放到一種叫質粒的小環狀DNA上,再把它推進大腸桿菌裡,讓細菌替自己去複製、甚至去製造那個蛋白質。這正是重組DNA的日常主力:大多數選殖、大量的蛋白質生產、以及大量的教學,都要經過大腸桿菌。

代價恰恰來自讓它方便的那一點:它是原核生物,所以沒有細胞核、沒有內含子,也沒有我們自己細胞裡那套精細的染色質和RNA加工,從它得來的經驗並不總能直接遷移到真核生物。即便如此,遺傳密碼、轉錄和翻譯的基本原理、基因調控的乳糖操縱子模型、以及最早的重組DNA,都是最先在大腸桿菌裡被弄懂的,這就是為什麼任何一趟分子生物學的旅程都繞不過它。

供糖尿病患者使用的人胰島素,是把人的胰島素基因裝在質粒上、放進大腸桿菌裡,再讓一缸缸的細菌大量產出這種蛋白質而製成的——這是重組DNA最早、也最有用的成就之一。

大腸桿菌是一座活的工廠,替我們生產那些難以用其他辦法製造的蛋白質。

實驗室所用的大腸桿菌菌株溫順無害;它們不是你在食物中毒新聞裡聽到的那種罕見的致病菌株(比如O157:H7)。這個物種大多是腸道裡的良性住客。

又稱
E. coli大肠杆菌大腸桿菌