肺炎双球菌转化实验的疑问和思考

质疑一：是S型复活还是R型被转化？

学生的质疑：为什么是R型被转化，而不是加热杀死的S型复活呢？

分析解答：学生提出这样的质疑，主要是对蛋白质的化学性质不太了解。蛋白质具有一定的空间结构才具有生理活性，加热会破坏蛋白质的空间结构（变性），且该过程不可逆。所以加热后蛋白质变性失活，不可能再恢复其功能（可以高温下酶失活为例）。而蛋白质是生命活动的承担者，蛋白质失活了，生命活动就不可能再恢复，也就是说热杀死的S型是不可能复活的。

 质疑二：加热杀死的S型的DNA为什么没被破坏还可以发挥转化作用？

学生的质疑：加热杀死的S型菌的蛋白质变性失活了，失去了生理功能。那为什么热杀死的S型的DNA还有作用呢？

分析解答：学生提出这样的质疑，和上一个问题的原因相似，主要是对DNA的结构及化学性质不太了解。DNA是由两条链形成的双螺旋结构，两条链间碱基通过氢键连接。加热会使氢键断裂，使DNA双螺旋解开成单链，称为DNA变性。但和蛋白质变性不同的是，当温度缓慢降低时单链又可以重新形成双链，称为DNA复性。所以，加热杀死的S菌的DNA还是有作用的。

质疑三：转化因子是S型菌的整个DNA，还是DNA片段？

学生的质疑：发挥转化作用的到底是S型菌的整个DNA，还是DNA片段？

分析解答：这个问题涉及的是DNA分子变性、复性、以及基因的有关知识。通过查阅资料发现：常用的DNA变性方法主要是热变性方法和碱变性方法。热变性使用得十分广泛，但是高温可能引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。而碱变性方法则没有这个缺点，在pH为11.3时，全部氢键都被淘汰，DNA完全变成单链的变性DNA。

决定生物性状的基本单位叫做基因，它是核酸上具有遗传效应的片段。S菌的DNA上具有与荚膜形成有关的片段（基因），加热杀死S菌时，S型菌的DNA可能因高温引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单链DNA。所以加热杀死S菌的时候，会得到与荚膜形成有关的DNA片段。该片段与R菌DNA整合后，使得其也可以形成荚膜，即转变为S型。

质疑四：S菌的DNA将R菌转化，还是S菌的DNA直接控制合成了S菌？

补充证明RNA是遗传物质的实验──烟草花叶病毒侵染实验。学生在知道烟草花叶病毒的RNA侵染烟草细胞后，利用其所带的遗传信息控制合成了新的烟草花叶病毒的知识后，对肺炎双球菌体内转化实验又提出了新的质疑。

学生的质疑：为什么是S型菌的DNA转化了R型，而不是S型菌的DNA像烟草花叶病毒的RNA侵染烟草细胞后直接控制合成了S菌？

分析解答：学生发生这样的疑问是因为对病毒的结构和复制、细菌的结构和繁殖的知识掌握的不够清晰，不能区分这两种生物的特征。病毒是非细胞结构的生物，由蛋白质外壳和核酸组成，子代病毒是通过病毒核酸（遗传物质）在宿主细胞中控制合成的核酸和蛋白质组装而成。而细菌是细胞结构生物，细胞通过分裂实现增殖，也就是说新细胞只能来自于细胞的分裂，而不可能来自于其他细胞直接合成。所以该实验中应该是S型菌的DNA转化了R型菌，而不是像烟草花叶病毒侵染实验那样直接控制合成了S菌。

质疑五：杀死的S型细菌为什么不会使小鼠死亡，而加入R型细菌之后小鼠就死亡了？

1933年，阿洛维将II-R型细菌和III-S型细菌的无细胞提取液（所有完整细胞、细胞碎片、荚膜分子都通过离心和过滤从提取物中去掉）混合，培养皿上仍长出了III-S型细菌。这否认了R型细菌以某种方式使加热杀死的S型细菌“复活”。而是S型细菌细胞提取物中含有转化因子，并且它的化学本质还是未知的。必修二里对于格里菲斯所做的实验的结论也是：加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成将R型细菌转化形成有毒性的s型活细菌的活性物质，而这一个活性物质命名叫做“转化因子”，后来被证实这个转化因子是S型细菌的遗传物质——DNA。虽然在加热过程中，s型细菌已经死了，但是它自身的遗传物质还没有失活，只是蛋白质失活了而已，它的DNA可以整合到R型细菌的遗传物质中，并且继续发挥自身的作用，利用R型细菌提供的材料，随着R型细菌的增殖而增殖，并指导S型细菌的蛋白质的合成，最终表现出S型细菌的毒性。也就是教材中所说的：产生产荚膜的S型肺炎双球菌，导致小鼠最终患败血症而死亡。而杀死的s型细菌由于蛋白质失活而失去感染性，不能使小鼠死亡。 

质疑六：S型细菌的DNA非要用R型细菌当宿主细胞吗，它怎么不能用小鼠体内的细胞当宿主细胞来进行增殖吗？
首先，受体细菌和供体细菌的亲缘关系会产生影响。当亲缘关系愈远，转化效率愈低，这主要是受吸附位点专一性和染色体的同源程度的影响。DNA分子的联会是供体DNA整合到受体DNA上的先决条件，联会一般只发生在同源染色体之间，而亲缘关系愈远则同源性愈低，所以转化效率也愈低。因此对比起来，S型和R型细菌之间DNA的差异相对小鼠来讲要小得多，在转化过程中当然是R型细菌具有优先性，所以一般以R型细菌的细胞作为受体细胞。 

其次，任何细胞都有自己的保护系统，没有保护的DNA进入外源细胞就会被降解，而不会表达。小鼠细胞，更能识别S型细菌的DNA是外源DNA。再者，加热杀死的S型细菌就算用小鼠体内的细胞当宿主细胞增殖，它本身无荚膜，无毒性，会被小鼠免疫系统杀死。

还有，真核细胞和原核细胞的表达系统也有差别，真核细胞的核糖体是80S（包括60S与40S的大小亚单位），而原核细胞是70S（包括50S与30S的大小亚单位），所以S型细菌表达出来的基因在真核细胞里面不一定能顺利的进行表达。