主要内容
原核生物繁殖与生物技术
原核生物如何通过二分裂繁殖。在分子生物学研究中 E. coli 细菌的用途。
要点：
- 原核生物 (细菌和古细菌) 通过 二分裂 无性繁殖。大多数原核生物繁殖迅速。
- 由于其快速的增长速度和简单的基因遗传，大肠杆菌 被广泛用于分子生物学。
- 在实验室中，基因可以通过一个称为 质粒的环形DNA分子转入 大肠杆菌 。细菌接收质粒的过程被称为 转化。
- 转化后的 大肠杆菌 可用于制作许多质粒拷贝。在某些情况下，它们还将表达质粒上的基因，并使生产蛋白质。
介绍
假如你有一个细菌。你怎么能够获得更多的相同的细菌？你能够多快得到它们？最重要的是，你究竟为什么 想要 这么一大堆相同的细菌呢？
让我们快进到最后一个问题：一些细菌，特别是大肠杆菌 Escherichia coli (E.coli)，被广泛用于分子生物实验室，其中一些细菌作为小“工厂”来生产大量所需的DNA分子，或者许多所需的蛋白质分子（例如糖尿病患者用于调解血糖的胰岛素）。细菌越多，制造出来的DNA或者蛋白质产品就越多。
大肠杆菌 的两个特点让它在实验室里非常有用：快速繁殖，及其生成克隆，或者说基因完全相同细菌。让我们快速地看看 E. coli 和其他原核生物是如何繁殖的。然后，我们将研究它们在生物技术方面的应用。
原核生物如何复制？
原核生物通过一个名为 二分裂 的细胞分裂过程来复制。就像在真核生物中的有丝分裂一样，这个过程涉及复制染色体并将一个细胞分为两个。
二分裂是一种 无性 繁殖方式，这意味着它不涉及卵子和精子的生产和混合两个个体的遗传物质。除非有罕见的突变，也就是说除非DNA序列中发生变化，二分裂生产的子细胞与母细胞在基因上完全相同。
你可以在细胞分裂部分的 二分裂 文章中了解更多关于二分裂的步骤的内容。
原核生物复制很快！
一般原核生物的繁殖速度比多细胞真核生物要快很多。这可以被 世代时间来衡量，即一代出生到下一代出生之间的时间长度。
对人类来说，典型世代时间可能在
并非所有细菌都像这样快，一些像结核杆菌 Mycobacterium tuberculosis 的病原体，世代时间超过
分子生物学中的细菌
这些细菌繁殖迅速，易在实验室生长，使它们成为很多科学研究中良好的模式生物。 例如 E. coli 就是生物研究中最为广泛使用的生物之一。
虽然你可能已经听说过 E. coli 是一种食物污染物，但是 E. coli 的无害菌株在世界各地的生物实验室中使用。事实上，许多基本生物过程都是首先在 E. coli 中发现的，例如DNA复制机制。
E. coli 作为DNA和蛋白质工厂
如今，E. coli 有时被用作微小的“工厂”来合成DNA或者蛋白质。研究员们可以通过被称为 转化 （从环境中摄取DNA）的过程将一段目标基因插入E. coli 细胞中。原核生物的遗传变异 一文更详细地描述了这一过程。在这些实验中，目标基因通常被叫做质粒的一小段环形DNA所携带，质粒可以被细菌复制并且遗传到它的后代。
一旦它们含有目标基因的质粒，E. coli 细胞就会复制它并且在每次分裂时传递下去，制作质粒DNA具有许多拷贝。如果质粒含有合适的调控序列， E. coli 也可以被指示去转录并翻译目标基因，生产蛋白质。例如，糖尿病患者使用的大部分胰岛素都是用这一策略在 E. coli 细胞中生产出来的。
转化的步骤
在一个典型的转化实验当中，目标基因（图中的蓝色DNA）首先被插入质粒。除了目标基因之外，质粒还包括一个可以使细菌对某一特定抗生素具有耐药性的基因（图中的红色DNA）。如果我们的目的是使用细菌来合成蛋白质，这些质粒也将包含一个 启动子，或者说调控序列（图中的绿色DNA），从而使目标基因能够在细菌中表达。
如果质粒拷贝和 E. coli 细胞混合在一起，并且细胞被热冲击（短暂暴露在高温之下），其中一小部分细菌会接收质粒。所有的 E. coli 随后都被铺开在一个含有抗生素的培养皿上。抗生素的目的是只让携带质粒的细菌存活下来，并且继续生长。
没有质粒的 E. coli 会被抗生素杀死，而具有质粒的 E. coli 可以生存并生殖（多亏了质粒中的抗生素抗性基因）。每个耐药细胞将形成一个基因相同的细菌组成的菌落，在琼脂平板上看上去像一个小点。一个耐抗生素的菌落可以被分析（用其他方法来检查，以确认该菌落含有正确的质粒），然后培养大量相同的、携带质粒的细菌。
培养大量携带质粒的细菌有什么用？有时，研究人员需要许多质粒DNA来供另一个实验使用，他们可以从这个培养物中提取DNA。或者，如果质粒含有合适的启动子，则细菌则可以被诱导来表达基因并合成蛋白质。这种技术被用来生产一些在医学上很重要的蛋白质，例如胰岛素和人类生长激素。