细菌染色体和质粒

细菌通常将其大部分基因携带在一个单一的、通常是环状的染色体上，该染色体被压缩成一个致密的区域，称为类核。细菌也可能携带质粒，即能独立复制的较小DNA分子。染色体包含细胞生存所需的核心基因，而质粒通常携带辅助基因，包括那些与抗生素抗性和毒力相关的基因，这些基因可以在细胞之间移动。

Definition

细菌染色体是细胞的主要基因组，通常是一个单一的环状DNA分子，浓缩成类核；质粒是一种较小的、自主复制的DNA分子，携带辅助基因，并与染色体不同。

Scope

本主题涵盖细菌基因组的组织和包装方式、染色体DNA与染色体外（质粒）DNA的区别、质粒的复制和维持，以及质粒作为可移动的辅助遗传元件的作用。这是一篇关于结构和功能的参考性概述，而非临床指导。

Core questions

• 细菌染色体是如何组织和压缩成类核的？
• 染色体DNA与质粒DNA有何区别？
• 质粒如何在分裂的菌群中复制并稳定维持？
• 质粒通常携带哪些辅助功能？

Key concepts

• 环状细菌染色体
• 类核和染色体压缩
• 超螺旋和类核相关蛋白
• 质粒和复制子
• 复制起点
• 质粒拷贝数和不相容性
• 毒素-抗毒素维持系统
• 辅助（抗性和毒力）基因

Mechanisms

大多数细菌基因组以单个环状染色体的形式组织，其长度比细胞长几个数量级，因此它被折叠成超螺旋环，并通过类核相关蛋白和凝集素样机制组织成类核，正如Wang及其同事所综述的。质粒是独立的复制子：每个质粒都带有自己的复制起点，并独立于染色体进行复制，其拷贝数和不相容性群由复制控制系统决定。低拷贝质粒的稳定遗传通过分配系统和通过毒素-抗毒素位点进行的分离后杀伤来加强，Gerdes及其同事将此描述为一种选择性杀死失去质粒的子细胞的机制。质粒和相关的移动元件充当辅助基因组，可以将抗生素抗性决定簇等基因传播到整个菌群中。

Clinical relevance

质粒是抗微生物抗性和某些毒力基因在细菌之间传播的主要载体，这就是为什么它们的生物学对于理解抗性流行病学至关重要。本条目从机制层面解释了染色体和质粒的生物学，并非诊断或治疗决策的依据。

History

质粒一词由Joshua Lederberg于1952年引入，用于表示染色体外的遗传决定簇，随后的工作确立了质粒作为自主复制子的地位。质粒携带可转移抗性基因的认识，以及后来Wang及其同事综述的类核组织的全基因组和成像研究，完善了现代关于结构化染色体伴随可移动辅助基因组的图景。

Key figures

• Joshua Lederberg
• Stanley Cohen
• Kenn Gerdes

Seminal works

• wang-2013
• smillie-2010
• frost-2005

Frequently asked questions

染色体和质粒有什么区别？

染色体携带生命必需的核心基因，通常是一个单一的大环状分子，而质粒是较小的、独立复制的DNA分子，携带辅助的、通常可转移的基因。

为什么质粒对细菌抗生素抗性很重要？

许多抗性基因位于质粒上，这些质粒可以在细菌之间复制和转移，从而使抗性在细菌种群内部和之间迅速传播。