微生物遺傳學：練習題

下列哪項關於細菌質粒（plasmid）的描述是正確的？

在利用基因改造微生物（如細菌）生產藥用蛋白質時，科學家必須考慮其對環境的潛在風險。下列哪一項策略最能有效實行生物安全限制（biological containment），以防止基因改造細菌在自然生境中意外擴散並持續存活？

在重組 DNA 技術中，質粒（plasmid）常被選作載體（vector）。下列哪項關於質粒的敘述，最能解釋其在生物工程中的重要性？

在一個含有多種細菌的環境中，抗生素抗性基因的傳播速度極快。若非致病菌 A 攜帶含有抗藥性基因的質粒，而致病菌 B 則沒有。下列哪項過程最能解釋致病菌 B 如何獲得該抗藥性？

在利用微生物生產重組蛋白質時，科學家需使用相同的限制酶處理目標基因和質粒。試從遺傳學角度解釋這樣做的原因。

在微生物遺傳工程中，科學家常將「抗生素抗性基因」作為標記基因（marker gene）轉入宿主細菌中。請詳細說明標記基因在篩選成功轉化的細菌過程中所扮演的角色及其工作原理。

近年來，利用基因改造微生物生產工業用酶已成為生物技術的重要應用。假設科學家欲利用大腸桿菌（Escherichia coli）生產一種高效的纖維素酶（cellulase），以應用於生物燃料生產。

a) 請詳細闡述科學家如何利用重組DNA技術，將纖維素酶基因導入大腸桿菌並使其成功表達。你的回答應包括從目標基因獲取到基因改造細菌大規模生產纖維素酶的主要步驟。(5分)

b) 相對於從天然微生物或植物中提取纖維素酶，利用基因改造大腸桿菌生產纖維素酶具有哪些顯著優勢？請列舉兩項。(2分)

c) 儘管基因改造微生物帶來巨大潛力，但若這些微生物意外釋放到環境中，可能引發潛在的生態安全問題。請解釋一種相關的潛在生態風險，並提出一個生物學上的解決方案以減輕此風險。(2分)

細菌擁有獨特的基因轉移機制，使其能夠在不同個體間交換遺傳物質，這對細菌的進化和適應環境至關重要。

a) 請詳細闡述細菌的三種主要基因轉移機制：轉化（transformation）、接合（conjugation）和轉導（transduction），並說明它們各自的特點。(6分)

b) 這些基因轉移機制對於細菌在面對多變環境（例如：新的宿主或抗生素存在）時的適應性和進化有何重要性？(2分)