在進一步揭開遺傳秘密的探索過程中，人們曾利用細菌弄清了基因的物質基礎。
細菌之類的微生物也是遺傳研究的好材料，甚至是比植物和動物更好的遺傳學材料。因為它們的結構比較簡單，細胞裡含有的基因比較少。它們的生活史比較短，大腸桿菌在適宜的條件下，每30分鐘就可以完成一代，也就是完成一次細胞分裂。
細菌的種類很多。有許多種類對人有害，能引起疾病，危害健康。但是還有不少種類對人有益。例如，有一種腐敗細菌，能引起屍體腐敗，把複雜的有機物分解成無機物，使物質在地球上循環不止，為植物和動物提供豐富的養分。
下面著重談談肺炎雙球菌。這是一種致病的細菌，毒性很強。
肺炎雙球菌如果寄生在人體內，人就會患肺炎，如果不及時治療，可能死亡。
這種細菌如果寄生在小家鼠體內，小家鼠就會患敗血症而死亡。
肺炎雙球菌是怎樣使小家鼠致命的？從中又揭示出了什麼秘密？
英國微生物學家格裡弗裡斯的實驗室裡有兩種肺炎雙球菌：一種的細胞周圍有一層厚厚的莢膜。莢膜的主要成分是多糖，也就是一種碳水化合物。它是有毒的類型，一進入小家鼠的體內，小家鼠就會發病致死。另一種的細胞周圍沒有莢膜。說來奇怪，這種細菌進入小家鼠體內不會使小家鼠患病，它是無毒的類型。
1928年，格裡弗裡斯用這兩個品種的肺炎雙球菌對小家鼠進行了實驗。
他先把有毒型細菌加熱殺死，然後把死細菌給小家鼠注射。小家鼠安然無恙。這是可以理解的，因為注射進去的是死的細菌。
後來，他又把加熱殺死的有毒型細菌和活的無毒型細菌混和在一起，注射進小家鼠體內。結果小家鼠發病死了。小家鼠怎麼會死的呢？格裡弗裡斯進行了分析。他從死鼠體內分離出了活的細菌。
是什麼活細菌呢？
圖3-9-1 1.注射無毒型細菌，小鼠不死。2.注射有毒型細菌，小鼠死亡。3.注射加熱後的有毒型細菌，小鼠不死。4.注射活的無毒型細菌和加熱後的有毒型細菌，小鼠死亡。
是有毒型細菌。用顯微鏡觀察，那是帶有莢膜的細菌。
他把這活細菌注射給小家鼠，小家鼠又得了致命的病症。於是出現了一系列的問題：
這些活的有毒型細菌是怎麼來的呢？
是死的變成了活的嗎？這不可能。
是活的無毒型細菌轉變成有毒型的嗎？這是最可能的。
但是，轉變是怎麼產生的呢？分明是活的無毒型細菌受到了死的有毒型細菌的影響，因為它們是一起注入小家鼠體內的。
怎樣影響的呢？
這個問題，當時的科學水平還不能回答。
到了40年代，科學有了很大發展。生物化學進步了，人們對核酸的知識瞭解也比較多了。
人們研究知道，核酸和蛋白質都是大分子。核酸主要分佈在細胞核裡，而蛋白質一大半在細胞質裡。
經過生物化學工作者的進一步探索，弄清了核酸有兩大類，一類是去氧核糖核酸，簡稱DNA；一類是核糖核酸，簡稱RNA。
組成DNA或RNA的主要成分是核甘酸。一個一個的核甘酸前後連接起來，就成為一種直線結構，不分枝，像一個一個的氨基酸組成蛋白質那樣。
後來又知道，組成核甘酸的有3種成分：糖、磷酸和有機的鹼基。但是人們還不知道DNA和RNA的功能。
1944年，美國的生物學家亞弗利、麻克裡奧和麥卡第合作，在格裡弗裡斯的肺炎雙球菌轉化實驗的基礎上進行了細緻的工作。
他們把有毒型的細菌殺死，磨碎它們的死細胞，提出了5種成分，有多糖、脂質、蛋白質、RNA和DNA。它們都是性質各不相同的有機物。
他們把這些成分提出來以後，分別加進培養活的無毒型細菌的試管裡。
經過一段時間的培養，他們從各試管裡取出細菌的樣品，進行觀察。
於是，真相大白了：只有去氧核糖核酸能夠使無毒型細菌轉化成有毒型細菌。
這說明了什麼呢？
這說明了多糖、脂質、RNA和蛋白質等成分都不是這種細菌的遺傳物質，只有DNA才是這種細菌的遺傳物質。
細胞的遺傳物質終於找到了。這是遺傳學研究的又一個突破。
但是，是不是其他生物的遺傳物質也都是DNA呢？這在當時並沒有弄清楚，只初步知道DNA的成分比較簡單，是由4種核甘酸組成的。
圖3-9-2
1953年是值得紀念的一年。這一年，對DNA是遺傳物質的研究，又達到了一個新的高度。
以前，科學家只研究出DNA分子有兩條長鏈。至於兩條長鏈的關係是什麼？它們又是以什麼方式彼此發生關係而組成DNA的大分子的？這樣重大的研究課題，都在這一年裡揭曉了。
美國的沃森和英國的克裡克合作，進行了深入研究。他們提出DNA分子的結構模式，認為DNA分子是一種螺旋形的結構，每條長鏈都由四種核甘酸組成，如果分別用字母ACGT表示，就是C和G配對，A和T配對，兩條長鏈相互扭曲盤旋在一起。
他們在研究中發現，這種結構有新的變化。比方說，原來的結構如果是：
那麼，後來兩條鏈分開，各自作為樣板，每個成分各自配對，就由一個DNA分子變成了兩個模樣完全一樣的DNA分子了：
這就是說，DNA具有自我複製的能力，這是遺傳物質必須具備的基本條件。
圖3-9-3
這是一個重大的發現。從此，遺傳學的研究深入到分子裡邊去了。分子遺傳學成為生機盎然的科學，迅速地發展起來了。
接著又提出一個重要的問題：作為基因的化學分子DNA是怎麼控制蛋白質的合成呢？
經過科學家的實驗知道，這是一個很複雜的過程，牽涉到細胞裡的許多結構。如果長話短說，這個複雜的過程包括兩個重要的步驟，就是轉錄和翻譯。
什麼叫轉錄呢？
轉錄就是DNA含有的遺傳信息（基因），在一種叫做轉錄□的干預下，轉錄成RNA的過程。這個RNA當然就含有基因的信息了。在這裡，把RNA就叫做DNA基因的副本。
翻譯就是按RNA所含有的信息，把氨基酸一個一個按一定順序連結起來，合成某種蛋白質的過程。也就是以RNA的信息來決定產生什麼樣的蛋白質。例如：
酪氨酸□基因DNA
↓（轉錄）
酪氨酸□的RNA
↓（翻譯）
蛋白質
（酪氨酸□）
這就是說，基因（DNA）的分子成分就決定了蛋白質的組成。
這個過程怎樣實現的？遺傳信息的分子基礎又是由什麼組成的呢？
科學家們在細緻的實驗中發現，DNA或RNA所含有的遺傳信息是由遺傳密碼組成的。遺傳密碼就是決定氨基酸的不同鹼基的排列順序的密碼。
前面談到，DNA或RNA都是由核甘酸組成的，蛋白質都是由氨基酸組成的。核甘酸怎樣成為氨基酸的遺傳密碼呢？
DNA和RNA是由4種核甘酸（或4種成分）組成的。組成DNA分子的是A、T、C、G4種，而組成蛋白質的氨基酸有20種。4種核甘酸所含的遺傳信息，怎麼能決定蛋白質分子中20種氨基酸的排列順序呢？
假定一種核甘酸是一種氨基酸的遺傳密碼。4對20，遺傳密碼顯然不夠用。
2個核甘酸的組合成為遺傳密碼，行嗎？
也不行。4種核甘酸，任意取出2個來，可以得到42＝16種組合。16對20，遺傳密碼仍舊不夠用。
任意取出3個來怎樣呢？43＝64，可以得到64種組合，64對20，密碼不但夠用了，而且綽綽有餘了。
用3個核甘酸的組合作為遺傳密碼，那就好比用3個字母來組成一個字，代表一個意思，一個信號。
科學研究已經充分證明，遺傳密碼確實是由3個核甘酸組成的；而且弄清楚了，各種氨基酸有各不相同的遺傳密碼：甲硫氨酸的遺傳密碼是TAC，酪氨酸的遺傳密碼是ATT和ATC，丙氨酸的遺傳密碼是CGA、CGT、CGC和CGG，等等。
這就是說，有的氨基酸的遺傳密碼是1個，而有的氨基酸的遺傳密碼有3個以上。這樣，用3個核甘酸所組成遺傳密碼的核酸，就可以用來控制蛋白質的合成了。
假定某種蛋白質所含有的氨基酸和排列順序是：
甲硫氨酸、丙氨酸、酪氨酸、丙氨酸……
那麼，它的DNA分子中的遺傳密碼就是：
TAC、CGA、ATT、CGA……
於是，應用化學方法來分析某個蛋白質的氨基酸及其排列順序，就可以知道是哪個基因遺傳信息的遺傳密碼了。基因這個遺傳單位或遺傳信息，就由抽像的概念落實到具體的物質了。
這一研究成果為定向改造生物的遺傳性，使生物更好地為人類服務，開闢了一條嶄新的途徑。
從肺炎雙球菌的遺傳性發生改變的實驗，到弄清基因的物質基礎，幾乎花了整整25年，就是從1928年到1953年。時間所以那麼長，主要是因為那個時期的科學發展的基礎比較差。
後來情況不同了。從1953年最終闡明DNA是遺傳分子以後，大約經過了13年的努力，到了1966年，所有20種氨基酸的遺傳密碼都研究清楚了。
到了70年代，有許多重要的□也分離出來了。例如，一種專門用來切割DNA分子的□，叫做內切□，是從細菌裡提取出來的，它會在一定的鹼基位置上，像一把手術刀一樣，把DNA分子切開。
另一種□叫做連接□，在它的作用下，被切開或斷裂的DNA分子又可以彼此連接起來。
就在這些科學成就的指引下，遺傳工程出現了。它標誌著遺傳技術又有了一個重大的突破。
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