质粒到底是什么？病毒？生物武器？万恶之源？在它身上到底有何奥秘与神奇之处？
DNA储存着世代相传的遗传信息，被誉为“生命的密码”。从沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的那一刻起，DNA的“魔幻之盒”被打开，越来越多不同类型的DNA分子被解密。研究发现，大多数DNA分子呈线性结构，例如人的染色体DNA，如果将单个体细胞中的DNA分子全部展开，长度可达2-3米。
然而有一类存在于细菌中的DNA分子却呈环状，穿梭在浩瀚的DNA分子宇宙。虽然它的大小只有细菌染色体的千分之一，却魔力无穷——它就是神奇的“质粒”（plasmid）。
20世纪40年代，炭疽热横行美洲。这是一种人畜共患的急性传染病，起初流行于美国德克萨斯州的鹿群，造成大批鹿群死亡。
随后在人群中发现了同样的症状：皮肤坏死、溃疡、焦痂、毒血和组织广泛水肿……最终，感染者因出现肺、肠和脑膜的急性感染而丧命。科学家们试图通过寻找感染源来攻克这一传染病。他们发现，真凶是炭疽杆菌中的一种毒性物质。并且，他们认为这种物质为病毒，通过快速繁殖而感染宿主细胞，引发动物或人生病。
直到1950年，美国生物学家乔治·莱德伯格（Joshua Lederberg）才证实这种物质并非病毒，并于1952年将其命名为“质粒”。
质粒是一种大小在1-200kb不等的环状DNA分子，独立于细菌染色体之外，并且具有自我复制能力。细菌中的质粒含量最为丰富，螺旋体、放线菌和酵母等微生物中也有发现。电镜下的质粒是共价、闭合、环状、小型的双链超螺旋DNA分子，形似“麻花”。由于发现质粒和其在细菌基因重组中的功能，莱德伯格斩获了1958年的诺贝尔生理学和医学奖。
质粒DNA如同“黑客”一般，能够摆脱宿主染色体DNA复制调控系统的束缚，独立“编程”自主复制。这主要归功于质粒DNA上的复制起始位点，可以开启自身的复制，还有相应的调控基因，可以控制复制的频率。这意味着质粒能够改变宿主细菌的特性，从而发挥效力。此外，质粒还具有可转移性。
在天然条件下，借助细菌的接合作用，绝大多数野生型质粒可以从一个宿主细胞转移至另一个宿主细胞，甚至还可以进入亲缘关系较近的不同种宿主菌中。这一过程依赖于质粒转移相关基因——mob基因的表达产物与其他蛋白因子的相互作用：mob基因编码移动相关蛋白，在tra转移蛋白的结合作用下，将质粒转移到新宿主细胞的nic缺口位点，质粒即可通过缺口进入到新的新宿主细胞中。
然而，一山不容二虎，如果两种质粒具有相同或相似的复制子结构及调控模式，它们就不能稳定地存在于同一宿主细胞内，这种现象称为质粒的不相容性。
质粒的宿主细菌很多，有我们熟知的大肠杆菌、枯草杆菌，还有令人闻风丧胆的炭疽热芽孢杆菌（炭疽杆菌）。依托这一菌种研制的生物武器——炭疽弹，是人类开始认识病原菌后研发的第一个生物武器。1870年，科学家罗伯特·科赫（Robert Koch）分离出炭疽杆菌。
他发现这种细菌生命力极强、易培养、稳定性高，体外保存六个月仍能保持足够的毒性和感染性。然而，科赫当时并不知道炭疽杆菌致命的真正原因。直到19世纪末，科学家才发现炭疽杆菌毒力因子的来源是pXO1和pXO2两个质粒。其中质粒pXO1含有编码产毒基因，可以产生毒力因子和各种毒素，质粒pXO2含有编码细菌荚膜蛋白合成所必须的基因。两个毒性质粒彼此依存，任何一个质粒缺失都将降低炭疽杆菌的毒性，产生减毒株。
当然，质粒并不是万恶之源。20世纪70年代，科学家开始对天然野生型的质粒进行改造，并应用于基因工程技术，开启了基因工程新的大门。在保留天然质粒优势的基础上，人工改造的质粒增加了抗性标记，人们可以根据需求筛选不同的菌株。同时，质粒上还可以设计多克隆位点，利用相关的酶将质粒分子打开，接入外源DNA，利用质粒自我独立复制的特性，将外源DNA的信息传递给宿主细菌，从而实现性状的改造。
从诞生的一刻起，围绕转基因食品的争议就从未停息。虽然还没有任何证据表明转基因食品会对人体健康造成危害，但是对于基因操作过程中可能发生的意想不到的变化，以及其对于健康和环境的长期影响，目前科学研究还不够深入。因此，很多国家和地区，如美国、英国、法国、澳大利亚、新西兰等，都制定了相应的法律法规，对转基因食品进行标注和严格管控。
质粒虽然是微生物细胞中的极为微小的组分，但是在生物学的发展中具有十分重要的作用和远大的前景。它像一把钥匙，打开了基因的“魔盒”，既为人类带来健康和福祉，又可能引发灾祸与战争。在生物技术迅猛发展的今天，我们只有利用好这把双刃剑，才能让质粒继续造福人类，推进社会的可持续发展。