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1、微生物学 吉林大学远程教育课件 主讲人 侯芳玉 学时 48 第七讲 第五章细菌的遗传与变异 第一节细菌的变异现象 二毒力变异 一形态变异结构变异 三耐药性变异 四菌落变异 五抗原性变异 一 形态结构的变异细菌在不同的生长时期和不同的环境细菌的形态结构可发生变异如细菌在含有溶菌酶和青霉素的培养基中形成L型 形态 染色都发生改变 鼠疫耶氏菌在陈旧的培养物和含30g L的培养基上而变成多形态性 另外 夹膜 芽孢鞭毛等都可发生变异 二 毒力的变异毒力的变异包括毒力增强和毒力减弱 如白喉杆菌感染了 棒状杆菌噬菌体变成溶原状态噬菌体就能产生外毒素 引起白喉 这使典型的毒力增强变异卡 介二氏曾将有毒的结核杆
2、菌接种在含胆汁 甘油马铃薯的培养基上 经13年 连续传230代 而获得一株毒力减弱而保持抗原性的变异株 即卡 介苗 BCG 用作预防结核的疫苗株 三 耐药性变异细菌对某种抗生素由敏感变成耐药的变异称耐药性变异 从抗生素广泛应用以来 耐药菌株不断增多 如金黄色葡萄球菌的菌株从1946年的14 上升到目前的80 上 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌逐年上升 我国1980年前仅为5 1985上升为24 1992年为70 肺炎球菌也有50 以上耐青霉素 有的有多重耐药药性 如结核分枝杆菌 有的甚至变成对抗生依赖株 如痢疾志贺菌链霉素依赖株 离开链霉素不能生长 四 菌落变异S R变异常见于肠道杆菌 该型变异由于
3、失去了LPS的特意性寡糖重复单位而引起的 不仅菌落发生变 异理化性状 抗原性 代谢活性及毒力等也发生改变S型一般致病力强 R型一般致病力力弱 但结核分枝杆 炭疽芽孢杆菌和鼠疫耶尔氏菌R型致病力强 第二节细菌遗传变异的物质基础细菌的遗传物质是DNA DNA以其构成特定的基因来传递遗传信息 细菌的基因组是指细菌染色体和染色体以外遗传物质所携带基因的总称 染色体外的遗传物质是指质粒DNA和转位因子等 一 细菌染色体细菌染色体是一条双股环状DNA组成 细菌染色体缺乏组蛋白 在细菌内呈高度超螺旋形式缠绕成团 外无核膜包围 故称核质以大肠杆菌K12为例染色体长130 2000um约为细胞长的1000倍 质
4、粒1概念 是染色体以外的遗传物质 是双股环闭合DNA 可编码许多重要的生物学性状质粒有大小两类 大质粒可含几百个基因 占染色体的1 10 小质粒仅含20 30个基因 约占染色体的0 5 2医学上重要的质粒 F质粒 致育质粒 与性生殖功能有关带有 能长出性菌毛 无F质粒的为雌性菌 无性菌毛耐药性质粒编码对抗生素和重金属盐类的耐药性 包括接合性 R 耐药性质粒和非接合性耐药性质粒 毒力质粒或Vi质粒编码与致病性有关的致病因子 如大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠毒素 ST 和不耐热性肠毒素 LT 细菌素质粒编码各种细菌素 如大肠埃希菌Col质粒编码的大肠菌素代谢质粒编码产生各种相关的代谢酶 如沙门菌发酵
5、乳糖的能力是质粒编码 3质粒DNA的特征 质粒具有自我复制的能力一个质粒是一个复制子 复制与染色体同步为紧密型质粒 质粒拷贝数只有1 2个 有的拷贝数较多 可随时复制 称紧密型质粒 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性遗传状特征 质粒可自行丢失或人工消除质粒不是细菌生命的必须物质 可自行消除或人工消除 质粒消除了 他所赋予的特性也随之消失 质粒可在细菌间转移可通过接合 转导 转化等方式在细菌间转移 质粒可分为相容性与不相容性两种不同的质粒同时共存于一个细菌内称相容性 有些则不能相容 三 转位因子转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段 它能在DNA分子中移动
6、是细菌体内可移动的遗传物质转位因子主要有插入序列 转座子和转座噬菌体 插入序列是最小的转位因子 不带有使细菌表现任何性状的基因 只编码转移位置时所需要的转座酶 往往与插入点基因共同起作用 可能是原细胞代谢的调节开关之一 转座子不仅携带转位基因还携带耐药基因 毒素基因 抗金属基因等其他结构基因 当其插入到某一基因时 可引起两种结果 一方面可引起插入基因灭活产生基因突变 另一方面因带入耐药基因而使细菌获得耐药性 转座子可与细菌多重耐药有关 转座噬菌体或前噬菌体 当前噬菌体整合到细菌染色体上 有时可成为溶原菌的一种基因 编码某种产物 能改变溶原性细菌的某些生物学性状 如白喉棒状杆菌 肉毒梭菌等的外毒
7、素就是转座噬菌体某些基因编码的 还可能在遗传物质转移过程中起载体作用 如局限性转导过程 第三节细菌遗传变异的机制 一 基因突变1 基因突变 1 概念 突变是细菌遗传物质结构发生突然而稳定的改变导致细菌遗传性状的变异 2 基因突变类型 小突变或点突变 是染色体上DNA中一对或少数几对碱基的置换 增加或缺失 引起较少性状的改变大突变或染色体畸变 是涉及较大段的DNA发生改变基因突变可能自发产生 也可能人工诱导产生的 自发突变率为 106 109 人工诱导突变率可提高10 1000倍 3基因突变的规律 自然发生的 突变率为106 109突变与选择突变可回复 影印培养示意图 二 细菌基因的转移和重组1
8、概念 1 基因转移 是遗传物质由供体菌进入受体菌 使受体菌获得供体菌的某些特性 2 基因重组 是转移的供体菌基因可与受体菌基因整合到一起 从而使受体菌获得供体菌部分遗传特性的过程 2基因转移和重组的方式有转化 接合 转导 溶原性转换 原生质体融合五种方式 1 转化 是受体菌直接摄取供体菌的游离DNA片段 受体菌获得新的性状 小鼠体内肺炎链球菌的转化试验 2 接合 是供体菌通过性菌毛相互沟通 将供体菌的遗传物质 质粒 转移给受体菌质粒有接合性质粒和非接合性质粒两种 接合性质粒有F质粒 R质粒 Col质粒 毒力质粒等 F质粒的接合 有F质粒的细菌为雄性菌 F 菌 无F质粒为雌性菌 F 菌 接合时F
9、 菌的性菌毛末端与F 菌表面受体结合 F 菌的F质粒中的一条DNA进入F 菌体内 两菌内的单股DNA链进行复制合成互补股 各自形成完整的F质粒 于是原来的F 菌变成了F 菌 高频重组菌 Hfr 质粒结在染色体的末端 当与F 杂交时 F 菌获的F质粒的机会和很少 接合时F因子的转移与复制示意图 Hfr与F 的结合示意图 R质粒的接合R质粒是由耐药性决定因子 r决定因子 和耐药传递因子 RTF 两部分组成 这两部分可单独存在 也可结合再一起 只有结合再一起时才能发生质粒的接合性传递 R质粒的接合转移过程与F质粒相似 带有RTF质粒的细菌表面亦形成性菌毛 通过接合把耐药因子转移给受体菌 并在细菌种间
10、 属间转移传播 致使耐药菌株愈来愈多 R质粒结构示意图图 3 转导 是以温和噬菌体为媒介将供体菌的一段DNA转移到受体菌内 使受体菌获得新的性状转导分普遍转导和局限转导两种 普遍性转导 分完全转导和流产转导普遍性转导模式图 局限性转导 局限性转导模式图 4 溶原性转换 是温和噬菌体DNA作为一种基因与细菌染色体重组 使宿主菌获得新的遗传特性状的现象如A群链球菌 产气荚膜梭菌或肉毒梭菌等均可因容原性转换而产生相应的致热外毒素 5 原生质体融合将两个不同的细菌在溶菌酶或青霉素作用下 失去细胞壁成为原生质体后进行融合的过程在聚乙二醇存在下 使两个细胞原生质融合 融合后的细胞形成二倍体细胞 具有两套染
11、色体 表现两者的特征 常用作生物工程的研究 第四节细菌遗传变异的实际意义1 在疾病的诊断与预防中的应用形态 结构 染色 生化反应 抗原性和毒力等的变异 给诊断带来困难耐药性变异给治疗带来困难新药开发跟不上细菌耐药性变异形成之势预防方面的应用制备减毒或无毒株疫苗 2 在测定致癌物质中的应用Ames试验就是根据此原理设计的 一般认为肿瘤的发生是细胞内遗传物质的改变使正常细胞变为转化细胞 因此 凡能诱导细胞转化的物质都有可能是致癌物质试验原理选用鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型细菌 该菌在组氨酸缺乏的培养基上不能生长 若在含被检物的培养基上生长 证明被检物有致癌的可能 3 在流行病学中的应用主要用于流行病学调查 比较质粒的各种酶切图谱 产生片段的数目 大小 位置引起某一爆发流行菌株与非流行菌株等 4 在基因工程中的应用 基因工程主要步骤 获取目的基因 结合到载体 质粒或噬菌体 上 通过载体将目的基因转移到工程菌 受体菌 内 使其大量表达目前 通过基因工程菌大量生产胰岛素 干扰素 多种生长激素 rIL 2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品
