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1、新乡医学院微生物学教研室 何群力 2010,噬 菌 体,细菌的遗传与变异,目 的 要 求,掌握：噬菌体的概念;毒性与温和噬菌体的作用；细菌遗传变异的机理。,熟悉：噬菌体的生物学性状及与宿主的相互关系；细菌遗传的物质基础。,了解：噬菌体的应用;遗传变异的基本概念，细菌变异的类型， 细菌变异的实际意义。,噬 菌 体,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,是一类具有严格寄生性和高度特异性的寄生于细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物中的病毒。,噬菌体（bacteriophag
2、e, phage）,噬菌体的生物学性状,噬菌体的大小与形态,噬菌体的结构,噬菌体的化学组成,噬菌体的抗原性,噬菌体的抵抗力,噬菌体的分类,噬菌体与其他微生物大小的比较,葡萄球菌（1 m）,支原体、立克次体、衣原体（0.3 0.6 m）,口蹄疫病毒（20nm）,痘病毒（300nm）,卵蛋白分子（10nm）,噬菌体（6595nm）,个体微小，以nm为测量单位，需用电子显微镜观察,噬 菌 体 的 形 态,微球形,蝌蚪形,丝形,尾鞘,尾丝,核酸 （线状双股DNA),有尾型噬菌体结构,尾刺,头部,尾部,尾领,尾髓,尾板,噬 菌 体 的 化 学 组 成,核 酸,蛋白质,DNA 或 RNA,核酸中可有某些特
3、殊的碱基 羟甲基胞嘧啶代替胞嘧啶 羟甲基尿嘧啶或尿嘧啶代替胸腺嘧啶,头部衣壳 尾部结构,天然标记,噬 菌 体 的 分 类,根据噬菌体的核酸组成,DNA噬菌体 RNA噬菌体,根据噬菌体与宿主的关系,毒性噬菌体（virulent phage) 温和噬菌体（temperate phage） 溶原性噬菌体（lysogenic phage）,毒 性 噬 菌 体 （virulent phage),能在宿主菌细胞内，利用宿主菌的酶、能量进行复制增殖，产生子代噬菌体并使宿主菌破裂的噬菌体为毒性噬菌体。,毒 性 噬 菌 体 的 复 制 增 殖,1、吸 附 是噬菌体与细菌表面相应受体特异性结合的过程,2、穿 入,
4、有尾噬菌体将头部的DNA注入宿主菌内,无尾噬菌体经脱壳进入宿主菌内，类似于动物病毒的穿入过程,3、生物合成,利用宿主菌的酶、能量复制 核酸及合成蛋白质,4、 成熟与释 放,程序组装,菌细胞裂解，噬菌体释放,毒 性 噬 菌 体 的 复 制 增 殖,1、吸附,2、穿入,3、生物合成,4、成熟与释放,噬菌体在固体培养基中与细菌共同培养后形成的噬斑,噬菌现象,均匀浑浊,澄清,温和噬菌体（temperate phage）,概 念,复制繁殖周期,溶原性噬菌体（lysogenic phage）,温 和 噬 菌 体,那些既可感染宿主菌后，将其基因整合到宿主菌基因组并随宿主基因的复制而复制，当宿主菌分裂时，噬菌
5、体的基因亦随之分配到两个子代宿主菌基因组中；又可裂解其感染的宿主菌的噬菌体称之。,溶菌性周期和溶原性周期,前噬菌体-整合在细菌染色体上的噬菌体基因组,溶原性细菌-带有前噬菌体基因组的细菌,温 和 噬 菌 体 的 复 制 繁 殖,1、吸附,2、穿入,3、前噬菌体形成,4、溶原性周期,5、一定条件下，前噬菌体脱离细菌染色体,6、溶菌性周期,溶原性细菌,诱导,前噬菌体,溶菌性周期,溶原性周期,噬菌体的应用,细菌的鉴定,分子生物学研究的重要工具,细菌感染的诊断与治疗,细菌的遗传与变异,变异（variation） 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异称为变异,遗传（heredity） 遗
6、传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。,基本概念,非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传,遗传性变异（基因型变异） 细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。,细菌的变异现象,形态变异,结构变异,菌落变异,毒力变异,耐药性变异,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁),正常霍乱弧菌,霍乱弧菌L型,形态结构变异,毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 13年(230代),耐药性变异,细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐
7、药性变异。 有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基 痢疾杆菌 依链株(耐药菌株) 长期培养,菌落变异,在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 S 或在有免疫力的人体内 R,菌落（S型）,细菌遗传的物质基础,细菌染色体 染色体外的遗传物质 质粒 转位因子,单一的环状双螺旋的DNA长链反复卷曲的超螺旋结构。没有组蛋白，但有核蛋白。,DNA双向复制,不同细菌染色体的G+C mol %不同，可作为细菌分类的依据。,细 菌 染 色 体,质 粒,可自主复制,可自行或经人工处理而消失,特 性,具有相容性和不相容性,转移性,与细菌繁殖代谢无关，但赋予 宿
8、主菌特定的生物学特性,分 类,F 质粒：编码性菌毛,Vi 质粒：编码细菌毒力,col质粒：编码大肠菌素,R 质粒：编码抗药性,大质粒（为染色体的110）,小质粒（约为染色体的0.5）,代谢质粒：编码相关的代谢酶,转 位 因 子,能从宿主基因组的一个位置转移到另一个位置的独立的DNA片段。又称为转座子或转座因子,特点,插入序列（insertion sequences, IS) 转座子（transposon, Tn) 转座噬菌体或前噬菌体（prophage）,可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同 部位之间自行转移。 转位基因必须依附染色体和质粒复制,分 类,概念,是最小的的转座因子，与
9、插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。,插入序列 IS,两端为重复序列,带有编码转位的基因又带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属基因、毒素基因、其他结构基因等）。可能与细菌的多重耐药有关。,转座子 Tn,复合转座子,简单转座子,一些具有转座功能的溶原性噬菌体。,转座噬菌体或前噬菌体,细 菌 变 异 的 机 制,表型变异（非遗传性变异）,基因型变异（遗传性变异）,突变（mutation)与损伤后修复,转移与重组,转 化 (transformation) 接 合(conjugation) 转 导(transduction) 溶源性转换(lysogenic convers
10、ion) 原生质体融合(protoplast fusion),突 变 （mutation),概念,基因突变（点突变） 染色体畸变（大突变）：转位因子的转位,随机发生与选择 自发突变 理化致突变剂诱导突变 回复突变,是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性改变。,类型,规 律,基 因 突 变,转 化 transformation,直接摄取供体菌游离的DNA片断并重组使其获得新的性状的过程。,概念,A,B,C,D,1、只有少数菌属可发生转化。 2、受菌处于感受态 3、供菌DNA必须与受菌DNA同源性 4、供菌DNA只有单股与受菌染色体发生整合,故只有一个子代细菌带供菌的DNA
11、。,特点,转化试验,细菌通过性菌毛的接触沟通将 DNA从供菌转移 到受菌中。,概念：,方式：,F质粒接合,Hfr菌接合,R质粒接合,接 合 conjugation,A,B,C,D,F 质 粒 接 合,通过性菌毛的接触沟通将接合性质粒从供菌转移到受菌。,Hfr 菌 接 合,A,B,C,D,E,1、染色体上整合有F质粒DNA的细菌为Hfr菌。,2、Hfr类似于F质粒，可合成性菌毛。,3、可转移供菌的染色体DNA。被整合的F质粒起引导转移作用。,R 质粒接合,R 质粒包括： 耐药传递因子（RTF）：性菌毛 耐药决定因子（r factor）,A,C,D,B,转 导 transduction,概 念：
12、以温和噬菌体为媒介， 将供菌的DNA转移到 受菌中的过程。,普遍性转导 局限性转导,普遍性转导-通过进入裂解期的温和噬菌体为媒介，将供体菌染色体上任何一个或数个基因装入噬菌体蛋白质外壳中，转导给受体菌的过程,局限性转导-进入溶原期的温和噬菌体，以前噬菌体形式整合在细菌染色体的某一位置，当其自发或经诱导中止溶原状态，前噬菌体脱离细菌染色体时，脱离的硷基位置发生错误，携带出与它紧密连锁的细菌的DNA片断，使受体菌获得供体菌的某种遗传性状的过程。,1,2,溶原性转换 lysogenic conversion,在温和噬菌体的溶原期，因前噬菌体与细菌染色体整合而导致细菌基因型发生改变而获得新的性状。,无毒的白喉杆菌感染了-棒状杆菌噬菌体后变成了产毒的白喉杆菌。,思 考 题,名词解释： 噬菌体、毒性噬菌体、温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细菌、质粒、转化、转导、接合、溶原性转换。 问答题： 1、试述质粒的种类和特性。 2、细菌的耐药性是如何产生的？ 3、细菌接合的主要方式有哪些？,
