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1、医学微生物学,主讲: 杨志伟 教授,噬菌体(bacteriophage) 是感染细菌、真菌、放线菌、支原体、螺旋体等微生物的病毒。因其能使细菌裂解，故称为噬菌体。,第四章 噬 菌 体,噬 菌 体 的 特 点,个体微小，可以通过细菌滤器；需用电子显微镜观察； 无细胞结构，主要由衣壳（蛋白质）和核酸组成； 分布广泛； 与细菌的变异密切相关； 噬菌体具有严格的宿主特异性，只寄居于易感宿主菌体内，,一、噬菌体的生物学性状,其基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形三种； 大多数呈蝌蚪形。,一、噬菌体的生物学性状,结构：由头部和尾部组成； 化学组成：蛋白质与核酸； 核酸类型：为DNA或RNA，大多数DNA噬菌体
2、的DNA为线状双链； 噬菌体具有抗原性； 抵抗力：比一般细菌繁殖体强。,噬 菌 体 的 增 殖,（）溶菌性噬菌体 能在敏感细菌中增殖并引起细菌裂解的噬菌体称为毒性噬菌体，毒性噬菌体完成吸附、穿入、生物合成、装配、成熟与释放等过程，称为复制周期或溶菌周期，完成一个复制日期约需1525min。,（二）溶原性噬菌体 有些噬菌体感染敏感菌后不增殖子代噬菌体，而是将噬菌体的基因整合于细菌染色体中，成为细菌DNA的一部分。等细菌分裂时，噬菌体基因随同分裂传至两个子代细菌中，这种随着细菌分裂而传代的状态称为溶原状态。 形成溶原状态的噬菌体称为溶原性噬菌体或温和性噬菌体。整合在细菌DNA上的噬菌体基因称为前噬
3、菌体，带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌。,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。 溶原性转换： 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理,细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型。 分子生物学研究的重要工具 噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体。 细菌感染的诊断与治疗 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用。,噬菌体的应用,第五章 细菌的遗传与变异,子代与亲代之间的生物学性状具有相似性，能代代相传。这
4、种现象称为遗传； 在一定条件下，若子代与亲代之间出现差异则称为变异。,变 异,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。 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。,第一节 细菌的变异现象,形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异,一、形态与结构的变异,3-6% NaCI 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培基,一、形态与结构的变异,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),一、形态与结构的变异,特殊结构的变异 42-43 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-2
5、0天 变形杆菌（H） 1%石炭酸 （O） 迁徙生长 单个菌落,二、毒 力 的 变 异,细菌的毒力变异表现为毒力的减弱或增强 毒力减弱 卡介苗（BCG） 毒力增强 白喉棒状杆菌,三、耐 药 性 变 异,细菌对某种抗菌药物可由敏感变成耐药 耐药菌株 赖药菌株 多重耐药性菌株,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,第二节 细菌遗传变异的物质基础,一、细 菌 染 色 体 dsDNA，3.25106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现,二、质 粒 DNA F因子 R因子 细菌素质粒 毒力质粒或VI质
6、粒，,质粒DNA的基本特征,质粒具有自我复制的能力。 质粒基因编码的产物赋予细菌某些性状特征 。 质粒可自行丢失与消除。 质粒转移性。 质粒可分为相容性与不相容性两种。,第三节 细菌变异的机制,一、突 变 突变是指遗传物质改变而引起的遗传型变异 自发突变 诱发突变 碱基置换 移码,二、细菌基因的转移与重组,基因转移：外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞内的过程。 基因转移中提供DNA的细菌为供体菌，而接受DNA的细菌为受体菌。 外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体基因等。,重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。 两个不同性状的细菌之间通过遗传
7、物质的转移和重组，可以发生遗传变异。 基因转移和重组的方式有接合、转化、转导和转换四种方式。,1. 转化(transformation):供体菌裂解游离的DNA片段转入某受体菌细胞内的过程。,2. 接合(conjugation),接合：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒，不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为非接合性质粒。,R质粒 耐药传递因子： 编码性菌毛 r决定因子：耐药,是以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，是受体菌获得新的性状。 根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导 （转导
8、的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、 局限性转导 （转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。,3. 转导(transduction),普遍性转导( generalized transduction),局限性转导( restricted transduction),4. 溶原性转换(lysogenic conversion),当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时，而使细菌获得新的性状。,第四节 细菌变异的应用,在疾病的诊断及预防中的应用 在基因工程方面的应用 细菌耐药性变异与抗感染治疗 检测致癌物,细菌耐药性（drug resistance） 亦称抗
9、药性，是指细菌对某抗菌药物（抗生素或消毒剂）的相对抵抗性。指病原体或肿瘤细胞对反复应用的化学治疗药物敏感性降低或消失的现象。 耐药性的程度 用某药物对细菌的最小抑菌浓度（MIC）表示。临床上有效药物治疗剂量在血清中浓度大于最小抑菌浓度称为敏感，反之称为耐药。,遗传学上把细菌耐药性分为固有耐药性和获得耐药性。 (一)固有耐药（intrinsic resistance） 固有耐药性指细菌对某些抗菌药物的天然不敏感。固有耐药性细菌称为天然耐药性细菌，其耐药基因来自亲代，由细菌染色体基因决定而代代相传的耐药性，存在于其染色体上，具有种属特异性。如肠道杆菌对青霉素的耐药，固有耐药性始终如一并可预测。,二
10、、细菌耐药性的遗传机制,获得耐药性指细菌DNA的改变导致其获得耐药性表型。耐药性细菌的耐药基因来源于基因突变或获得新基因。 在原先对药物敏感的细菌群体中出现了对抗菌药物的耐药性，这是获得耐药性与固有耐药性的重要区别。,（二）获得耐药（acquired resistance） 1.获得耐药性概念,获得耐药性大多由质粒介导，但亦可由染色体介导的耐药性，如金葡菌对青霉素的耐药。 影响获得耐药性发生率有三个因素：药物使用的剂量、细菌耐药的自发突变率和耐药基因的转移状况。,(1)染色体突变：所有的细菌群体都会发生自发的随机突变，频率很低，其中有些突变赋予细菌耐药性。 (2)可传递的耐药性（突变基因水平转
11、移方式：接合、转导、转化）,2.获得耐药性基因突变类型,接合：细胞间通过性菌毛相互沟通，将遗传物 质如质粒或染色质DNA从供体菌转移给受 体菌。 转导：以噬菌体及其含有的质粒DNA为媒介， 介导供体菌耐药基因转移给受体菌内。 金葡菌、链球菌获得耐药。 转化：少数细菌可从周围环境中摄入裸DNA， 并掺入到细菌染色体中。,三、细菌耐药性的生化机制,细菌耐药的生化机制包括： 钝化酶的产生 药物作用靶位的改变 抗菌药物的渗透障碍 主动外排机制 细菌自身代谢状态改变等,（一）产生钝化酶使抗菌药物失效,钝化酶（modified enzyme）是耐药菌株产生的、具有破坏或灭活抗菌药物活性的某种酶，它通过水解
12、或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性，如分解青霉素的酶或改变氨基糖苷类抗生素结构的酶。,-内酰胺酶： 特异性水解打开药物分子结构中的-内酰胺环，使其完全失去抗菌活性，又称灭活酶，由染色体和质粒介导。分青霉素型水解青霉素类；头孢菌素型水解头孢类和青霉素类。,重要的钝化酶有以下几种：,氨基糖苷类钝化酶： 由质粒介导，其机制是通过羟基磷酸化、氨基乙酰化或羧基腺苷酰化作用，将相应的化学基团结合到药物分子上，使药物的分子结构发生改变，失去抗菌作用。 氯霉素乙酰转移酶： 由质粒编码产生该酶，使氯霉素乙酰化而失去抗菌活性。,导致与抗生素结合的有效部位发生变异，影响药物的结合，对抗生素不再敏感，这种改变使抗
13、生素失去作用位点和亲和力降低，但细菌的生理功能却正常。如青霉素结合蛋白改变导致对-内酰胺类抗生素亲和力极低导致耐药。,（二）药物作用靶位的结构和数量改变 抗菌药不易与细菌结合,（三）抗菌药物的渗透障碍 药物不易进入菌体内 细菌细胞壁的障碍和/或外膜通透性的改变将严重影响抗生素进入细菌内部到达作用靶位发挥抗菌效能，耐药屏蔽也是耐药的一种机制。,（四）主动外排机制药物被泵出菌体外 已发现数十种细菌外膜上有特殊的药物主动外排系统，药物主动外排使菌体内抗菌药浓度下降，难以发挥抗菌作用导致耐药，主动外排耐药机制与细菌的多重耐药性有关。,主动外排系统示意图,1.改变代谢途径 细菌可通过改变代谢途径逃避抗菌
14、药物作用。 2.产生拮抗剂 细菌也可以通过增加产生代谢拮抗剂来抑制抗生素，从而获得耐药性。,（五）其他,1.合理使用抗菌药物 制定抗生素用药常规，教育医务工作者和病人规范化用药，供临床选用抗菌药物参考。 严格根据适应证选用药物 病人用药前应尽可能进行病原学检测，并进行药敏试验，作为调整用药的参考。 按药物的药动学特性，制定合理的用药方案。 用药疗程应尽量缩短，一种抗菌药物可以控制的感染则不任意采用多种药物联合。 严格掌握抗菌药物的局部应用、预防应用和联合用药，避免滥用。,四、细菌耐药性的防治原则,2.严格执行消毒隔离制度 对耐药菌感染的患者应予隔离，防止耐药菌的交叉感染。医务人员应定期检查带菌
15、情况，以免传播医院内感染。,加强细菌耐药性的检测，建立细菌耐药监测网，掌握本地区、本单位重要致病菌和抗菌药物的耐药性变迁资料，及时提为临床供信息。 必须规定抗菌药物凭处方供应。 农牧业应尽量避免供临床应用的抗菌药物作为动物生长促进剂或用于牲畜的治疗，以避免对医用抗菌药物产生耐药性。 细菌耐药性一旦产生后，在停用有关药物一段时期后敏感性有可能逐步恢复。,3.加强药政管理,根据细菌耐药性的机制及其与抗菌药物结构的关系，改造化学结构，使其具有耐酶特性或易于透入菌体。 寻找和研制具有抗菌活性，尤其对耐药菌有活性的新抗菌药物；同时针对耐药菌产生的钝化酶，寻找有效的酶抑制剂。,4.研发新抗菌药物,5.破坏耐药基因 随着细菌基因组研究的进展，学者们发现通过破坏耐药基因可使细菌恢复对抗菌药物的敏感性。,谢 谢 ！,
