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1、第十二章 细菌的遗传与变异,生命的特征遗传和变异,遗传：生命有机体在生殖过程中表现出来的子代与亲代之间的相似性。遗传使物种能保持相对稳定。,变异：同种个体之间的差异性。变异增加了生物对环境的适应性和物种的多样性，为生物进化提供了选择的材料。,学习内容,常见的细菌变异现象 细菌遗传变异的物质基础 细菌遗传性变异的机制 细菌遗传变异的应用,学习要求,1）熟悉细菌常见的变异现象，并掌握与细菌遗传变异有关的物质基础。 2）熟悉细菌变异的机制以及细菌基因转移与重组的四种方式。 3）了解其它内容。,概 述,遗传（heredity） 亲子代间生物学性状的相似性称为遗传。 变异（variation） 亲子代间
2、以及子代之间生物学性状的差异性称为变异。 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）：环境因素改变所致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。,一、概念,第一节噬菌体,1.概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。,2.噬菌体的特性： 个体微小，需用电镜观察，可以通过细菌滤器 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 专性细胞内寄生的微生物,（一）噬菌体的生物学性状,形态与结构： 噬菌体有三种形态：蝌蚪形、微球形和丝形，但多数为蝌蚪形。,噬菌体,细菌细胞,噬菌体的特点,噬菌体
3、具有严格的宿主特异性，即某一种噬菌体只难感染某一种微生物，甚至只能感染某一种微生物中的某一型。因此可用来鉴定和分型。 噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强,7530min灭活。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和X射线敏感。,（二）噬菌体与宿主菌的相互关系,毒性噬菌体(virulent phage)：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌 温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。,吸附,穿入,生物合成,成熟、释放,毒性噬菌体的溶菌性周期,温和
4、噬菌体的溶源性周期,前噬菌体,噬菌体的溶菌性周期,（一）形态结构变异 （1）形态变异 （2）结构变异 （二）生理特性变异 （1）毒力变异 （2）耐药性变异,（一）形态结构变异,3%-6%食盐琼脂培养基 鼠疫杆菌(典型形态)多形态性(衰残型),形态结构变异,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),正常葡萄球菌,葡萄球菌L型,形态结构变异,鼠疫耶尔森菌,3-6%食盐,多形态性,陈旧培基物,形态结构变异,特殊结构的变异（芽胞、鞭毛从有无） 42-43 （1）炭疽杆菌失去形成芽胞能力, 毒性 10-20天 降低 （2）变形杆菌 1%石炭酸 单个菌落（鞭毛） 迁徙生长
5、,（H菌落）,（O菌落）,有荚膜的肺炎球菌,无荚膜的肺炎球菌,细菌形态结构变异,1、毒力变异（有利有弊）,棒状杆菌噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 (无毒) (有毒),（二）生理特性变异,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌卡介苗 （强毒 ） 13年(230代) （弱毒）,卡介苗是由法国巴斯德研究所的卡默特和介林（Calmette & Guerin）两人首创的。卡介二氏于1908年对一株从乳牛脓液分离的毒力很强的牛型结核菌进行了研究，将有毒力的结核杆菌在含有胆汁的甘油马铃薯培养基上连续传代，经13年230代获得了减毒但保持免疫原性的菌株，为纪念卡默特与介林的功绩，称此菌苗为卡介苗，简称BC
6、G。用于人工接种以预防结核病。,2、耐药性变异（变本加厉）,概念：细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。 现状：金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14%上升至目前的90%以上 。 敏感-单一耐药-多重耐药性-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（）,值得我们深思的问题：,如何防止细菌的耐药性变异？,（1）合理使用抗生素，用药要足量，疗程要合适，维持体内药物的抑菌浓度。 （2）严格执行消毒隔离制度，防止耐药菌的交叉感染。 （3）做好药物敏感试验，提供细菌对药物的敏感程度，供临床用药时
7、参考。 （4）加强药政管理，抗菌药物凭处方供应。 （5）实行抗菌药物“轮休”制 （6）研制新的抗菌药物。,（一）细菌染色体,细菌属于原核细胞型微生物, 细菌染色体是环状双螺旋DNA，不含组蛋白, 无核膜包围。 细菌基因组是具有一定生物学功能的核苷酸序列，可编码多种的结构蛋白和酶类;其基因结构是连续编码的、无内含子。 细菌染色体DNA的复制：已证明大肠埃希菌的DNA是双向复制。,第三节 细菌遗传变异的物质基础(掌握),细菌染色体DNA,（二）质粒,质粒是细菌染色体外、不依赖于染色体而自我复制的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。 几种重要的质粒 致育质粒（F质粒）：编码性菌毛的合成 耐药质粒（R质
8、粒）：编码细菌对抗菌药物和重金 属盐类的耐药性。 毒力质粒（Vi质粒）：编码与该菌致病性有关的毒 力因子。 细菌素质粒（Col质粒）：编码各种细菌素。 代谢质粒：编码与代谢相关的各种酶类。,质粒的特征,自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝 紧密型质粒和松弛型质粒 编码产物赋予细菌某些性状特征 可自行丢失与消除 有转移性 可分为相容性和不相容性,三转位因子（转座子）,概念：是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段可移动的特异性核苷酸序列，能不断地改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。 种类： 插入序列（IS）：最简单或序列较短的转座子，长度不超过2kbp，仅携带转座基因
9、。 转座子（Tn）：长度超过2kbp，有转座基因，还有其它特殊功能的基因，如耐药性基因。,插入序列：是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与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。,转座子：长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗重金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。,小结,细菌遗传变异的物质基础： 1、细菌染色体 2、质粒 3、噬菌体 4、转位因子,说
10、了这么多，严重记不住！,开开心吧！,一、基因的突变 突变 二、基因的转移与重组 转化 接合 转导 溶源性转换,第四节 细菌遗传性变异的机制 （熟悉）,一、基因突变 1. 种类 突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生遗传性变异。,2. 基因突变的共同特性 （1）稀少性 ：自发突变率10-910-6 。 （2）突变的回复和抑制：未发生突变的原始菌株称为野生株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。 （3）突变与选择,基因转移与重组 基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。 基因重组（re
11、combination）：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。 细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶源性转换。,（一）转化（transformation）,转化是供体菌裂解后，游离的DNA片段被受体菌直接摄取，并整合到受体菌的基因组中，使受体菌获得新的性状。 转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。,1928年Griffith等设计的肺炎双球菌的转化试验。,S型细菌，菌体有荚膜，有毒性,菌落光滑。,R型细菌，菌体无荚膜，无毒性,菌落粗糙。,肺炎链球菌的转化试验,1944年，艾弗里等人的实验不仅揭开了“格里菲斯之谜”，并且在世界上第一次证明
12、基因就在DNA上。,Oswald Theodore Avery （ 18771955 ）,（二）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。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒。,1.质粒的接合 (F +X F- F + ）,oriT,2.R质粒的接合,R质粒发现 1959年首先由日本学者分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。 健康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。 R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药
13、性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。,耐药传递因子（RTF）：与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移 耐药（r）决定子：r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子（Tn）连接相邻排列，如Tn9带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，Tn5带有卡那霉素的耐药基因。 r决定子在与RTF结合的状态下,才能传递给受体菌。,R质粒的组成,R质粒决定耐药的机制,使细菌产生灭活抗生素的酶类； R质粒控制细菌改变药物作用的靶部位； R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性。,（三）转导（transduction）,转导是以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体
14、菌内，使受体菌获得供体菌的某些性状。 普遍性转导（generalized transduction） 局限性转导（restricted transduction）,（1）普遍性转导,普遍性转导：是毒性噬菌体在复制过程中，或者前噬菌体在脱离溶原菌染色体进入裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。 被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。,普遍性转导,（2）局限性转导,局限性转导或特异性转导，是通过温和噬菌体将供体菌某些特定的基因转移给受体
15、菌。,（四）溶原性转换,溶原性转换是当温和噬菌体感染细菌时，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致细菌获得新的性状。 白喉棒状杆菌,基因转移与重组4种方式的主要区别,第五节 微生物遗传变异的应用,在细菌分类学上的应用 在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 病原性诊断 特异性防治 微生物基因组研究 在测定致癌物质中的应用 在流行病学中的应用 在基因工程中的应用,在疾病的诊断、治疗与预防中的应用,诊断方面：形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化； 治疗方面：耐药菌株日益增多，预防耐药性； 药敏实验 早期足量 要有一定疗程,联合用药 不要滥用 预防方面：减毒菌株和无毒株可制备成疫苗。,在测定致癌物质中的应用,凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。 Ames实验 伤寒沙门菌（his-）（his+）,小 结,1.细菌变异的物质基础。 2.解释细菌毒力变异、耐药性变异的概念并举例说明。 3.细菌遗传性变异的机制有哪些？解释转化、接合、转导、溶源性转换的概念。,
