细菌的遗传与变异_8

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1、第十三章 细菌的遗传与变异,教学内容： 第一节 细菌的变异现象 一、形态与结构的变异 二、毒力变异 三、耐药性变异 四、抗原性变异 五、菌落变异 第二节 细菌遗传变异的物质基础 一、细菌的染色体 二、质粒 三、转位因子 四、噬菌体 第三节 细菌变异的发生机制 一、基因突变 二、基因转移与重组 第四节 细菌的遗传变异在医学中的应用,教学目标： 1、了解细菌变异的现象 2、熟悉细菌遗传变异的物质基础 3、熟悉细菌变异的机制 4、了解细菌变异的实际意义,遗传：子代与亲代间的生物学特征相似 变异：子代与亲代间的生物学特征差异 变异类型： 遗传性变异（基因型变异）：基因结构改变 特点：个别细菌，产生新性

2、状可遗传，不可逆。 非遗传性变异(表型变异）：环境条件变化，无基因结构的改变。 特点：菌群中所有细菌，不遗传，可逆。,第一节 细菌的变异现象,一、形态与结构的变异 （一）形态变异 受外界环境条件 影响（椭圆形 小杆菌球形、 杆状、逗点状等 多种形态）,细菌L型变异：,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型细菌 (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,葡萄球菌L型变异,细菌L型油煎蛋样菌落,（二）结构变异 细菌的特殊结构可发生变异而失去。 有鞭毛的变形杆菌在固体培养基上弥散生长，菌落似薄膜，称H菌落。将此菌接种在含有1%苯酚的培养基上，细菌失去鞭毛，形成单个菌落，称为O菌落

3、。 H-O变异：将细菌失去鞭毛的变异。,荚膜变异,芽胞变异 42-43 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性 10-20天 降低 鞭毛变异 鞭毛细菌 无鞭毛菌,形态结构变异,（单个菌落）,（迁徙生长）,（点种在含0.1%石碳酸的培养基）,细胞壁变异：有无 go 荚膜变异：有无 如：肺炎链球菌 芽胞变异：有无 如：炭疽杆菌 鞭毛变异：有无（H-O变异）,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 产生白喉毒素,增强,（二）毒力变异 表现：减弱或增强,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌卡介苗 13年(230代) （BCG）,减弱,1921年,Albert Calmette Camille Guerin,三、耐药性

4、变异,概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药：有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药 物，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培养基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 长期培养,减少耐药菌株的产生: 1）避免盲目使用抗菌药物。 2）用药前应尽量做药敏试验，并根据结果选择用药。,四、抗原性变异 肠道杆菌细胞壁表面的多糖重复单位，为该菌的抗原，具有属的特异性； 鞭毛的主要成分为蛋白质，为该菌抗原，具有种的特异性，在该菌的血清学鉴定方面很重要。 由于或抗原的变异，如抗原可由相变为相，或由相变为相，其种的特异性就发生相应改变。,五、菌落变异 菌落有两种： 光滑型（S）：表面光滑、湿润、边缘整齐。 粗糙型（

5、R）：表面粗糙、干皱、边缘不整。 S-R变异：菌落从光滑型变为粗糙型的变异。多见于肠道杆菌。 一般S型菌的致病性强，少数细菌如结核杆菌、炭疽杆菌R型菌的致病性强。,菌落变异（S-R变异）,在陈旧培养基中长期培养 光滑(S)型菌落 粗糙(R)型菌落 或在有免疫力的人体内 一般，S型菌落致病力强。,第二节 细菌遗传变异的物质基础,细菌的遗传物质包括： 染色体 染色体外遗传物质： 质 粒 转位因子 噬菌体等,一、细菌的染色体,细菌染色体： 环状双螺旋DNA，缺乏组蛋 白, 无核膜包围。,大肠埃希菌整个染色体约含5000多个基因。,二、质粒（plasmid）,概念：细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的

6、双链DNA，编码生物学性状，能自行复制，位于胞浆。,质粒的特征 自我复制能力，为复制子 决定细菌某些性状 可自行丢失与消除（非细菌 生命活动必需） 可转移性：通过结合、转化、转导 可分为相容性和不相容性,有两种： 大质粒：含几百个基因。 小质粒：含20-30个基因。 质粒基因可编码产生很多重要的生物学性状。,（二）医学上重要的质粒,1、F质粒（致育质粒） 编码性菌毛，介导细菌间的结合能力 2、耐药性质粒： 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。 包括：结合性（R质粒）和非结合性耐药质粒 带有R质粒的细菌有大肠埃希菌、沙门菌、志贺菌、铜绿假单胞菌等革兰阴性菌。,3、毒力质粒（Vi质粒）： 编码

7、与致病有关的毒力因子，如：ST质粒 如破伤风梭菌痉挛毒素、炭疽毒素等均由相应的毒力质粒编码产生。 4、细菌素质粒：编码细菌素，如大肠菌素质粒Col质粒 细菌素对同品系或近缘细菌具有抑制作用。,三、转位因子（transposable element，Te）：,概念：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，能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置。 从基因组一个位置转移到另一个位置-即转位。,转位因子,转位因子分为3类, 插入序列（IS）： 最小的Te，仅含与转位相关的基因，两端为反向重复序列。 转座子（Tn）： 含转位相关基因及耐药性基因、 抗金属基因、毒素基因等其

8、他结构基因。 - Tn可引起插入失活，也可带入耐药基因，导致耐药性的播散。 （3）转座噬菌体：,1、插入序列：不携带任何已知信息，往往在插入后与插入点附近的序列共同起作用。 2、转座子：除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、毒力基因及其他结构基因等。 转座子携带的耐药性基因在细菌的染色体和质粒之间或质粒和质粒之间转移，导致耐药性基因的播散是自然界中细菌耐药性产生的重要原因之一。 3、转座噬菌体：是具有转座功能的溶原性噬菌体。 当前噬菌体整合到细菌染色体上，便能改变溶原性细菌的某些生物学性状。 当前噬菌体从细菌染色体上脱离时，可带走邻近的细菌DNA片段，因而在细菌遗传物质转移过程中还可起载

9、体作用。,四、噬菌体 概念：能感染细菌、真菌、放线菌、螺旋体等微生物的病毒。 （一）生物学性状 分布：广泛，个体微小，需用电子显微镜观察， 基本形态：蝌蚪形、微球形、线形。蝌蚪形多。 化学组成：核酸和蛋白质。 特性：具有严格的宿主特异性。依此可对细菌鉴定与分型。 抵抗力：比一般细菌繁殖体强。一般在7030分钟仍不失去活性。在低温下能长期存活。,（二）噬菌体与宿主菌的相互关系,噬菌体感染细菌有两种结果 裂解细菌，完成溶菌周期 毒性噬菌体 细菌不裂解，建立一种溶原状态 温和噬菌体,1、毒性噬菌体：能在敏感细菌中增殖并引起细菌裂解的噬菌体。 溶菌周期（复制周期）：吸附、穿入、生物合成、装配、成熟释放

10、。 约需15-25分钟,2、温和噬菌体：感染敏感细菌后不增殖，不引起宿主菌裂解，而是噬菌体的基因整合于细菌染色体中的噬菌体。此过程称为溶原周期。 前噬菌体：整合在细菌染色体中的噬菌体的基因。 溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌。,溶原性细菌的特征： 能正常分裂，并将前噬菌体传给子代； 前噬菌体可编码阻遏蛋白抑制后进入的毒性噬菌体进行生物合成； 整合的前噬菌体给细菌带来新的性状； 前噬菌体可偶尔自发地或某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主菌染色体进入溶菌周期，导致细菌裂解。,第三节 细菌变异的发生机制,主要通过 基因突变、 基因转移与重组,一、基因突变 突变：概念：指细菌的遗传基因发生突然而稳定的改

11、变性状的遗传性变异。 类型：基因突变（点突变、小突变）：基因中一个或几个碱基对改变，极少数细菌发生少数性状变异。 染色体畸变（大突变）：指大段DNA发生改变，常导致细菌死亡。 细菌基因突变包括碱基转换、插入、缺失及转位因子的转位等。,突变率：自然突变率（10-6-10-9）极低，如果用高温、紫外线、X射线等理化因素诱导细菌突变，可使突变率提高10-1000倍。,二、细菌的基因转移和重组,基因转移 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞内的过程称为基因转移。 重组 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。 外源性遗传物质包括细菌染色体DNA片段、质粒DNA及噬

12、菌体基因等。 基因转移和重组的方式： 转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合,（一）转化,概念： 受体菌直接从周围环境中摄取供体菌裂解游离的DNA片段，从而获得供体菌部分遗传性状的过程。 证实： 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。,-无荚膜,（二）接合,概念： 是细菌通过性菌毛相互连接沟通，供体菌将遗传物质（主要是质粒DNA）转移给受体菌，使受体菌获得供体菌的遗传性状。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒 包括：F质粒 R质粒 Col质粒和毒力质粒。,1、F质粒接合：,2、R质粒接合,R质粒包括两部分 耐药传递因子（,RTF） 功能：与F质粒相似，编码性菌毛和接合转移

13、 耐药决定子（r-dir） 功能：编码对抗菌药物的耐药性,RTF,r决定子,IS,Tn9,Tn4,Tn5,R质粒结构图,这两部分可以单独存在，也可以结合在一起成为复合物，但必须两部分结合在一起时，才能将耐药性转移给其他细菌。 细菌携带的多重耐药性质粒也可通过性菌毛转移给其他细菌，从而导致细菌耐药性的扩散，这也是近年来耐药菌株日益增多的一个重要原因。,（三）、转导,概念： 以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移入受体菌，使受体菌获得新的性状。 根据转导基因片断范围，分为： 普遍性转导（generalized transduction） 局限性转导（restricted transducti

14、on）,1、普遍性转导 （generalized transduction）,概念： 通过噬菌体将供体菌任意DNA片段转移至受体菌的转导现象。,普遍性转导的过程,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离进行增殖，噬菌体大量复制其子代DNA，合成子代噬菌体结构蛋白，同时编码产生核酸酶。 核酸酶对宿主菌染色体进行切割，产生许多大小不一的DNA片段。 噬菌体组装时，发生错误（105107），误将细菌的DNA片段装入噬菌体的外壳蛋白，感染受体菌将供体菌DNA带入。 因为错误是随机的，被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。,普遍性转导的结果：,携带供体菌基因的噬菌体感染受体菌时，将供体菌基

15、因注入受体菌，结果分为： 完全转导（complete transduction） 进入的DNA片段与受体菌的染色体整合重组，并随染色体而传代，称完全转导 流产转导（abortive transduction） 进入的DNA片段游离在胞质中,既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产转导,2、局限性转导,概念：前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移给受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变的过程。 能进行局限性转导的多是温和噬菌体：如噬菌体进入大肠埃希菌K12。,局限性转导：温和噬菌体在终止溶原状态脱离宿主菌时，发生偏差脱离，连同相邻的一段细菌染色体基因包进

16、噬菌体衣壳内，再感染其他菌时，将原宿主菌的基因转移给新宿主菌，使受体菌获得供体菌的某种遗传性状。由于这种转导只限于供体菌DNA上个别的特定基因 ，故称为局限性转导。,（四）、溶原性转换(lysogenic conversion),概念： 当噬菌体感染细菌时，噬菌体作为供体，宿主菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段，并获得新的遗传性状称为溶原性转换。,溶原性转换：某些温和噬菌体感染敏感菌后，其基因可整合于宿主菌染色体中，此状态下的细菌称为溶原性细菌。 溶原性转换：溶原性细菌因DNA结构改变而获得噬菌体赋予的新性状。 白喉棒状杆菌、A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌,第四节 细菌的遗传变异在医学中的