细菌的遗传变异_7

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1、第2章,细菌的遗传与变异,BCG：牛型结核杆菌（有毒株） 胆汁-甘油-马铃薯培养 13年，230次传代 减毒株（BCG） 基因型变异：BCG 表型变异：细菌L型,基因型和表型变异的比较,基因型变异,表型变异,基因结构,变化 未变,可逆性,不或极少 可逆,稳定性,稳定 不稳定,环境影响,涉及细菌数,不受影响 受影响,个别 全体,第一节 细菌的变异现象,形态、结构变异 抗原性变异 菌落变异 毒力变异 耐药性变异,一、形态结构变异,L型变异 青霉素、溶菌酶 - 正常形态细菌 L型细菌 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁) 芽孢变异 42-43 - 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天

2、鞭毛变异（H-O变异） 0.1%石炭酸 - 变形杆菌 点状生长、单个菌落 （O） 迁徙生长（H）,二、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 R 原因：失去LPS的特异多糖,三、毒力变异,增强 感染棒状杆菌噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),四、耐药性变异,细菌对某种抗菌药物从敏感变成耐药的变异 金黄色葡萄球菌 MRSA（耐甲氧西林金黄 色葡萄球菌） 有些细菌还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 含链霉素培养基 痢疾志贺菌 痢疾志贺菌依链株 长期培养 (SmD株),第二节 细菌的遗

3、传物质,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,质粒（plasmid）：,复制能力 控制某些性状 转移能力 丢失或消除,功能：F质粒转移；Vi质粒毒力 R质粒耐药；Col质粒细菌素,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 个体微小，可以通过细菌滤器 无细胞结构，主要由衣壳（蛋白质）和核酸组成 只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物 严格宿主特异性，分布极广，有菌即有噬菌体,噬菌体（bacteriophage）：,1.形态与结构 噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、微球形和细

4、杆形。大多数噬菌体呈蝌蚪形。,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。,2.噬菌体可分为两种类型 1.毒性噬菌体：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。 2.温和噬菌体或溶原性噬菌体：噬菌体基因组整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解。,溶菌性周期,毒性噬菌体在宿主菌内的增殖过程（复制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟释放等3个阶段。,溶原性周期,温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，成为前噬菌体。并随细

5、菌复制而复制，随细菌的分裂而分配到子代细菌染色体中。,溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌。 温和噬菌体可以自发或在有些因素的诱导下，整合的前噬菌体可以从染色体上脱离，进入溶菌性周期。 溶原性：温和噬菌体具有的这种产生成熟子代 噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。,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由于棒状杆菌噬菌体DNA携带白喉毒素基因，其感染白喉棒状杆菌后，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。,转座因子（transposable element）： 是一类不依赖于

6、同源性重组可以在细菌的基因组（染色体、质粒、噬菌体）中从一个位置转移到另一个位置上的独特DNA片段，也称为跳跃基因（jumping genes）或移动基因（movable genes）。 包括：插入序列（IS） 转座子（transposon, Tn） Mu 噬菌体,IS (insertion sequence): 0.72.5 kb 两端有反向重复序列，与插入有关 中心序列有转位（座）酶基因，没有其 他基因,Tn (transposon): 200025000 bp 两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 如：毒素基因、耐药基因等 是细菌产生耐药性的重要原因,常见的插入序列和转座子,IS bp

7、 Tn 耐药或毒素基因,IS1 768 Tn1、2、3 AP（氨苄青霉素）,IS2 1327 Tn5、6 Kan（卡那霉素）,IS3 1300 Tn10 Tet（四环素）,IS4 1426 Tn551 Em（红霉素）,IS5 1195 Tn681 E. coli ET（肠毒素）,Mu 噬菌体： 是一类具有转座作用的大肠埃希菌温和噬菌体，可随机插入宿主菌DNA中。 转座机制 非复制型转座 复制型转座 接合型转座,第三节 细菌基因表达的调节,操纵子 细菌的许多相关基因串连排列在染色体的特定部位，其上游有启动子和操纵基因序列，共同构成一个转录单位。 在操纵子的上游有一个调节基因，其编码产物能调节操纵

8、子的活动。,抑制基因转录 1.阻遏蛋白 由调节基因编码，与操纵基因区结合，可阻断启动子与RNA聚合酶结合或结合后不能移动，从而阻止起始基因转录；当与诱导物结合时，使阻遏蛋白诱导物复合物脱离DNA链，去除阻遏蛋白的抑制作用。 2.辅阻遏物 酶反应的终末产物或结构相似的化合物，与阻遏蛋白结合形成一种活性阻遏物，抑制基因转录。,Go to,促进基因转录 分解物基因激活蛋白（CAP）： 大肠埃希菌中的一类调节转录活性的转录因子，与cAMP结合形成CAPcAMP复合物后，能与启动子区域的DNA序列结合，增强RNA聚合酶与启动子的结合，提高基因的转录和翻译。,基因突变是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致

9、的基因结构变化，分为点突变和多点突变。 基因突变是生物变异的主要原因，也是生物进化的主要因素。,第四节 细菌变异的机制,一、基因突变,基因突变规律： 自发突变与诱发突变 彷徨试验 突变率：自发10-910-6，诱发10-410-6 突变与选择 影印试验 回复突变与抑制突变 野生型 突变型,突变型细菌的分离： 耐药性突变体 药敏试验 营养缺陷突变体 营养物质筛选 条件型突变体 温度敏感试验,二、基因转移与重组,转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA 重组：受菌获得供菌DNA,类型 基因来源 转移方式,转化 供菌 受菌摄入,接合 供菌 通过性菌毛,转导 供菌 噬菌体媒介,溶原性转换 噬菌体 前噬菌体

10、,转化（transformation） 受菌主动摄取外源性DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取DNA,影响因素： 供受菌基因型：亲缘关系越近，转化率越高 感受态（competence）：生理活动过程中摄取转化因子的最佳时期 环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化,接合（conjugation） 通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状。,F质粒（fertility factor, 致育因子）的接合,接触：细胞质沟通 转移：F质粒进入F菌，1分钟完成 复制：F菌转为F菌,Hfr（高频重组菌株）：,F质粒与染色体整合形成Hfr 具有高频转移自身染色体至F菌的功能 细菌染色体转移频率高，

11、F质粒低，很少使受菌成为F菌 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图 F质粒：Hfr中的F质粒可以从染色体上脱离下来，此时它会携带相邻的染色体基因或DNA片段,Hfr转移细菌染色体过程,R质粒接合 耐药传递因子（RTF）： 编码性菌毛 r决定因子：决定耐药 可携带多个耐药 基因或转座子,诱动传递（mobilization） 非接合性质粒（如ColE1质粒）与接合性质 粒同存于一个菌细胞内,转导（transduction） 噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导,普遍性转导 generalized transduction,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期

12、，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。,供体菌,结果 完全转导 流产转导,局限性转导 restricted transduction,或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。 溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限

13、于供体菌上个别的基因。,普遍性转导与局限性转导的区别,溶原性转换（lysogenic conversion）：溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的性状。,原生质体融合（protoplast fusion）：将两种不同细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。,诊断困难 HO变异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 治疗困难：耐药 预防：BCG,第五节 细菌遗传变异在医学上的实际意义,Ames试验检测致癌物,以细菌为模型检测可疑致癌物的常用方法 突变菌在诱变剂的作用下，可能发生回复突变而恢复其原有性状 鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型为试验菌,基因工程,载体：质粒，噬菌体 工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶 选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等 基因工程疫苗,1.细菌基因转移和重组的类型及其主要差异？ 2.何谓BCG、transposon、R质粒、Hfr、lysogenic conversion和Ames试验？,思考题,Return,彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。,返回,影印平板：自发的，随机的，非诱导的，药 物仅起选择作用,返回,