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1、病原生物学教研室 Department of pathogenic Biology of Gannan Medical University,医学微生物学 Medical Microbiology,张文平,Tel:18970786031 E-Mail:,第四章,细菌的遗传变异,概述,细菌的形态结构、生理代谢、致病性和耐药性等性状都是由基因决定的。细菌的基因决定了同一种间的相似性及个体间的差异性。 遗传：子代与亲代间生物学性状的相似性。 变异：子代与亲代间以及子代与子代间生物学性状的差异。 基因型：指生物的遗传型，即控制性状的基因组合类型。是生物体从它的亲本获得全部基因的总和。 表型：在一定条件
2、下，特定基因实际表现出来的各种性状。,概述,基因型变异 表型变异 原 因 基因改变 环境因素 可逆性 不可 可 遗传性 可 不可 变异细菌 个别 全部,基因型和表型变异的比较,概述,细菌变异的现象 1.形态结构变异：L型菌；鞭毛 、荚膜、芽 胞变异等 2.毒力变异：毒力减弱-疫苗制备； 毒力增强-细菌战 3.耐药性变异：临床治疗中严重问题 4.菌落变异：从光滑型（S） 粗糙型（R） 5.抗原性变异： 与细菌鉴定有关,第一节 细菌的遗传物质,1.细菌染色体,概念：一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋成松散网状结构，附着在横隔中介体或细胞膜上。,特征： 相对较小 ，只有一个复制肇始位点 不
3、含组蛋白,无核膜包裹 功能上密切相关的基因组成操纵子形式存在 基因是连续的，结构基因无内含子 较少重叠基因 大部分DNA用于编码蛋白质 大多情况下，结构基因为单倍体,1.细菌染色体,功能： 细菌的主要遗传物质； 决定细菌的基因型； 为细菌生命活动所必需。,2.质粒,概念：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双股DNA，位于细菌细胞质内，能自我复制、控制着细菌的某些生物学性状。,特征： 可自我复制; 编码细菌某些重要的生物学性状; 非细菌生活所必需，可自行丢失与消除; 转移性:接合/转化/传导方式转移; 相容性与不相容性。,2.质粒,种类： F质粒（致育质粒）：编码性菌毛。 有：雄性菌（F+） 无：
4、雌性菌（F-） R质粒（耐药性质粒 ）：编码耐药性。 接合性R质粒： 通过性菌毛转移 非接合性R质粒：通过噬菌体转移,2.质粒,种类： Vi质粒（毒力质粒）：编码毒力因子。 如：K质粒：编码粘附结构 ST或LT质粒：编码肠毒素 Col质粒（细菌素质粒）：编码细菌素。 如：大肠杆菌Col质粒 ：编码大肠菌素 代谢质粒：编码代谢酶。,3.转座因子,概念：细菌DNA内一段核苷酸序列，能在质粒之间、质粒与染色体之间自行转移位置，是细菌菌体内可移动的遗传物质,意义： 改变遗传物质的核苷酸序列 影响插入点附近基因的表达（失活） 直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组 均能造成细菌性状的变异,3.转座因子
5、,分类： 插入序列(IS) 7501550 bp 两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因,3.转座因子,转座子(Tn) 7501550 bp 两端为IS 中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因、耐药基因等,常见的插入序列和转座子,IS bp Tn 耐药或毒素基因,IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素）,IS2 1327 Tn6 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）,4.整合子（integron，In）,定位于细菌染色体、质粒或转座子上 基本结构：两端
6、为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒 整合子含有3个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子 通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播,5.转座噬菌体或前噬菌体,是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。,第三节 基因转移和重组,概述,基因转移：外源性遗传物质由供体菌转入受体菌细胞内的过程。 基因重组：转移的基因与受体菌DNA发生整合。,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,概念：受体菌直接摄取供体菌裂解后游离 的DNA片段而获得新性状
7、。 转化因子：在转化过程中转化的DNA片段。分 子量1107 , 10-20个基因。,实验依据： 肺炎链球菌 荚膜 S型菌落 R型菌落 毒力 S型菌 R型菌 ,1、转化（transformation）,小鼠体内肺炎球菌转化试验,肺炎链球菌的转化试验,机制：感受态受体菌摄取同源DNA后发生重组,影响转化的因素：,供、受菌的基因型 转化因子分子量小于1107，不超过1020个基因，才可能被受体菌摄取 受体菌必须处于感受态 时，才能摄取转化因子 环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可维持DNA的稳定性，促进转化作用。,2、接合（conjugation）,电镜下的接合,F质粒的接合,性菌毛末端-受
8、体接合桥形成,F质粒形成切口，一条DNA链进入受体菌内,F质粒留在供体细胞的一条链进行复制并形成互补链,F+,F_,性菌毛,F+,F+,F_,高频重组菌（high frequency recombinant，Hfr菌）：整合后的细菌能高效地转移染色体上的基因。,F+ 菌,R质粒的接合,IS,RTF,r决定子,RTF,r决定子,IS,Tn9,Tn4,Tn5,R质粒结构图,分子量较小； 无编码转移体系所需要的基因，故不能单独 结合传递； 但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒 （F或R质粒），其可被诱动传递。,非接合性质粒：,3、转导（Transduction）,细菌裂解期,细菌DNA（将供菌任意D
9、NA装配）,噬菌体DNA,普遍性转导模式图,整合,未整合,完全转导,流产转导,细菌被普遍性转导噬菌体感染,Lysogenic Phage,脱离,供体菌,错误装配,recipient,噬菌体转导供体菌染色体上特定部位的DNA片段, 发生于溶原期。 噬菌体将自身一段DNA留在供菌染色体上， 却 将相邻供菌的部分DNA带给受菌并整合至其染色体 上。,B.局限性转导:,局限性转导模式图,正常脱离,断裂和 再接,断裂和 再接,偏差脱离,gal,gal,gal,gal,bio,bio,bio,bio,普遍性转导与局限性转导的区别,宿主菌获得感染它的噬菌体的DNA片段而获得 新的遗传性状。,4.溶原性转换(
10、lysogenic conversion), 概念：人工将两种不同的细菌经溶菌酶 或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生 质体后进行相互融合的过程 融合剂：PEG（聚乙二醇） 应用：基因转输、实验工具,5、原生质体融合（proptopast fusion）,原生质体融合,第四节 基因突变,概述,概念：DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，分为点突变和染色体畸变 碱基置换包括转换和颠换 基因突变分为：沉默突变、错义突变、无义突变 突变是基因型的遗传性改变，可以是自发的，也可是通过理化因子诱导突变。,一、基因突变规律,自发突变与诱发突变 突变率：10-610-9 突变与选择 回复突变与抑
11、制突变,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。,一、基因突变规律,自发突变与诱发突变 突变率：10-610-9 突变与选择 回复突变与抑制突变,影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用,二、突变型细菌及其分离：,耐药性突变型 药敏试验 营养缺陷突变型 营养物质筛选 条件致死性突变型 温度敏感试验 发酵阴性突变型 乳糖发酵试验,第四节 细菌遗传变异在医学上的意义,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,Ames试验：,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？ 3.影印试验验证何种理论？突变型细菌有哪些？,思考题,
