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l一、形态与结构的变异 二、毒力变异l三、耐药性变异 四、抗原性变异l五、菌落变异l第二节 细菌遗传变异的物质基础l一、细菌的染色体 二、质粒 三、转位因子l四、噬菌体l第三节 细菌变异的发生机制l一、基因突变 二、基因转移与重组l第四节 细菌的遗传变异在医学中的应用 l教学目标：l1、了解细菌变异的现象l2、熟悉细菌遗传变异的物质基础l3、熟悉细菌变异的机制l4、了解细菌变异的实际意义 l遗传：子代与亲代间的生物学特征相似l变异：子代与亲代间的生物学特征差异l变异类型：l遗传性变异（基因型变异）：基因结构改变l 特点：个别细菌，产生新性状可遗传，不可逆l非遗传性变异(表型变异）：环境条件变化，无基因结构的改变l 特点：菌群中所有细菌，不遗传，可逆 第一节 细菌的变异现象l一、形态与结构的变异l（一）形态变异l受外界环境条件l影响（椭圆形l小杆菌—球形、l杆状、逗点状等l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 l（二）结构变异l细菌的特殊结构可发生变异而失去。
l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lH-O变异：将细菌失去鞭毛的变异 荚膜变异 芽胞变异芽胞变异 42-43℃℃炭疽杆菌炭疽杆菌 ────→ 失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力, 毒性毒性 10-20天天 降低降低鞭毛变异鞭毛变异 鞭毛细菌 无鞭毛菌 （单个菌落）（单个菌落）（单个菌落）（单个菌落） （迁徙生长）（迁徙生长）（迁徙生长）（迁徙生长） （（（（点种在含点种在含点种在含点种在含0.1%0.1%石碳酸的培养基）石碳酸的培养基）石碳酸的培养基）石碳酸的培养基） 细胞壁变异：有细胞壁变异：有→无无 gon荚膜变异：有荚膜变异：有→无无 如：如：肺炎链球菌肺炎链球菌 n芽胞变异：有芽胞变异：有→无无 如：炭疽杆菌如：炭疽杆菌 n鞭毛变异：有鞭毛变异：有→无（无（H-O变异）变异） β棒状噬菌体白喉棒状杆菌────→ 产生白喉毒素 增强增强l（二）毒力变异l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）减弱减弱1921年Albert Calmette Camille Guerin 三、耐药性变异l 概念：概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。
l多重耐药：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 l减少耐药菌株的产生:l1）避免盲目使用抗菌药物l2）用药前应尽量做药敏试验，并根据结果选择用药 l四、抗原性变异l肠道杆菌细胞壁表面的多糖重复单位，为该菌的Ｏ抗原，具有属的特异性；l鞭毛的主要成分为蛋白质，为该菌Ｈ抗原，具有种的特异性，在该菌的血清学鉴定方面很重要l由于Ｏ或Ｈ抗原的变异，如Ｈ抗原可由Ⅰ相变为Ⅱ相，或由Ⅱ相变为Ⅰ相，其种的特异性就发生相应改变 l五、菌落变异l菌落有两种：l光滑型（S）：表面光滑、湿润、边缘整齐l粗糙型（R）：表面粗糙、干皱、边缘不整l 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l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）l 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 l一般，S型菌落致病力强。
第二节 细菌遗传变异的物质基础l细菌的遗传物质包括：细菌的遗传物质包括：¡ 染色体l 染色体外遗传物质： 质质 粒粒 转位因子转位因子 噬菌体等噬菌体等 一、细菌的染色体l细菌染色体：细菌染色体： 环状双螺旋DNA，缺乏组蛋 白, 无核膜包围l大肠埃希菌整个染色体约含5000多个基因 二、质粒（plasmid）l概念：概念：细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链链DNADNA，，编码生物学性状，能自行复制，位于胞浆编码生物学性状，能自行复制，位于胞浆l质粒的特征质粒的特征¡自我复制能力，为复制子自我复制能力，为复制子¡决定细菌某些性状决定细菌某些性状¡可自行丢失与消除（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、转导可转移性：通过结合、转化、转导¡可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性 l有两种：l大质粒：含几百个基因。
l小质粒：含20-30个基因l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 1、、F F质粒（致育质粒）质粒（致育质粒）¡编码性菌毛，介导细菌间的结合能力编码性菌毛，介导细菌间的结合能力2 2、耐药性质粒：、耐药性质粒：¡编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性¡包括：结合性（包括：结合性（R R质粒）和非结合性耐药质粒质粒）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 3、毒力质粒（、毒力质粒（ViVi质粒）：质粒）：¡编码与致病有关的毒力因子，如：编码与致病有关的毒力因子，如：STST质粒质粒l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 4、细菌素质粒：编码细菌素，如大肠菌素质粒、细菌素质粒：编码细菌素，如大肠菌素质粒ColCol质粒质粒 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）：l概念：概念：存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一分子上的一段特异性核苷酸序列片段，能在段特异性核苷酸序列片段，能在DNA分子中分子中移动移动，，不断改变它们在基因组的位置。
不断改变它们在基因组的位置l从基因组一个位置转移到另一个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 转位因子分为3类⑴⑴ 插入序列插入序列（（IS））：： 最小的最小的Te，仅含与转位相关的基因，两端为反向重复序列仅含与转位相关的基因，两端为反向重复序列⑵⑵ 转座子（转座子（Tn）：）： 含转位相关基因及耐药性基因、含转位相关基因及耐药性基因、 抗金属基因、毒素基因抗金属基因、毒素基因等其他结构基因等其他结构基因 -- 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：）转座噬菌体：IS IS Resistance Gene(s) IS IS Resistance Gene(s) l1、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l2、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l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。
l3、转座噬菌体：是具有转座功能的溶原性噬菌体l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l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体作用 l四、噬菌体l概念：能感染细菌、真菌、放线菌、螺旋体等微生物的病毒l（一）生物学性状l分布：广泛，个体微小，需用电子显微镜观察，l基本形态：蝌蚪形、微球形、线形蝌蚪形多l化学组成：核酸和蛋白质l特性：具有严格的宿主特异性依此可对细菌鉴定与分型l抵抗力：比一般细菌繁殖体强一般在70℃30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l噬菌体感染细菌有两种结果噬菌体感染细菌有两种结果Ø裂解细菌，完成溶菌周期裂解细菌，完成溶菌周期 －－－－毒性噬菌体毒性噬菌体Ø细菌不裂解，建立一种溶原状态细菌不裂解，建立一种溶原状态 －－－－温和噬菌体温和噬菌体 l1、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l溶菌周期（复制周期）：吸附、穿入、生物合成、装配、成熟释放。
l约需15-25分钟 l2、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l前噬菌体：整合在细菌染色体中的噬菌体的基因l溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌 l溶原性细菌的特征：l①能正常分裂，并将前噬菌体传给子代；l②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；l③整合的前噬菌体给细菌带来新的性状；l④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l主要通过 基因突变、l 基因转移与重组 l一、基因突变l突变：概念：指细菌的遗传基因发生突然而稳定的改变→性状的遗传性变异l 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l 染色体畸变（大突变）：指大段DNA发生改变，常导致细菌死亡l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 l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。
l基因转移基因转移¡外源性外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞内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的过程称为基因转移l重组重组¡转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNA整合整合在一起称为重组，在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状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及噬菌体基因等l基因转移和重组的方式：基因转移和重组的方式： 转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合 （一）转化l概念：概念： 受体菌直接从周围环境中摄取供体菌裂受体菌直接从周围环境中摄取供体菌裂解解游离的游离的DNA片段片段，从而获得供体菌部分，从而获得供体菌部分遗传性状的过程遗传性状的过程l证实证实：： 转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流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感嗜血杆菌等中被证实 lⅡ-无荚膜 （二）接合l概念概念：： 是细菌通过是细菌通过性菌毛性菌毛相互连接沟通，供体菌将相互连接沟通，供体菌将遗传物质（主要是质粒遗传物质（主要是质粒DNA）转移给受体菌，）转移给受体菌，使受体菌获得供体菌的遗传性状。
使受体菌获得供体菌的遗传性状 l接合性质粒接合性质粒：：能通过接合方式转移的质粒能通过接合方式转移的质粒l包括：包括：F质粒质粒 R质粒质粒 Col质粒和毒力质粒质粒和毒力质粒 l1、F质粒接合： 2、R质粒接合lR质粒包括两部分质粒包括两部分 耐药传递因子耐药传递因子（（,RTF））l功能功能：与：与F质粒质粒相似，编码性菌毛和接合转移相似，编码性菌毛和接合转移 耐药决定子耐药决定子（（r-dir））l功能功能：编码对抗菌药物的耐药性：编码对抗菌药物的耐药性 RTFr决定子决定子ISTn9Tn4Tn5R质粒粒结构构图 l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l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 l概念概念：： 以以温和噬菌体温和噬菌体为载体为载体，将，将供体菌供体菌的一段的一段DNA转转移入移入受体菌，使受体菌获得新的性状受体菌，使受体菌获得新的性状 l根据转导基因片断范围，分为根据转导基因片断范围，分为：： ¡普遍性转导（普遍性转导（generalized transduction））¡局限性转导（局限性转导（restricted transduction）） l概念：概念： 通过噬菌体将供体菌通过噬菌体将供体菌任意任意DNA片段片段转移至转移至受体菌的转导现象。
受体菌的转导现象 l前噬菌体从溶原菌染色体上脱离进行增殖前噬菌体从溶原菌染色体上脱离进行增殖，噬菌体，噬菌体大量复制其子代大量复制其子代DNA，合成子代噬菌体结构蛋白，，合成子代噬菌体结构蛋白，同时编码产生核酸酶同时编码产生核酸酶l核酸酶对核酸酶对宿主菌染色体进行切割宿主菌染色体进行切割，产生许多大小不，产生许多大小不一的一的DNA片段l噬菌体组装时，发生错误噬菌体组装时，发生错误（（105～～107），），误将细菌的误将细菌的DNA片段装入噬菌体的外壳蛋白，片段装入噬菌体的外壳蛋白，感染受体菌将供感染受体菌将供体菌体菌DNA带入l因为错误是随机的，被因为错误是随机的，被包装包装的的DNA可以是可以是供体菌染供体菌染色体色体上的上的任何部分任何部分，故称为普遍性转导故称为普遍性转导 携带供体菌基因的噬菌体感染受体菌时，将供携带供体菌基因的噬菌体感染受体菌时，将供体菌基因注入受体菌，体菌基因注入受体菌，结果分为结果分为：：l完全转导完全转导（（complete transduction））¡进入的进入的DNA片段与受体菌的染色体片段与受体菌的染色体整合重组整合重组，并随，并随染色体而传代，称完全转导染色体而传代，称完全转导 l流产转导流产转导（（abortive transduction））¡进入的进入的DNA片段游离在胞质中片段游离在胞质中,既既不能不能与受体菌染色与受体菌染色体体整合整合，也，也不能自身复制不能自身复制，称为流产转导，称为流产转导 l概念概念：前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生：前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差，将偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移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给受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变的过程。
程l能进行局限性转导的多是温和噬菌体：如能进行局限性转导的多是温和噬菌体：如λ噬菌噬菌体进入大肠埃希菌体进入大肠埃希菌K12 l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 l概念概念：：¡当噬菌体感染细菌时，当噬菌体感染细菌时，噬菌体作为供体，宿主菌噬菌体作为供体，宿主菌染色体中整合了噬菌体的染色体中整合了噬菌体的DNA片段，片段，并获得新的并获得新的遗传性状称为溶原性转换遗传性状称为溶原性转换 l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l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应用l一、在疾病诊断、治疗、预防中的应用l（一）病原学诊断l由于细菌的变异可发生在形态、结构、染色性、免疫原性、生化特性、毒力等方面，因此在临床细菌学检查中，不仅要熟悉细菌的典型特性，还要了解细菌变异规律，这样才能做出正确的诊断。
l（二）临床治疗l由于耐药菌株和多重耐药菌株的出现，给感染性疾病的治疗造成很大困难l为提高抗菌药物的疗效，防止耐药菌株扩散，治疗时应注意：l①用药前做药敏实验，根据药敏结果选择敏感药物，减少盲目用药；l②用药足量、全疗程；l③对易产生耐药的菌株或需长期用药的慢性疾病，应合理配伍、联合用药，以减少细菌耐药突变的机会 l（三）传染病预防l筛选或诱导减毒变异株制备减毒活疫苗用于人工自动免疫，提高人群免疫力，预防传染性疾病发生的有效措施 l二、在检测致癌物质方面的应用l一般认为，基因突变是导致细胞恶性转化的重要原因l可疑致癌物：凡能诱导细菌突变的物质l以细菌为实验对象，选用某营养缺陷型细菌作为实验菌，以可疑致癌化学物质作为诱变剂把细菌接种在某种营养缺乏的培养基上，细菌通常不能生长；当营养缺陷菌能在特异营养培养基上生长时，表明细菌营养缺陷基因发生了突变而作为诱变的化学物质则为可疑致癌物 l三、在基因工程方面的应用l基因工程是根据细菌可以通过基因转移和重组获得的原理设计的l基因工程的主要步骤是：①从供体细胞的染色体上切取一段所需要的基因，如其DNA序列已知可人工合成；l②将目的基因结合在合适的载体上；l③通过载体把目的基因转移到受体菌内，基因重组后，受体菌大量扩增后表达的目的基因产物即是所需要的物质。
l作业：l一、概念：S-R变异 噬菌体 前噬菌体 转化 转导 溶原性转换l二、填空l1、细菌遗传性变异的发生机制通过（ ）（ ）两种方式实现l2、基因转移与重组的方式有（ ）（ ）（ ）（ ）四种l3、噬菌体根据与宿主菌的相互关系分为（ ）（ ） l三、单选：l1.不产毒的白喉棒状杆菌，携带了β-棒状杆菌噬菌体后便可产毒的现象称为（ ）A.转导 B.转化 C.接合 D.溶原性转换l2.卡介苗是结核分枝杆菌的下列哪种变异所致?（ ）A.耐药性变异 B.形态结构变异C.菌落变异 D.毒力变异l3．受菌直接摄取供菌游离DNA而获得新性状的过程称为（ ） A.转化 B.转导 C.接合 D.溶原性转换 l4．H—O变异属于lA．毒力变异 B．菌落变异 C．鞭毛变异 D．形态变异 E．耐药性变异l5．卡介苗发生lA．耐药性变异 B．毒力变异 C．形态结构变异 D．抗原性变异 E．菌落变异 l6．噬菌体lA．严格宿主特异性 B．可用细菌滤器除去 C．含DNA和RNA.lD．抵抗力比细菌强 E．以上都对 l7．接合性质粒.lA．F质粒 B．R质粒 C．Col质粒 D．Vi质粒 E．以上均是 Take easy, Class is over now! 。