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1、 第三章 细菌的遗传与变异 细菌的各种生物性状相对稳定地传给后代，并保持其种属原有性状且代代相传，使其种属得以保存。 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的生物学性状差异。变异性变异性遗传性遗传性遗传使微生物的种属性状相对稳定；变异使微生物产生变种和新种，促进了微生物的进化。基因型变异和表型变异n基因型：生物性状的遗传组成。n表型：基因型的具体表现，可观察或检测到的个体性状或特征。n基因型变异：可遗传变异n由于DNA发生改变而导致微生物某些性状的改变。这类变异涉及少数个体，不可逆，能稳定遗传。n表型变异：非遗传型变异n是在DNA没有改变的情况下发生的微生物某些性状的改变。这类变异往往
2、涉及生物群体，是可逆的，一旦条件复原，变异亦消失。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*5 细菌遗传与变异的物质基础n 细菌染色体染色体以外的遗传物质质粒转座子噬菌体n染色体携带细菌绝大部分遗传信息，决定细菌的基因型。特点：n不含组蛋白, 无核膜包围；n除rRNA基因是多拷贝外，绝大部分基因是单拷贝；n细菌的基因结构是连续，少有重复序列，一般无内含子；n转录后形成的RNA不需加工剪切，边转录边翻译成多肽。细菌染色体 (bacterial chromosome) 质粒(plasmid)n 定义：质粒是细菌染色体外的遗传物质。存在于胞质中的闭合环状双链DNA,携带某些遗传信息，控制细
3、菌特定的遗传性状。有利于细菌在特定的环境下生存。n医学上重要的质粒有： F质粒：编码性菌毛。 R质粒：决定耐药性 Vi质粒：与细菌的毒力有关 Col质粒：编码细菌素 质粒DNA的基本特征具有自我复制的能力；质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征（致育性、耐药性、致病性等）；质粒可自行丢失与消除，并非是细菌生命活动不可缺少；质粒的转移性；质粒的相容性与不相容性； 质粒的分类n 能否通过细菌的接合作用传递 根据质粒的不相容性分类 根据质粒的生物学性状分类接合性质粒非接合性质粒不相容性 相容性F质粒 R质粒CoL质粒Vi质粒 噬菌体 （bacteriophage）n定义：噬菌体是感染细菌、
4、真菌、放线菌、螺旋体等微生物的病毒。是只能在活的微生物细胞中复制增殖的专性细胞内寄生的微生物。 吸附宿主菌细胞注入核酸 噬菌体的结构 基本概念n毒性噬菌体：此类噬菌体在细菌体内增殖，引起菌体裂解，建立溶菌性周期。n温和性噬菌体：噬菌体核酸与细菌染色体整合，既能建立溶原性周期，又可建立溶菌周期。n前噬菌体：整合于细菌染色体上的噬菌体基因组。n溶原性细菌：携带有前噬菌体的细菌。 毒性噬菌体与溶菌周期细菌染色体噬菌体溶菌周期溶原周期生物合成装配释放感染其他细菌诱导前噬菌体噬菌体的溶原性周期和溶菌性周期转座因子(transposable element)n 定义：是存在于细菌染色体或质粒DNA分子中的
5、一段特异性核苷酸序列片段，能在DNA分子中移动，在细菌基因组中不断改变位置，并可从一个基因组转移到另一个基因组中。n种类：转位因子主要有： 插入序列( insertion sequence,IS ) 转座子 (transposon,Tn) 转座噬菌体( tranposable phage or prophage ) IS 中心序列 IS 2kb 28kb 2kb 细菌染色体DNA Tn prophage 第二节 细菌的变异现象v形态结构变异（morphological and structure variation)n 3-6%食盐 鼠疫杆菌 多形态性(衰残型) 琼脂培基v 细菌L型 在青霉素
6、、溶菌酶、补体等作用下，使菌细胞壁发生缺陷。细菌呈多形性，革兰染色阴性。vH-O变异 细菌失去鞭毛，菌落似薄膜。v失去荚膜 同时伴有毒力下降。形态变异结构变异v抗原性变异 (antigenic viriation)n肠道杆菌的细细胞壁表面的多糖重复单位构成细菌的菌体抗原(O抗原)，具有属特异性；鞭毛蛋白有抗原性，构成鞭毛抗原(H抗原)，具有种特异性。O抗原与H抗原常用于细菌的血清学鉴定。n沙门菌属H抗原可发生相变异、如可由相变为相，也可由相变为相。v菌落变异 (colony shape variation) S型菌株致病性强，一般新分离的菌株为S型。菌落发生变异后，细菌的理化特性、抗原性、生化
7、能力、毒力等也可发生改变。 光滑型菌落smooth粗糙型菌落rooughv毒力变异 (virulent variation)v毒力增强- - - 无毒的白喉棒状杆菌感染温和噬菌体后成为有毒株。 - corynephage 含毒素基因 编码毒素蛋白 v毒素减弱- - - 有毒菌株变异为弱毒或无毒菌株 卡介苗 BCG : 卡介二氏用有毒的牛结核分枝杆菌在含甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传代所获得的一毒力减弱但保留有抗原性的变异株。是 用于人工免疫以预防结核病的活疫苗。v耐药性变异(variation of virulence)n 细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌的耐药现
8、象。n 细菌耐药性的产生，一方面是细菌等微生物自然生存能力所表现的一种自然现象，另一方面与人类行为密切相关。例如抗生素的广泛应用。目前耐药菌株越来越多，并随着新抗生素的不断问世，多重耐药株也不断增多，呈现全球范围的普遍趋势。 第三节 细菌变异的机理 基因突变率：10-910-6，突变是自发、随机产生的。基因突变的类型：点突变与多点突变、染色体畸变突变菌株的选择：只有突变菌株能够生长的环境； 影印培养无菌印模 (浑浊) ( 澄清)有抗生素无抗生素有抗生素一、突变二、基因的转移与重组n 基因转移基因转移外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程重组重组转移的基因在胞质中能自行复制与表达，或与受
9、体菌DNA整合在一起方方 式式 转化 接合 转导 溶原性转换1.转化 (transformation) 定义：供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取使受体菌获得新的性状。(1928 Griffith) 1944 Avery 美国 一般出现在细菌对数生长期的后期，细胞膜不稳定，表面具有吸附DNA的受体的状态，仅维持数分钟至3-4h。感受态感受态 2、接合(conjugation)n定义：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。n种类：F质粒的接合；R质粒的接合 接合与HfrTn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant耐药性（耐药性（
10、R R）质粒的组成）质粒的组成耐药传递因子（ 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： 能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。 转导(transduction)n定义：以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。n普遍性转导：毒性噬菌体增殖裂解细菌过程中发生包装错误，将供体菌DNA误装入噬菌体头部，当它感染受体菌时，将供体菌DNA带入受体菌体内。供体菌染色体、质粒的任何DNA片段均可被转导。 局限性转导：前噬菌体从宿主染色体切离时发生偏差，将前噬菌体整合部位两旁的供体菌基转移到受体菌。转导n n普遍性转导普遍性
11、转导galbiogalbiogalbiogalbiogalbiogaldgbio正常脱离断裂和再接细菌染色体偏差脱离断裂和再接局限性转导模式图 普遍性转导与局限性转导的区别受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性完全转导或流产转导转导的后果噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位 供体菌染色体DNA任何部位或质粒转导的遗传物质溶原期裂解期基因转导发生的时期局限性转导普遍性转导区别要点n定义：细菌感染带有毒素基因的温和噬菌体时使宿主菌成为溶原状态，并获得新的性状。 n 常见的细菌及其所产生的毒素有：白喉棒状杆菌 链球菌 产气荚膜梭菌 肉毒梭菌 白喉毒素 致热外毒素 毒素 肉毒毒素 4.溶原性转换(l
12、ysogenic conversion)5.原生质体融合 (protoplast fusion)n定义：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以后进行相互融合的过程。n特点：融合后的双倍体细胞可以短期生存，并可发生基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体，融合体经培养可重新形成细胞壁，再按其遗传标志选择重组菌。n意义：原生质体融合技术可使原来不具备基因转移条件的细菌实现基因的转移和重组，可用于同种和异种细菌之间。 类型基因来源转移方式转化供菌摄入接合供菌（质粒DNA）通过性菌毛转导供菌噬菌体为载体溶原性转换噬菌体整合原生质体融合两菌原生质体的DNA融合基因的转移与
13、重组 第四节细菌遗传变异在医学上的应用n在诊断、治疗和预防方面的应用：变异常给细菌鉴定带来困难；耐药菌株对临床治疗提出新挑战；毒力变异使疫苗制备有了新途径。n测定致癌物质：凡能诱导细菌突变的物质也可诱导人体细胞突变，既有可能为致癌物质。n流行病学方面的应用：用分子生物学方法追踪基因水平的播散，以确定感染暴发流行菌株和相关基因的来源，或调查耐药质粒在细菌中的播散情况。n分子生物学与基因工程方面的应用：微生物基因组研究：病毒基因测序基本完成，细菌测序巳完成776株（2009年），酵母菌基因测序1998年完成。 学习中应注意的问题n掌握与遗传变异有关的基本概念。n与细菌遗传变异相关的物质各有何特点？n噬菌体与宿主菌的相互关系如何？n掌握细菌基因转移与重组方式的种类及定义n了解细菌遗传变异的实际应用有哪些？
