医学微生物学课件4.噬菌体、细菌的遗传与变异

噬菌体噬菌体 是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的生物的生物的生物的病毒，特异性病毒，特异性病毒，特异性病毒，特异性寄生于寄生于寄生于寄生于易感宿主菌易感宿主菌易感宿主菌易感宿主菌体内以体内以体内以体内以复制复制复制复制的方式增殖。的方式增殖。的方式增殖。的方式增殖。1.1.基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形。基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形。基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形。基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形。2.2.大多为蝌蚪状，大多为蝌蚪状，大多为蝌蚪状，大多为蝌蚪状，由头部和尾部组成。由头部和尾部组成。由头部和尾部组成。由头部和尾部组成。头部：核酸头部：核酸头部：核酸头部：核酸 +蛋白质衣壳蛋白质衣壳蛋白质衣壳蛋白质衣壳尾部：尾领、尾髓、尾鞘、尾板、尾刺、尾丝等。尾部：尾领、尾髓、尾鞘、尾板、尾刺、尾丝等。尾部：尾领、尾髓、尾鞘、尾板、尾刺、尾丝等。尾部：尾领、尾髓、尾鞘、尾板、尾刺、尾丝等。（或（或RNA）一、生物学特性一、生物学特性 二、噬菌体的种类二、噬菌体的种类 根据噬菌体根据噬菌体与宿主菌的相互关系，与宿主菌的相互关系，可将噬菌体分可将噬菌体分为两种类型为两种类型 毒性噬菌体、温和噬菌体。毒性噬菌体、温和噬菌体。毒性噬菌体（溶菌性噬菌体）是感染宿主菌后毒性噬菌体（溶菌性噬菌体）是感染宿主菌后只只会使宿主菌裂解死亡，会使宿主菌裂解死亡，即一种能即一种能“吃吃”细菌的病毒，细菌的病毒，噬菌体因此而得名。噬菌体因此而得名。温和噬菌体（溶原性噬菌体）是温和噬菌体（溶原性噬菌体）是可以不裂解宿主可以不裂解宿主菌，菌，与宿主菌同步繁殖；与宿主菌同步繁殖；又能裂解又能裂解宿主菌的病毒。宿主菌的病毒。三、毒性噬菌体三、毒性噬菌体（溶菌性噬菌体）（溶菌性噬菌体）在在易易感菌内以复制方式进行增殖，增殖过程包感菌内以复制方式进行增殖，增殖过程包括吸附、穿入、生物合成、成熟和释放几个阶段。括吸附、穿入、生物合成、成熟和释放几个阶段。从噬菌体吸附至细菌溶解放出子代噬菌体，称从噬菌体吸附至细菌溶解放出子代噬菌体，称为噬菌体的为噬菌体的复制周期或溶菌周期。复制周期或溶菌周期。吸附吸附穿入穿入生物合成生物合成成熟、释放成熟、释放毒性噬菌体的溶菌周期毒性噬菌体的溶菌周期 毒性噬菌体：毒性噬菌体：只有溶菌性周期只有溶菌性周期 噬菌体感染宿主菌噬菌体感染宿主菌 增殖增殖 产生大量子代噬菌产生大量子代噬菌体体 宿主菌溶解宿主菌溶解 再感染其他敏感细胞再感染其他敏感细胞溶菌周期溶菌周期噬菌体噬菌体菌液（菌液（混浊混浊）菌液（菌液（变澄清变澄清）噬菌体在液体培养基中的噬菌现象噬菌体在液体培养基中的噬菌现象噬菌体在固体培养基上的噬菌现象噬菌体在固体培养基上的噬菌现象大肠杆菌大肠杆菌+大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体噬斑噬斑四、温和性噬菌体（溶原性噬菌体）四、温和性噬菌体（溶原性噬菌体）有溶原性周期有溶原性周期及及溶菌性周期溶菌性周期噬菌体感染细菌噬菌体感染细菌 核酸整合核酸整合到细菌染色体到细菌染色体 随细菌分裂而分配至子代细菌染色体中随细菌分裂而分配至子代细菌染色体中温和性噬菌体的温和性噬菌体的溶原性周期溶原性周期温和噬菌体的温和噬菌体的溶原性周期溶原性周期 噬菌体核酸噬菌体核酸前噬菌体前噬菌体溶原性细菌溶原性细菌 传代前噬菌体前噬菌体前噬菌体前噬菌体前噬菌体：前噬菌体：前噬菌体：前噬菌体：整合在细菌染色体的噬菌体核酸，能整合在细菌染色体的噬菌体核酸，能整合在细菌染色体的噬菌体核酸，能整合在细菌染色体的噬菌体核酸，能与细菌染色体一起复制，当细菌分裂时又能传至与细菌染色体一起复制，当细菌分裂时又能传至与细菌染色体一起复制，当细菌分裂时又能传至与细菌染色体一起复制，当细菌分裂时又能传至子代细菌。子代细菌。子代细菌。子代细菌。溶原性周期溶原性周期溶原性周期溶原性周期溶原性细菌：溶原性细菌：溶原性细菌：溶原性细菌：染色体上带有前噬菌体的细菌。染色体上带有前噬菌体的细菌。染色体上带有前噬菌体的细菌。染色体上带有前噬菌体的细菌。溶原性：溶原性：溶原性：溶原性：温和噬菌体具有产生成熟子代噬菌体颗温和噬菌体具有产生成熟子代噬菌体颗温和噬菌体具有产生成熟子代噬菌体颗温和噬菌体具有产生成熟子代噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。粒和裂解宿主菌的潜在能力。粒和裂解宿主菌的潜在能力。粒和裂解宿主菌的潜在能力。溶菌性周期溶菌性周期溶菌性周期溶菌性周期三个概念三个概念 温和噬菌体有三种存在状态：温和噬菌体有三种存在状态：温和噬菌体有三种存在状态：温和噬菌体有三种存在状态：细胞外细胞外细胞外细胞外具有具有具有具有感染性的噬菌体颗粒；感染性的噬菌体颗粒；感染性的噬菌体颗粒；感染性的噬菌体颗粒；宿主菌细胞质内类似质宿主菌细胞质内类似质宿主菌细胞质内类似质宿主菌细胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；粒形式的噬菌体核酸；粒形式的噬菌体核酸；粒形式的噬菌体核酸；前噬菌体。前噬菌体。前噬菌体。前噬菌体。自发或诱导自发或诱导溶原性周期溶原性周期溶菌性周期溶菌性周期1.有些有些前噬菌体前噬菌体可导致可导致溶原性细菌获得新的特性。溶原性细菌获得新的特性。2.溶原性细菌对其同源噬菌体具有溶原性细菌对其同源噬菌体具有“免疫性免疫性”，即同，即同源噬菌体可再进入细胞，但不能增殖。源噬菌体可再进入细胞，但不能增殖。溶原性细菌的特性：溶原性细菌的特性：无毒白喉杆菌无毒白喉杆菌产产毒白喉杆菌毒白喉杆菌棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体（携带（携带tox基因）基因）溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换1.用于细菌的鉴定和分型：由于噬菌体的用于细菌的鉴定和分型：由于噬菌体的吸附吸附具有高具有高度的种、型度的种、型特异性，特异性，即一种噬菌体只能进入并裂解与即一种噬菌体只能进入并裂解与它它相应的相应的该种细菌的某一型，因此可用于细菌鉴定。该种细菌的某一型，因此可用于细菌鉴定。五、噬菌体五、噬菌体在医学中在医学中的应用的应用2.细菌性疾病诊断细菌性疾病诊断 可将可将已知噬菌体已知噬菌体加入被检材料中共同孵育，如加入被检材料中共同孵育，如果果出现噬菌体效价增长或噬菌现象，出现噬菌体效价增长或噬菌现象，就证实材料就证实材料中有相应的细菌存在。中有相应的细菌存在。已知已知噬菌体噬菌体3.细菌性疾病的治疗细菌性疾病的治疗 有些创伤感染时，细菌对多种有些创伤感染时，细菌对多种抗生素抗生素都产生了都产生了耐药耐药性的情况下，最有效地办法就是采用性的情况下，最有效地办法就是采用相应噬菌相应噬菌体来治疗。体来治疗。但由于噬菌体过于专一，限制了其在临但由于噬菌体过于专一，限制了其在临床上的广泛应用。床上的广泛应用。我国著名医学微生物学家余贺曾在我国著名医学微生物学家余贺曾在1958年利用年利用噬菌体成功治疗了绿脓杆菌对烧伤病人的感染。噬菌体成功治疗了绿脓杆菌对烧伤病人的感染。4.分子生物学与基因工程研究的重要工具：分子生物学与基因工程研究的重要工具：由于噬菌体的结构简单，基因数较少，可作为由于噬菌体的结构简单，基因数较少，可作为基因的运载体。基因的运载体。细细 菌菌 的的 遗遗 传传 与与 变变 异异 遗传：子代与亲代的生物学性状基本相同，遗传：子代与亲代的生物学性状基本相同，遗传：子代与亲代的生物学性状基本相同，遗传：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。且代代相传。且代代相传。且代代相传。变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。物学性状出现差异。物学性状出现差异。物学性状出现差异。变异变异变异变异 遗传性变异遗传性变异遗传性变异遗传性变异 基因型变异基因型变异基因型变异基因型变异 非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异 表型变异表型变异表型变异表型变异细菌的变异细菌的变异 遗传性变异遗传性变异遗传性变异遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，：是细菌的基因结构发生了改变，：是细菌的基因结构发生了改变，：是细菌的基因结构发生了改变，故又称故又称故又称故又称基因型变异。基因型变异。基因型变异。基因型变异。其特点是在群体中以极低的几其特点是在群体中以极低的几其特点是在群体中以极低的几其特点是在群体中以极低的几率（一般为率（一般为率（一般为率（一般为1010-9-91010-6-6/代）出现代）出现代）出现代）出现，常发生于个别细常发生于个别细常发生于个别细常发生于个别细菌；不易菌；不易菌；不易菌；不易受环境因素影响；变异发生后受环境因素影响；变异发生后受环境因素影响；变异发生后受环境因素影响；变异发生后一般是不可一般是不可一般是不可一般是不可逆的，逆的，逆的，逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代产生的新性状可稳定地遗传给后代产生的新性状可稳定地遗传给后代产生的新性状可稳定地遗传给后代；性状性状性状性状变化的变化的变化的变化的幅度大。幅度大。幅度大。幅度大。细菌的变异细菌的变异 非遗传性变异：非遗传性变异：非遗传性变异：非遗传性变异：指不涉及遗传物质结构改变指不涉及遗传物质结构改变指不涉及遗传物质结构改变指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的而只发生在转录、翻译水平上的而只发生在转录、翻译水平上的而只发生在转录、翻译水平上的基因表达发生的改基因表达发生的改基因表达发生的改基因表达发生的改变，变，变，变，称为称为称为称为表型变异表型变异表型变异表型变异。其特点是。其特点是。其特点是。其特点是易受环境因素的影响，易受环境因素的影响，易受环境因素的影响，易受环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的整个群体中凡在此环境因素作用下的整个群体中凡在此环境因素作用下的整个群体中凡在此环境因素作用下的整个群体中几乎所有细菌几乎所有细菌几乎所有细菌几乎所有细菌都发生同样变化；当环境中的影响因素去除后，都发生同样变化；当环境中的影响因素去除后，都发生同样变化；当环境中的影响因素去除后，都发生同样变化；当环境中的影响因素去除后，变变变变异的性状又可复原。异的性状又可复原。异的性状又可复原。异的性状又可复原。性状变化的性状变化的性状变化的性状变化的幅度小幅度小幅度小幅度小。目前对非遗传性变异的发生机理不十分清楚。目前对非遗传性变异的发生机理不十分清楚。目前对非遗传性变异的发生机理不十分清楚。目前对非遗传性变异的发生机理不十分清楚。遗传性变异遗传性变异遗传性变异遗传性变异 非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异基因改变基因改变基因改变基因改变+-遗传遗传遗传遗传+-可逆性可逆性可逆性可逆性+外界环境外界环境外界环境外界环境+变异范围变异范围变异范围变异范围个别细胞个别细胞个别细胞个别细胞群体群体群体群体变异的类型及特点变异的类型及特点一、一、细细菌菌遗传变遗传变异的物异的物质质基基础础（一）细菌染色体：是一条环状双螺旋（一）细菌染色体：是一条环状双螺旋DNADNA长链，长链，按一定构型反复回旋成松散网状结构，附着在中介按一定构型反复回旋成松散网状结构，附着在中介体或细胞膜上。体或细胞膜上。特点：无组蛋白；无核膜包被；无内含子。特点：无组蛋白；无核膜包被；无内含子。功能：功能：细菌的主要遗传物质。细菌的主要遗传物质。（二）（二）质质粒（粒（plasmid）1.定义：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合定义：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双股双股DNA，位于细菌细胞质内，能自我复制、，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。控制着细菌的某些生物学性状。（1）可自我复制）可自我复制（2）编码细菌某些特定的生物学性状）编码细菌某些特定的生物学性状（3）与细菌繁殖代谢无关，非细菌生活所必需：）与细菌繁殖代谢无关，非细菌生活所必需：可自行或经人工处理而消失可自行或经人工处理而消失（4）转移性：可通过接合）转移性：可通过接合/转化转化/转导方式转移转导方式转移（5）相容性与不相容性）