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1、 遗传遗传 (heredity): (heredity): 子代与子代与子代与子代与亲亲代的代的代的代的类类似性似性似性似性 变变异异异异variation): variation): 子代与子代与子代与子代与亲亲代的差代的差代的差代的差别别 基因型基因型基因型基因型变变异异异异genotypic variationgenotypic variation 遗传遗传物物物物质质构造改构造改构造改构造改动动而引起而引起而引起而引起 表型表型表型表型变变异异异异phenotypic variationphenotypic variation 外界外界外界外界环环境条件作用而引起境条件作用而引起境条件
2、作用而引起境条件作用而引起形状变异形状变异3-6%食盐鼠疫杆菌多形状性(衰残型)。琼脂培基第一第一节 细菌的菌的变异景象异景象L L型变异型变异青霉素、溶菌酶正常形状细菌L型变异(部分或完全失去胞壁)特殊构造变异特殊构造变异42-43炭疽杆菌失去构成芽胞才干,10-20天毒性降低变形杆菌H1%石炭酸O迁徙生长单个菌落鞭毛变异鞭毛变异菌落变异菌落变异陈旧培育基中长期培育光滑型菌落粗糙型菌落S失去LPS的特异性R多糖反复单位SR变异为全面变异。毒力变异毒力变异棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素胆汁、甘油、马铃薯培育基牛型结核杆菌卡介苗13年(230代)耐药性变异耐药性变异金黄色葡萄球菌耐金黄色葡萄
3、球菌耐PNCPNC的菌株已从的菌株已从19461946年的年的14%14%上升至目前的上升至目前的85%85%。有些有些细菌菌还表表现为同同时耐受多种抗菌耐受多种抗菌药物，即物，即多重耐多重耐药性，甚至性，甚至产生生药物依物依赖性。性。 含含链霉素培基霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依依链株株( (耐耐药菌株菌株) ) 长期培育期培育第二第二节 细菌的菌的遗传物物质 细菌的菌的遗传物物质是是DNADNA，其存在方式有染色，其存在方式有染色体及染色体外的体及染色体外的遗传物物质质粒、噬菌体、粒、噬菌体、转座因子、整合子。座因子、整合子。 基因：一段具有特定功能和构造的延基因：一段具有特定功能和构造的延续
4、DNADNA片段。片段。 基因基因组：存在于生物：存在于生物单倍体倍体细胞的全套基胞的全套基因。因。 基因基因组学与蛋白学与蛋白组学学一、一、细菌染色体菌染色体chromosomechromosome 环状双螺旋的状双螺旋的DNADNA长链、按一定构造反复、按一定构造反复盘旋旋成松散的网状构造附着于横隔中介体或成松散的网状构造附着于横隔中介体或细胞膜胞膜特点：特点：1 1 1 1、多、多、多、多为单为单拷拷拷拷贝贝基因基因基因基因2 2 2 2、功能相关的基因高度集中成支配子、功能相关的基因高度集中成支配子、功能相关的基因高度集中成支配子、功能相关的基因高度集中成支配子3 3 3 3、具有延、
5、具有延、具有延、具有延续续的基因构造，无内含子的基因构造，无内含子的基因构造，无内含子的基因构造，无内含子4 4 4 4、转录转录后的后的后的后的RNARNARNARNA无需剪切无需剪切无需剪切无需剪切5 5 5 5、大部分基因均能、大部分基因均能、大部分基因均能、大部分基因均能编码编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质细菌染色体的复制菌染色体的复制 半保管复制半保管复制致病致病岛pathogenicity islandpathogenicity island 位于致病菌染色体上位于致病菌染色体上位于致病菌染色体上位于致病菌染色体上 编码编码与毒力相关基因的外源性与毒力相关基因的外源性与毒力相关基因的外源性
6、与毒力相关基因的外源性DNADNADNADNA片断片断片断片断 常常常常为为分子量分子量分子量分子量较较大大大大20202020100kbp100kbp100kbp100kbp的基因群的基因群的基因群的基因群 两两两两侧侧往往含有反复序列或插入序列往往含有反复序列或插入序列往往含有反复序列或插入序列往往含有反复序列或插入序列 其其其其G G G GC C C C与密与密与密与密码码运用与宿主菌染色体有明运用与宿主菌染色体有明运用与宿主菌染色体有明运用与宿主菌染色体有明显显差差差差别别 细细菌染色体外的菌染色体外的菌染色体外的菌染色体外的遗传遗传物物物物质质，为环为环状、状、状、状、闭闭合的合的
7、合的合的双股双股双股双股DNADNADNADNA；能自我复制；并非；能自我复制；并非；能自我复制；并非；能自我复制；并非细细菌生命活菌生命活菌生命活菌生命活动动所必所必所必所必需，可以自然需，可以自然需，可以自然需，可以自然丧丧失，也可以在失，也可以在失，也可以在失，也可以在细细菌菌菌菌间转间转移；移；移；移；赋赋予予予予细细菌的某些重要的生物学性状；具有相容性与不菌的某些重要的生物学性状；具有相容性与不菌的某些重要的生物学性状；具有相容性与不菌的某些重要的生物学性状；具有相容性与不相容性。相容性。相容性。相容性。二、二、质粒粒plasmid)plasmid)质粒的分类：质粒的分类：1 1、接
8、合性、接合性质粒与非接合性粒与非接合性质粒粒2 2、严紧型型质粒与松弛型粒与松弛型质粒粒3 3、相容性、相容性质粒与不相容性粒与不相容性质粒粒4 4、具、具质粒基因粒基因编码的生物学性状分的生物学性状分代代 谢 质 粒；粒； 细菌素菌素质粒粒colcol质粒等粒等致育性致育性质粒粒F F质粒；耐粒；耐药性性质粒粒R R质粒粒 侵侵袭细菌等微生物的病毒，具有菌等微生物的病毒，具有严厉的宿主特异的宿主特异性，也是性，也是赋予宿主菌生物学性状的予宿主菌生物学性状的遗传物物质。 据其感染微生物的后果分据其感染微生物的后果分为毒性噬菌体与温暖噬毒性噬菌体与温暖噬菌体。菌体。三、噬菌体三、噬菌体bacte
9、riophage)bacteriophage)一生物学性状一生物学性状1 1、形状、形状个体微小，有蝌蚪形、微球形和细杆形个体微小，有蝌蚪形、微球形和细杆形蝌蚪形噬菌体构造方式图蝌蚪形噬菌体构造方式图2 2、 构造构造: :头部部六棱柱体六棱柱体尾部尾部管状器官管状器官3 3、化学、化学组成成- DNA- DNA- DNA- DNA或或或或RNARNARNARNA核酸：核酸：- - - - 位于位于位于位于头头部中央部中央部中央部中央蛋白蛋白质 ：- - - - 构成构成构成构成头头部外壳及尾部部外壳及尾部部外壳及尾部部外壳及尾部- - - - 维护维护核酸核酸核酸核酸- - - - 决决决决
10、议议噬菌体的表型特征噬菌体的表型特征噬菌体的表型特征噬菌体的表型特征4 4、抗原性、抗原性- - - - 具有抗原性，能刺激机体具有抗原性，能刺激机体具有抗原性，能刺激机体具有抗原性，能刺激机体产产生抗体生抗体生抗体生抗体- - - - 抗体能阻止相抗体能阻止相抗体能阻止相抗体能阻止相应应噬菌体侵噬菌体侵噬菌体侵噬菌体侵袭袭敏感菌敏感菌敏感菌敏感菌- - - - 主要表如今阻断吸附主要表如今阻断吸附主要表如今阻断吸附主要表如今阻断吸附5 5、抵抗力、抵抗力- - - - 比普通比普通比普通比普通细细菌繁衍体菌繁衍体菌繁衍体菌繁衍体强强二噬菌体与宿主的相互关系二噬菌体与宿主的相互关系1. 1.
11、毒性噬菌体的溶菌周期毒性噬菌体的溶菌周期Virulent phageVirulent phageVirulent phageVirulent phage- - 能在敏感宿主菌内大量增殖并能在敏感宿主菌内大量增殖并使之裂解的噬菌体使之裂解的噬菌体溶菌周期溶菌周期吸附吸附 穿入穿入生物合成与装配生物合成与装配成熟与成熟与释放放基因的复制基因的复制基因的复制基因的复制 蛋白蛋白蛋白蛋白质质的合成的合成的合成的合成( ( ( (脱壳脱壳脱壳脱壳) ) ) )AdsorptionAdsorption吸附吸附PenetrationPenetration穿入穿入 Biological SynthesisBi
12、ological Synthesis 生物合成生物合成 Maturation and ReleaseMaturation and Release 成熟和释放成熟和释放 Lytic cycle噬菌景象噬菌景象液体培育基液体培育基浑浊变廓清廓清固固 体体 培育基培育基噬噬 菌菌 斑斑噬斑噬斑荧光假单胞菌荧光假单胞菌2 2、溶原性噬菌体或温暖噬菌体、溶原性噬菌体或温暖噬菌体- - 噬菌体基因整合于宿主菌基因噬菌体基因整合于宿主菌基因组中，并随中，并随 其染色体复制而复制，随菌分裂而分裂其染色体复制而复制，随菌分裂而分裂Lysogenic phageLysogenic phage前噬菌体前噬菌体pro
13、phageprophage- - 整和在整和在细菌基因菌基因组中的噬菌体基因中的噬菌体基因组溶原性溶原性细菌菌lysogenic bacteriumlysogenic bacterium- - 带有前噬菌体基因有前噬菌体基因组的的细菌菌AdsorptionAdsorption吸附吸附PenetrationPenetration穿入穿入 IntegrationIntegration整合整合 Lysogenic cycleInductionInductionReplicationReplicationMaturation and ReleaseMaturation and Release四、四、转
14、座因子座因子tranponsable element)tranponsable element) 细菌染色体或菌染色体或质粒粒DNADNA分子中一段分子中一段特异的核苷酸序列片段，可在特异的核苷酸序列片段，可在DNADNA分子中分子中随机随机转移，但移，但须依靠于染色体或依靠于染色体或质粒同粒同时复制。复制。 主要有三主要有三类： 插入序列插入序列ISIS 转座子座子TnTn 转座噬菌体座噬菌体MuMu噬菌噬菌体体TransposaseABCDEFGGFEDCBA插入序列插入序列insertion sequence,ISinsertion sequence,IS- - 最小的转位因子，长度不超
15、越最小的转位因子，长度不超越2kb2kb- - 不携带任何与插入功能无关的基因区域不携带任何与插入功能无关的基因区域- - 往往插入后与插入点附近序列共同起作用往往插入后与插入点附近序列共同起作用 能够是原细胞正常代谢的调理开关之一能够是原细胞正常代谢的调理开关之一- - 转座子能够与细菌的多重耐药性有关转座子能够与细菌的多重耐药性有关 IS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s)转座子转座子transposon,Tntransposon,Tn- - 长度长度2kb2kb，除携带与转位有关的基因，除携带与转位有关的基因, , 还携带多种构造基因还
16、携带多种构造基因- - 当整合到细菌染色体上，能改动溶原性当整合到细菌染色体上，能改动溶原性 细菌的某些生物学性状细菌的某些生物学性状转座噬菌体转座噬菌体MuMu噬菌体噬菌体- - 一些具有转座功能的溶原性噬菌体一些具有转座功能的溶原性噬菌体- - 从细菌染色体分别零落时，能够连带有从细菌染色体分别零落时，能够连带有 细菌的细菌的DNADNA片段，故在遗传物质转移中起片段，故在遗传物质转移中起 载体作用载体作用五、整合子五、整合子IntegronIntegron，In)In) 一种运一种运动性的性的DNADNA分子，具有独特分子，具有独特构造可捕构造可捕获和整合外源性基因，使之和整合外源性基因
17、，使之转化化为功能性基因的表达功能性基因的表达单位。可存在于染色位。可存在于染色体、体、质粒或粒或转座子上，是座子上，是细菌固有的菌固有的遗传单位。位。 又称又称为整合子整合子基因盒系基因盒系统integron -gene cassettes system组组成成成成中间的可变区域中间的可变区域 1 1个或多个基因盒个或多个基因盒33端保守区端保守区3 3CSCS55端保守区端保守区5 5CSCS 整合子整合子基因盒系基因盒系统的构造的构造53intIgene2gene1 整合子构造表示图整合子构造表示图attIABCP1P2P53geneRYYYAACGTTRRRYattCattC5CSin
18、tIintI基因基因编码整合整合酶integraseintegrase，催化基因盒整，催化基因盒整合至具有同源性的短序列合至具有同源性的短序列attIattI或或attCattC之之间外源基因整合位点外源基因整合位点attIattI两个启动区域两个启动区域据据intIintI基因的不同，可将基因的不同，可将InIn分分为六六类整合酶启动子整合酶启动子可变区启动子可变区启动子由由3 3个个ORFORF组成组成 qacE qacE 1 1 编码季胺类化合物耐药性编码季胺类化合物耐药性 sul1 sul1 编码磺胺类药物耐药性编码磺胺类药物耐药性 ORF5 ORF5 功能不明功能不明3CS基因盒基因
19、盒gene cassettesgene cassettes 可挪动的小分子可挪动的小分子DNADNA，仅携带一个基因和一个特异，仅携带一个基因和一个特异性重组位点即性重组位点即attCattC，不含启动子，不含启动子 attC attC的两端为的两端为7 7个个bpbp的回文序列的回文序列 目前发现的基因盒携带的基因绝大多数为抗生素目前发现的基因盒携带的基因绝大多数为抗生素耐药基因耐药基因整合子与转位因子的关系整合子与转位因子的关系整合子是缺陷转座因子或转座因子的变体整合子是缺陷转座因子或转座因子的变体整合子短少转座基因，不能启动本身转移整合子短少转座基因，不能启动本身转移基因盒不以反向反复序
20、列为界基因盒不以反向反复序列为界一、突一、突变 突突变mutation)mutation)遗传物物质的构造的构造发生突生突然而然而稳定的改定的改动，包括置，包括置换、插入、缺失。、插入、缺失。 分分为：点突：点突变和染色体畸和染色体畸变 自然突自然突变 诱发突突变第三第三节 细菌菌变异的机理异的机理突突变的的规律律1 1 1 1稀有性、突稀有性、突稀有性、突稀有性、突变变率低，但有可率低，但有可率低，但有可率低，但有可诱导诱导性性性性2 2 2 2随机性、自随机性、自随机性、自随机性、自发发性性性性3 3 3 3可逆性可逆性可逆性可逆性一一转化化transformation)transform
21、ation)概念：概念： 供体菌供体菌 受体菌受体菌游离游离游离游离DNADNADNADNA 直接直接直接直接摄摄取取取取条件：条件：条件：条件：1.1.供、受体菌具有同源性供、受体菌具有同源性供、受体菌具有同源性供、受体菌具有同源性2.2.2. 2. 2. 2. 受体菌受体菌受体菌受体菌处处于感受于感受于感受于感受态态对对数生数生数生数生长长期期期期二、基因的二、基因的转移与重移与重组转化因子转化因子transforming principle transforming principle - - 同源的、未变性的双链同源的、未变性的双链DNADNA分子分子- - 相对分子量为相对分子量为1
22、06 108106 108感受态感受态competencecompetence- - 细菌外表带有大量吸附细菌外表带有大量吸附DNADNA的受体，包括的受体，包括DNADNA 结合蛋白、细胞壁自溶素、各种核酸酶。结合蛋白、细胞壁自溶素、各种核酸酶。- - 感受态常出如今细菌的对数生长期感受态常出如今细菌的对数生长期二接合二接合conjugation)conjugation)概念：概念： 供体菌供体菌 受体菌受体菌特点：供一受菌直接接触特点：供一受菌直接接触接合性接合性质粒：能粒：能经过接合方式接合方式转移的移的质粒称粒称为 接合性接合性质粒。粒。性菌毛性菌毛性菌毛性菌毛质质粒或染色体粒或染色体
23、粒或染色体粒或染色体DNADNADNADNA方式：方式： 1) F+ F - 2 F+F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F+HfrHfrHfrHfrHfr菌株：高菌株：高菌株：高菌株：高频频重重重重组组菌株菌株菌株菌株High frequency of High frequency of High frequency of High frequency of recombination) recombination) recombination) recombination) F F F F质质粒整合到染色体上粒整合到染色体上粒整合到染色体上粒整合到染色体上, ,
24、 , ,与染色体一同复制，整合后与染色体一同复制，整合后与染色体一同复制，整合后与染色体一同复制，整合后的的的的细细菌能以高菌能以高菌能以高菌能以高频频率率率率转转移移移移该该菌染色体上的基因。菌染色体上的基因。菌染色体上的基因。菌染色体上的基因。 Hfr Hfr Hfr Hfr菌上的菌上的菌上的菌上的F F F F质质粒也可被正常切割，粒也可被正常切割，粒也可被正常切割，粒也可被正常切割，HfrHfrHfrHfr菌菌菌菌变为变为F+F+F+F+菌。菌。菌。菌。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF- 2Hfr F - F-FFFFFF-FF-3 3 3 3FFFF质质粒：粒：粒：粒： Hfr
25、 Hfr Hfr Hfr菌上的菌上的菌上的菌上的F F F F质质粒被异常切割粒被异常切割粒被异常切割粒被异常切割时时，常，常，常，常带带有染有染有染有染色色色色 体上几个体上几个体上几个体上几个临临近的基因，可近的基因，可近的基因，可近的基因，可导导致其再感染菌致其再感染菌致其再感染菌致其再感染菌遗遗 传传物物物物质质的改的改的改的改动动，此，此，此，此为为性性性性导导。- - 编码对抗菌药物的耐药性编码对抗菌药物的耐药性4) R4) R质粒的接合质粒的接合- R- R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关- R- R质粒的组成质粒的组成- - 编码性菌
26、毛的产生编码性菌毛的产生耐药传送因子耐药传送因子RTFRTF耐药决议因子耐药决议因子- - 几个转座子衔接相邻陈列几个转座子衔接相邻陈列Tn9Tn21Tn10Tn8RTFR determinant三三转导transduction)transduction)概念：概念： 供体菌供体菌 受体菌受体菌1.1.普遍性普遍性转导 裂解末期的装配裂解末期的装配错误所致，可所致，可转导供体菌的任一供体菌的任一基因片段。基因片段。 分分为：1 1完全完全转导 2 2流流产转导供体供体供体供体DNADNADNADNA温暖噬菌体温暖噬菌体温暖噬菌体温暖噬菌体普遍性转导普遍性转导Generalized transd
27、uctionGeneralized transductionGeneralized transductionGeneralized transductionGeneralized transductiongalbiogalbiogalbiogalbiobiogal2.2.局限性局限性转导 溶原期的偏向零落所致，只溶原期的偏向零落所致，只转导供体菌染供体菌染色体上个色体上个别特定的基因片段。特定的基因片段。普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别较普遍转导添加较普遍转导添加10001000倍倍(10-4)(10-4)受体菌的受体菌的10-710-7转导频率转导频率受体菌获得供体菌
28、受体菌获得供体菌DNADNA特定部位的遗传特定部位的遗传特性特性完全转导或流产转导完全转导或流产转导转导的后果转导的后果噬菌体噬菌体DNADNA及供体菌及供体菌DNADNA的特定部位的特定部位供体菌染色体供体菌染色体DNADNA任任何部位或质粒何部位或质粒转导的遗传物质转导的遗传物质溶原期溶原期裂解期裂解期基因转导发生的时期基因转导发生的时期局限性转导局限性转导普遍性转导普遍性转导区别要点区别要点四溶原性四溶原性转换lysogenic lysogenic conversion)conversion)导导致致致致细细菌菌菌菌获获得新的性状得新的性状得新的性状得新的性状温暖噬菌体以前噬菌体的方式与
29、温暖噬菌体以前噬菌体的方式与温暖噬菌体以前噬菌体的方式与温暖噬菌体以前噬菌体的方式与细细菌染色体菌染色体菌染色体菌染色体发发生重生重生重生重组组五原生质体交融五原生质体交融protopast fusion)protopast fusion)- - 两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处置，失两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处置，失 去细胞壁成为原生质体后进展彼此交融的过程去细胞壁成为原生质体后进展彼此交融的过程 - - 一种人工基因一种人工基因 转移系统，本质转移系统，本质 上与基因转移上与基因转移 无关或关系很小无关或关系很小- - 聚乙二醇可促使二种原生质体的交融聚乙二醇可促使二种原生质体的交
30、融三、变异机理小结：三、变异机理小结：突变：突变：基因的转移与重组：基因的转移与重组： 供体菌供体菌 方式方式 受体菌受体菌转化：游离的转化：游离的DNA片段片段 直接进入直接进入 接合：接合性质粒接合：接合性质粒 以性菌毛为载体以性菌毛为载体转导：染色体或质粒转导：染色体或质粒DNA 以温暖噬菌以温暖噬菌体为载体体为载体溶原性转换溶原性转换 ： 前噬菌体直接整和前噬菌体直接整和 原生质体的交融原生质体的交融获得性耐药获得性耐药细菌耐药的机制细菌耐药的机制遗传机制遗传机制生化机制生化机制固有耐药固有耐药染色体突变染色体突变可传送的耐药可传送的耐药接合，接合，转化，化，转导R R质粒，粒，转座子
31、，整合子座子，整合子第四节第四节 细菌遗传变异在医学细菌遗传变异在医学 上的实践意义上的实践意义一、在传染病的诊、防、治上的运用一、在传染病的诊、防、治上的运用 诊断疾病：形状、构造的变异。诊断疾病：形状、构造的变异。 治疗疾病：耐药性变异，选择敏感抗生素。治疗疾病：耐药性变异，选择敏感抗生素。 预防疾病：疫苗的运用。预防疾病：疫苗的运用。二、在检测致癌物质方面的运用二、在检测致癌物质方面的运用凡能诱导突变的物质就有能够是致癌物质凡能诱导突变的物质就有能够是致癌物质三、在流行病学研讨方面的运用三、在流行病学研讨方面的运用四、在重组四、在重组DNADNA技术中的运用技术中的运用 将分子生物学的方
32、法运用于流行病学调查将分子生物学的方法运用于流行病学调查 追踪基因程度的转移与播散追踪基因程度的转移与播散 指纹图谱法指纹图谱法1 1、简述质粒的概念及其特点。、简述质粒的概念及其特点。2 2、什么是噬菌体？简述噬菌体与宿主菌的相互、什么是噬菌体？简述噬菌体与宿主菌的相互关系。关系。3 3、噬菌体在细菌遗传变异上有何意义？、噬菌体在细菌遗传变异上有何意义？4 4、简述细菌基因转移与重组的方式。、简述细菌基因转移与重组的方式。5 5、微生物的遗传变异在医学上有何实践意义？、微生物的遗传变异在医学上有何实践意义？6 6、结合所学知识，试分析细菌耐药的遗传学机、结合所学知识，试分析细菌耐药的遗传学机制制预习：预习：细菌的感染与免疫细菌的感染与免疫思索思索题
