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1、第第2章章 细菌的细菌的遗传(ychun)与与变异异高等教育出版社高等教育出版社医学医学(yxu)(yxu)细菌细菌学学Medical Bacteriology第一页，共二十二页。目目 录录123细菌遗传(ychun)与变异的物质根底细菌的变异现象(xinxing)及机制 细菌遗传变异的医学(yxu)意义及其应用 第二页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：质粒的遗传物质：质粒v细菌菌遗传物物质：染色体、：染色体、质粒、噬菌体。粒、噬菌体。v质粒粒 (plasmid)：细菌染色体外菌染色体外遗传物物质，为双双链环状状DNA，携携带遗传信息并能自我复制，可信息并能自我复制，可丧失
2、且不影响失且不影响细菌存活。菌存活。v质粒通粒通过接合、接合、转化化(zhunhu)、转导方式在方式在细菌菌间转移移遗传物物质。严紧型型质粒粒 (stringent plasmid)：复制：复制(fzh)与染色体同步。与染色体同步。松松驰型型质粒粒 (relaxed plasmid)：复复制制与染色体无关。与染色体无关。第三页，共二十二页。v噬菌体噬菌体 (phage)：细菌的病毒，蛋白外壳菌的病毒，蛋白外壳+DNA或或RNA组成，多成，多为蝌蚪形。蝌蚪形。v噬菌体噬菌体结构：构：头部部=球状外壳球状外壳+核酸核酸(h sun) 尾部尾部=尾板尾板(溶菌溶菌酶)+ 尾刺尾刺 + 尾尾丝(吸附吸
3、附细菌菌)v噬菌体噬菌体可通可通过转导、转换方式方式在在细菌菌间转移移遗传物物质。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体第四页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体v毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage) ：感染宿主菌后在菌体内以复制：感染宿主菌后在菌体内以复制(fzh)方式增殖，方式增殖，产生大量子代噬菌体并生大量子代噬菌体并导致致细菌裂解。菌裂解。该过程程称称为溶菌性周期溶菌性周期 (bacteriolysis cycle)，分，分为吸附与穿入、生物合成吸附与穿入、生物合成 、成熟与、成熟与释放等放等阶段，。段
4、，。v温和噬菌体温和噬菌体 (temperate phage)：感染宿主菌后其基因：感染宿主菌后其基因组整合到宿主整合到宿主菌染色体菌染色体DNA中，随宿主菌中，随宿主菌DNA复制而复制，并随宿主菌分裂复制而复制，并随宿主菌分裂而分配至子代菌染色体而分配至子代菌染色体DNA中，宿主菌不裂解。中，宿主菌不裂解。该过程称程称为溶原性溶原性周期周期 (lysogenic cycle) 。v前噬菌体前噬菌体(prophage)：整合在：整合在细菌染色体中的噬菌体基因菌染色体中的噬菌体基因组，可在某些，可在某些因素刺激下脱落因素刺激下脱落进入溶菌性周期入溶菌性周期 。v溶原性溶原性细菌菌(lysogen
5、ic bacterium)：携：携带前噬菌体基因前噬菌体基因组。 第五页，共二十二页。v溶菌性周期和溶原性周期：溶菌性周期和溶原性周期：细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体第六页，共二十二页。转位转位(zhun wi)(zhun wi)因子因子v转位因子位因子(ynz)(transposable element) ：能在：能在细菌基因菌基因组中中移移动位置位置的一段独特的一段独特DNA片段。片段。 v插入序列插入序列 (insertion sequence，IS)：转座座酶基因基因+两端反向重复序列，两端反向重复序列，可宿主菌基因可宿主菌基因组的突的突变、失活或基因
6、重排。、失活或基因重排。 v转座子座子(transposon，Tn)：IS+其他基因，能通其他基因，能通过质粒在粒在细菌以及菌以及细菌与菌与真核真核细胞之胞之间转移。移。 第七页，共二十二页。整合整合(zhn h)(zhn h)子和转座噬菌体子和转座噬菌体 v整合子整合子 (integron)：定位于：定位于细菌菌(xjn)染色体、染色体、能捕能捕获和整合外和整合外源性基因源性基因的独特的独特DNA序列。序列。v整合子典型整合子典型结构：整合位点可有一个或多个基因盒。构：整合位点可有一个或多个基因盒。 5-保守保守(boshu)区区-整合整合酶- P1/P2启启动子子-整合位点整合位点-3-保
7、守保守区区v转座噬菌体座噬菌体 (mutation phage，Mu phage)：能整合入宿主菌染色体：能整合入宿主菌染色体DNA但无一定整合位置的温和噬菌体。但无一定整合位置的温和噬菌体。第八页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的变异现象的变异现象v形形态和和结构构变异：如异：如细菌菌(xjn)L型。型。v毒力毒力变异：如卡介苗异：如卡介苗BCG、白喉棒状杆菌被、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感染棒状杆菌噬菌体感染后后产生白喉毒素。生白喉毒素。v耐耐药性性变异：异：产生生对1 种或多种抗生素耐种或多种抗生素耐药性。性。v抗原性抗原性变异：如异：如H和和O抗原抗原变异，异，带来来诊断
8、困断困难的的问题。v菌落菌落变异：光滑型异：光滑型 (smooth，S) 与粗糙型与粗糙型 (rough，R)菌落菌落变异异(S-R)，常伴随抗原性、毒力、常伴随抗原性、毒力、酶活性等改活性等改变。多数。多数S型型细菌毒力菌毒力强，少数，少数R型毒型毒力力强 (结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌)。第九页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)变异机制变异机制v突突变(tbin)(mutation)：单、多点各种突、多点各种突变。v基因基因转移移(transfer)与与重重组(recombination)：是：是细菌菌获得新得新遗传性性状的主要途径。状
9、的主要途径。v细菌基因菌基因转移和重移和重组的主要方式：的主要方式：转化、接合、化、接合、转导、溶原性、溶原性转换。v提供提供DNA的的细菌称菌称为供体菌供体菌(donor)，接受，接受DNA并并进行重行重组的的细菌称菌称为受体菌受体菌(recipient)。第十页，共二十二页。v转化化(transformation)：供体菌游离的：供体菌游离的DNA片段片段直接被受体菌直接被受体菌摄取取(shq)并重并重组，使受体菌，使受体菌获得新的生物学性状。得新的生物学性状。细菌变异细菌变异(biny)(biny)机制：转化机制：转化第十一页，共二十二页。v被被转化的化的DNA片段称片段称为(chn w
10、i)转化化因子因子(transforming factor)，分子量小，分子量小于于107，最多不超，最多不超过1020个基因。个基因。v转化后能重化后能重组并并稳定地表达供体菌定地表达供体菌遗传性状的外源性性状的外源性DNA片段称片段称为转化子化子(transformant)。 v接受接受DNA片段的受体菌必片段的受体菌必须处于于感感受受态(competence)。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转化：转化第十二页，共二十二页。细菌变异细菌变异(biny)(biny)机制：接合机制：接合v接合接合(conjugation)：供体菌通：供体菌通过性菌毛将性菌毛将质粒或染色体粒或染
11、色体DNA转移移入受体菌，使受体菌入受体菌，使受体菌获得得(hud)新的生物学性状。新的生物学性状。vF质粒：粒：编码性菌毛性菌毛 (F+ 菌，又称供体菌或雄性菌菌，又称供体菌或雄性菌)。v受体菌或雌性菌：无受体菌或雌性菌：无F质粒、无性菌毛粒、无性菌毛 (F- 菌菌)。F+F+F+F+F+F-F+F-F+F-第十三页，共二十二页。vF质粒粒还可可整合整合入入细菌染色体菌染色体DNA中，称中，称为Hfr菌株菌株。v转移移过程：染色体程：染色体DNA在在F质粒粒转移启始位点移启始位点处的一股的一股单链断开断开(dun ki)后后先先经性菌毛性菌毛进入受体菌入受体菌，F质粒粒DNA后后进入受体菌入
12、受体菌，该过程程易中断，故受体菌常易中断，故受体菌常获得不同得不同长度度Hfr菌株染色体菌株染色体DNA片段，但片段，但不易不易获得得F质粒粒DNA。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合F-HfrHfrF-HfrHfrF-F-第十四页，共二十二页。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合vF菌株：少菌株：少见。整合的。整合的F质粒从染色体粒从染色体DNA上脱落，但上脱落，但携携带了了邻近染近染色体色体DNA片段片段，称，称为(chn wi)F质粒及粒及F菌株，可通菌株，可通过F+ 与与F- 菌株菌株相似的相似的过程，将程，将F质粒及其可能携粒及其可能携带的供
13、体菌染色体的供体菌染色体DNA片段片段转移移给F- 受体菌。受体菌。FHfrFFFF-第十五页，共二十二页。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合v耐耐药质粒粒 耐耐药传递因子因子(ynz)(resistance transfer factor，RTF)。 耐耐药决定子决定子(r determinant)：也即耐：也即耐药基因。基因。 Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFr determinant第十六页，共二十二页。v转导(transduction)：温和噬菌体温和噬菌体为载体体将将供体菌供体菌DNA片段片段转移到受移到受体菌内，使受体菌体菌内，使受体菌获得新的性状。
14、得新的性状。v可分可分为普遍性普遍性转导和局限性和局限性转导。v普遍性普遍性转导(generalized transduction)：装配装配(zhungpi)错误。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转导：转导第十七页，共二十二页。v局限性局限性转导(restricted transduction)：前噬菌体从染色体中脱落：前噬菌体从染色体中脱落时带有有整合部位一或两整合部位一或两侧染色体染色体DNA片段片段(pin dun)，感染，感染细菌菌时可将可将该供体菌供体菌DNA片段片段转移到新的受体菌内。移到新的受体菌内。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转导：转导第十八页
15、，共二十二页。v溶原性溶原性转换(zhunhun)(lysogenic conversion)：溶原菌染色体：溶原菌染色体DNA中整合的中整合的前噬体基因前噬体基因使宿主菌使宿主菌获得新的得新的遗传性状的性状的过程。程。v白喉棒状杆菌被携白喉棒状杆菌被携带毒素基因的毒素基因的-棒状杆菌噬菌体感染后才能棒状杆菌噬菌体感染后才能产生白喉外毒素。生白喉外毒素。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转换：转换第十九页，共二十二页。v诊断和治断和治疗及及预防方面的防方面的应用用(yngyng)(yngyng)：抗原抗原变异、耐异、耐药产生、制生、制备疫苗等。疫苗等。 v流行病学方面的流行病学方面
16、的应用：用：确定确定优势流行菌株和耐流行菌株和耐药基因等、病原追踪与溯源，如基因等、病原追踪与溯源，如PCR + RFLP、质粒指粒指纹图谱。v分子生物学和基因工程中的分子生物学和基因工程中的应用：用：载体体(质粒、噬菌体、腺病毒粒、噬菌体、腺病毒) 与与DNA重重组方法方法 (转化、化、转导、转染染)，生，生产疫苗疫苗(rHBsAg等等) 及生物制及生物制品品(rIFN等等)。细菌变异细菌变异(biny)(biny)的医学意义及应用的医学意义及应用第二十页，共二十二页。v细菌菌(xjn)获得新的得新的遗传性状的主要方式以及性状的主要方式以及前噬菌体概前噬菌体概念。念。v常常见的的细菌菌变异异
17、现象及其医学意象及其医学意义。v转化、接合、化、接合、转导、溶原性溶原性转换定定义及机制及机制。本章本章(bn zhn)(bn zhn)要点要点第二十一页，共二十二页。内容(nirng)总结第2章 细菌的遗传与变异。溶菌性周期和溶原性周期：。毒力变异：如卡介苗BCG、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感染后产生(chnshng)白喉毒素。突变(mutation)：单、多点各种突变。转化后能重组并稳定地表达供体菌遗传性状的外源性DNA片段称为转化子(transformant)。耐药决定子(r determinant)：也即耐药基因。可分为普遍性转导和局限性转导。本章要点第二十二页，共二十二页。版细菌的遗传与变异
