細(xì)菌的遺傳與變異

細(xì)菌的遺傳與變異第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日1、遺傳VS變異(1)遺傳：生命體通過核酸的復(fù)制和分配使親代的性狀傳遞給子代，致使子代與親代的生物學(xué)性狀基本相同，且代代相傳，遺傳使細(xì)菌的性狀保持相對(duì)穩(wěn)定。

(2)變異：在一定條件下，子代與親代、子代相互之間，生物學(xué)性狀發(fā)生不同程度的穩(wěn)定性差異。第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日

A、遺傳性變異（基因型變異）

——基因結(jié)構(gòu)的改變（基因或轉(zhuǎn)移與重組）引起的性狀變化，這為基因型變異，其可遺傳給子代（穩(wěn)定？）。B、非遺傳性變異（表型變異）

——一定環(huán)境條件的影響下發(fā)生的性狀變化，但基因結(jié)構(gòu)沒有改變，此為表型變異（遺傳？穩(wěn)定？）；

——當(dāng)環(huán)境中的影響因素去除后，表型變異的性狀又可復(fù)原，且這種變異不能遺傳。第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日一、細(xì)菌的變異現(xiàn)象形態(tài)、結(jié)構(gòu)的變異抗原性變異毒力變異菌落變異耐藥性變異第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

1、形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異——細(xì)菌的大小和形態(tài)在不同的生長時(shí)期可不同，生長過程中受外界環(huán)境的影響也可發(fā)生變異。

如：鼠疫耶氏菌在陳舊培養(yǎng)物上細(xì)菌的多形態(tài)性、細(xì)菌L型?！?xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)也可發(fā)生變異（外環(huán)境？）

如：莢膜（肺炎鏈球菌）、芽胞（炭疽芽孢桿菌）、鞭毛（變形桿菌H-O變異）第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

A、3-6%食鹽

鼠疫桿菌────→多形態(tài)性(衰殘型)

瓊脂培基NaCl第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

B、青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌──────→

L型變異

抗體或補(bǔ)體

(部分或完全失去胞壁)X正?；魜y弧菌霍亂弧菌L型第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

C、特殊結(jié)構(gòu)的變異

42－43℃

×

炭疽桿菌

────→

失去形成芽胞能

10－20天

力、毒性降低

1%石炭酸

×

變形桿菌菌落

────→

單個(gè)菌落

（H型，遷徙生長）（O型，失去鞭毛）

鞭毛變異第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、抗原性變異腸道桿菌多糖重復(fù)單位-----0抗原屬特異性鞭毛H抗原，種的特異性---1相---2相第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、菌落變異：S—R變異——細(xì)菌菌落的光滑(smooth,S)型菌落表面光滑、濕潤、邊緣整齊；經(jīng)人工培養(yǎng)多次傳代后菌落表面邊緣變?yōu)闉榇植?、干燥、邊緣不整齊的粗糙型

(rough,R)的現(xiàn)象。——

這種變異現(xiàn)象對(duì)于從臨床標(biāo)本中分離致病菌時(shí)，該如何挑選菌落具有實(shí)際指導(dǎo)意義（？？）。第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

A、S—R變異常見于腸道桿菌，是由于失去LPS的特異性寡糖重復(fù)單位（？）而引起的。B、變異時(shí)不僅菌落的特征發(fā)生改變，且細(xì)菌的其它性狀（理化、抗原性、代謝酶活性、毒力）也同時(shí)發(fā)生了變化。C、一般情況下，S型菌的致病性強(qiáng)（？），但有少數(shù)細(xì)菌是R型菌的致病性強(qiáng)（？），如結(jié)核分枝桿菌、炭疽芽胞桿菌、鼠疫耶氏菌。第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日4、毒力變異——增強(qiáng)or減弱

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

A、牛型結(jié)核桿菌────────→卡介苗

13年、230代

β棒狀噬菌體B、白喉棒狀桿菌────→

白喉棒狀桿菌

（獲得白喉毒素基因）

第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日5、耐藥性變異——當(dāng)今醫(yī)學(xué)的重要問題——細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異——有些細(xì)菌還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。如：淋球菌（用第四代環(huán)絲氨酸）結(jié)核（耐異煙肼）痢疾菌（多重耐藥菌株，藥物依賴性菌株鏈霉素）第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

——金黃色葡萄球菌耐青霉素的菌株已從1946

年的14%上升至目前的80%。A、金葡菌

—青霉素

B、耐藥金葡菌

—甲氧西林

耐藥金葡菌

—萬古霉素耐萬古霉素腸球菌以接合方式傳遞第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

常見致病菌的耐藥原因細(xì)菌藥物耐藥原因

金葡菌青霉素產(chǎn)生B-內(nèi)酰胺酶

甲氧西林合成PBP2（膜結(jié)合蛋白，降低藥物對(duì)膜的親和力）四環(huán)素藥物泵出腸球菌青霉素酶四環(huán)素核糖體改變綠膿桿菌青霉素酶或PBP改變氨基糖苷類酶或核糖體改變第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日抗菌藥物的作用靶位第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日

耐藥性細(xì)菌在世界各地的分布第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)——細(xì)菌的遺傳物質(zhì)是DNA，大多為單倍體基因組

——細(xì)菌的基因組是指染色體和染色體以外遺傳物質(zhì)所攜帶基因的總稱。

——染色體DNA

——染色體外的核酸成份

A、質(zhì)粒(多型)

B、轉(zhuǎn)座元件

C、整合子第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日細(xì)菌基因位置編碼致病物質(zhì)幽門染色體侵襲力炭疽質(zhì)粒毒素霍亂染色體毒素白喉、肉毒噬菌體毒素第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日——原核類細(xì)菌的染色體是幾乎裸露的環(huán)狀、雙螺旋DNA，不含組蛋白,無核膜

包圍，有核蛋白?！?xì)菌基因的結(jié)構(gòu)是連續(xù)的,無內(nèi)含子——細(xì)菌染色體DNA的復(fù)制在大腸埃希菌已證明是雙向半保留復(fù)制1、細(xì)菌染色體第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日——基因,是具有一定生物學(xué)功能的核苷酸序列，如編碼結(jié)構(gòu)蛋白、酶等

功能?！虏u（毒力島）：致病染色體上編碼與毒力或致病相關(guān)因子之（相關(guān)）基因的（外源）DNA片段，是分子量較大的基因群?！鋬赡┒擞兄貜?fù)序列、插入序列或tRNA，——可水平傳遞（自身細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間）第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、質(zhì)粒質(zhì)粒(plasmid)：是細(xì)菌染色體以外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。據(jù)質(zhì)粒基因編碼的生物學(xué)性狀分為：致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）：與“有性”繁殖有關(guān)耐藥性質(zhì)粒：編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。是接合性耐藥質(zhì)粒（經(jīng)由性菌毛，如R質(zhì)粒），M大另一是非接合耐藥性質(zhì)粒（？，如噬菌體），M小一定條件下，接合性可以活化、轉(zhuǎn)導(dǎo)-傳遞非接合性的或宿主染色體第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

3)毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒：

——編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子

如：金黃色葡萄球菌——毒力質(zhì)?！砥兠撍卮竽c桿菌——pST——耐熱性腸毒素

——pLT——不耐熱性腸毒素

4)細(xì)菌素質(zhì)粒：編碼產(chǎn)生細(xì)菌素

——含Col質(zhì)粒的Eco.li.，編碼產(chǎn)生大腸菌素5)代謝質(zhì)粒：編碼產(chǎn)生相關(guān)的降解酶

如：沙門菌-發(fā)酵乳糖能力第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

——質(zhì)粒DNA的特征質(zhì)粒是一個(gè)完整的復(fù)制子，具有自我復(fù)制的能力

——據(jù)其復(fù)制的性質(zhì)分：

A、緊密型：拷貝數(shù)少，僅與染色體同步復(fù)制

B、松弛型：拷貝數(shù)多，與染色體復(fù)制無關(guān)，可隨時(shí)復(fù)制質(zhì)粒DNA所編碼的基因產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征

——致育性、耐藥性、致病性及生化性狀第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

質(zhì)?？勺孕衼G失與消除

——但其丟失后，細(xì)菌仍存活。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性

——經(jīng)結(jié)合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化等方式在細(xì)菌與細(xì)菌、細(xì)菌與宿主細(xì)胞之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性

——兩種結(jié)構(gòu)（復(fù)制調(diào)控元件）相似密切相關(guān)的質(zhì)粒不能穩(wěn)定共存于一個(gè)宿主菌的現(xiàn)象稱為質(zhì)粒不相容性。第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、轉(zhuǎn)座元件（轉(zhuǎn)座子）轉(zhuǎn)座子，是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動(dòng)（轉(zhuǎn)位），不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)復(fù)制子單元轉(zhuǎn)移到另一個(gè)復(fù)制子單元中。A、一段特異性核苷酸，在自身轉(zhuǎn)座酶的作用下可移動(dòng)（分子內(nèi)/間）而變換位置；插入位點(diǎn)無需同源核酸片段，分保留性轉(zhuǎn)位、復(fù)制性轉(zhuǎn)位；B、其影響視轉(zhuǎn)位因子本身特征、被整合染色體或質(zhì)粒的整合后狀態(tài)；第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日

——轉(zhuǎn)座因子有三類A、插入序列（insertionsequence,IS）——三者中最小，<=2kb；——兩末端有反向重復(fù)序列（E），中間是ORF（轉(zhuǎn)座酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子）；——不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域；——IS可獨(dú)立轉(zhuǎn)位，也可以是（大）轉(zhuǎn)座子（末端）的一部分；——往往是插入后與插入點(diǎn)附近的序列共同起作用，可能是原細(xì)胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一；——自身游離時(shí)無獨(dú)立自主復(fù)制能力。第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

B、轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體——是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當(dāng)整合到細(xì)菌染色體上，能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀（誘變噬菌體），如：白喉棒狀桿菌、肉毒梭菌等的外毒素——另，轉(zhuǎn)座噬菌體從細(xì)菌染色體分離脫落時(shí)，可能連帶有細(xì)菌的DNA片段，故它還可能在遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程中起載體作用。第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

C、轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）

——一般>2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因等；可隨機(jī)轉(zhuǎn)位，不能獨(dú)立復(fù)制?！赡苡许?/反向重復(fù)序列，當(dāng)Tn插入某一基因時(shí)，一方面可引起插入基因失活產(chǎn)生基因突變；

另一方面可因帶入耐藥性基因而使細(xì)菌獲得耐藥性。第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日Tn分為復(fù)合型、Tn3系、接合性轉(zhuǎn)座子復(fù)合型：IS—ORF—IS;Tn3系：R—ORF—R接合性：--ORF--，經(jīng)性菌毛的轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)座子可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。自身游離時(shí)也無獨(dú)立自主復(fù)制能力。第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（氨芐青霉素）Tn4AP、SM（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）tn551Em（紅霉素）Tn971EmTn1681大腸埃希菌（腸毒素基因）轉(zhuǎn)座子示例第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日4、整合子整合子是一種運(yùn)動(dòng)性的DNA分子，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為自身表達(dá)性基因的表達(dá)單位。定位于染色體、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子基本結(jié)構(gòu)兩端的保守末端中間的可變區(qū)：基因盒（多為耐藥基因）5`保守末端含有功能元件整合酶基因，產(chǎn)物催化基因盒的整合與切除重組位點(diǎn)啟動(dòng)子第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

三、細(xì)菌變異的機(jī)制

——基因的突變與損傷后修復(fù)

——基因的轉(zhuǎn)移與重組第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日突變(mutation)：是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然、穩(wěn)定堿基對(duì)且可遺傳的變異，導(dǎo)致細(xì)菌某些性狀發(fā)生遺傳性的變異。DNA的損傷修復(fù)：當(dāng)細(xì)菌DNA受到損傷單鏈時(shí)，細(xì)胞會(huì)用有效的DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，以保證遺傳的穩(wěn)定性，維持細(xì)胞的存活，并使損傷降為最小。（一）.基因的突變與損傷后修復(fù)第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日——基因突變規(guī)律：自發(fā)性、獨(dú)立性、稀少性：突變率低10-10-10-6/代遺傳性、不對(duì)應(yīng)性：突變性狀優(yōu)勢(shì)存活——突變?cè)蜃匀煌蛔兣c選擇：突變是隨機(jī)的，不定向的，但可

人為篩選或以理化誘導(dǎo)，提高突變率?？赡嫘裕?/p>

恢復(fù)突變——抑制突變（基因內(nèi)//外）第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日彷徨試驗(yàn)(fluctuationtest)

選擇第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日Themethodofaserialdilutionsforviablecounting第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日影印試驗(yàn)(replicaplating)

選擇第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日——基因突變的機(jī)制1、自發(fā)突變機(jī)制（1）低劑量誘變因素的長期綜合效應(yīng)（2）堿基結(jié)構(gòu)的變化

——互變異構(gòu)效應(yīng)

——5－甲基胞嘧啶自發(fā)脫氨作用（3）環(huán)出效應(yīng)頸環(huán)跳躍第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、人工誘變機(jī)制（1）堿基對(duì)置換：

轉(zhuǎn)換——嘌呤間、嘧啶間顛換——嘌呤與嘧啶間（2）移碼突變（3）缺失或插入突變（4）紫外線的誘變機(jī)制

——骨架斷裂、嘧啶水解、胸嘧啶二聚體第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日——DNA的損傷后修復(fù)1、光修復(fù)：

紫外誘變或殺傷——可見光能＋光復(fù)活酶2、切除修復(fù)

UvrC——兩切口（單鏈）——合成——連接3、重組修復(fù)A、跳躍復(fù)制——缺口——重組Pr.——借用完整母鏈片斷——連接——修補(bǔ)缺失母鏈B、突變母鏈仍以切除修復(fù)4、SOS修復(fù)——傾向差錯(cuò)的修復(fù)

——DNA大范圍損傷的應(yīng)急反應(yīng)第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日基因轉(zhuǎn)移(genetransfer)：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌進(jìn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程?；蛑亟M(recombination)：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起，使受體菌獲得供體菌某些特性。外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體DNA，質(zhì)粒DNA及噬菌體基因等。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組方式：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、細(xì)胞融合。(二).基因的轉(zhuǎn)移與重組第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日1.轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化是供體菌裂解游離的DNA片段轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程——自然、人工。發(fā)生事件：宿主菌處于感受態(tài)（解鏈期）自然發(fā)生時(shí)大多是導(dǎo)入一條鏈，同源重組生成異源雙鏈；人工時(shí)大多是超螺旋雙鏈，不一定發(fā)生同源重組（游離）影響因素供受體細(xì)胞之核酸的同源性，受體菌的生理狀態(tài)（感受態(tài)），帶正電荷（+）外圍離子氛（強(qiáng)度）：Ca2+

、Mg2+、cAMP第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日2.接合(conjugation)接合：是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒一條DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。能通過結(jié)合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，不能通過性菌毛在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒為非接合性質(zhì)粒。第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日F質(zhì)粒：自orit5`切割單鏈并傳遞該單鏈第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日高頻重組菌（Hfr）——一小部分F質(zhì)?？烧先胧荏w菌染色體DNA而隨同復(fù)制，此菌即高頻重組菌（Hfr），但該細(xì)菌可高效轉(zhuǎn)移其染色體上的基因?！狥質(zhì)粒整合入受體菌染色體DNA的末端，對(duì)基因轉(zhuǎn)移起發(fā)動(dòng)功效?！狥質(zhì)粒可從Hfr的染色體上脫離而終止其Hfr狀態(tài)，同時(shí)F質(zhì)粒可帶下原Hfr染色體上的的幾個(gè)基因，形成新的質(zhì)?！狥’。第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日細(xì)菌的耐藥性與耐藥性的基因突變及R質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移等有關(guān)。日本首先分離到抗多種藥物的宋內(nèi)志賀菌多重耐藥株，多重耐藥性很難用基因突變解釋。健康人中大腸埃希菌30%~50%有R質(zhì)粒，而致病性大腸埃希菌90%有R質(zhì)粒。