第十三章細(xì)菌的遺傳與變異詳解演示文稿

第十三章細(xì)菌的遺傳與變異詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共82頁。優(yōu)選第十三章細(xì)菌的遺傳與變異當(dāng)前2頁，總共82頁。遺傳：子代與親代間的生物學(xué)特征相似變異：子代與親代間的生物學(xué)特征差異變異類型：遺傳性變異（基因型變異）：基因結(jié)構(gòu)改變特點：個別細(xì)菌，產(chǎn)生新性狀可遺傳，不可逆。非遺傳性變異(表型變異）：環(huán)境條件變化，無基因結(jié)構(gòu)的改變。特點：菌群中所有細(xì)菌，不遺傳，可逆。當(dāng)前3頁，總共82頁。當(dāng)前4頁，總共82頁。第一節(jié)細(xì)菌的變異現(xiàn)象一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異（一）形態(tài)變異受外界環(huán)境條件影響（橢圓形小桿菌—球形、桿狀、逗點狀等多種形態(tài)）當(dāng)前5頁，總共82頁。

細(xì)菌L型變異：青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌──────→L型細(xì)菌

(部分或完全失去胞壁)

正?；魜y弧菌霍亂弧菌L型形態(tài)結(jié)構(gòu)變異當(dāng)前6頁，總共82頁。葡萄球菌L型變異細(xì)菌L型油煎蛋樣菌落當(dāng)前7頁，總共82頁。（二）結(jié)構(gòu)變異細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)可發(fā)生變異而失去。有鞭毛的變形桿菌在固體培養(yǎng)基上彌散生長，菌落似薄膜，稱H菌落。將此菌接種在含有1%苯酚的培養(yǎng)基上，細(xì)菌失去鞭毛，形成單個菌落，稱為O菌落。H-O變異：將細(xì)菌失去鞭毛的變異。當(dāng)前8頁，總共82頁。莢膜變異當(dāng)前9頁，總共82頁。芽胞變異

42-43℃

炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力,毒性10-20天降低

鞭毛變異

鞭毛細(xì)菌無鞭毛菌

形態(tài)結(jié)構(gòu)變異（單個菌落）

（遷徙生長）

（點種在含0.1%石碳酸的培養(yǎng)基）

當(dāng)前10頁，總共82頁。細(xì)胞壁變異：有→無go莢膜變異：有→無如：肺炎鏈球菌芽胞變異：有→無如：炭疽桿菌鞭毛變異：有→無（H-O變異）當(dāng)前11頁，總共82頁。

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌────→

產(chǎn)生白喉毒素增強（二）毒力變異表現(xiàn)：減弱或增強當(dāng)前12頁，總共82頁。

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛型結(jié)核桿菌────────→卡介苗

13年(230代)（BCG）減弱1921年AlbertCalmetteCamilleGuerin當(dāng)前13頁，總共82頁。三、耐藥性變異

概念：細(xì)菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥。多重耐藥：有些細(xì)菌還表現(xiàn)為同時耐受多種抗菌藥物，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。

含鏈霉素培養(yǎng)基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)

當(dāng)前14頁，總共82頁。減少耐藥菌株的產(chǎn)生:1）避免盲目使用抗菌藥物。2）用藥前應(yīng)盡量做藥敏試驗，并根據(jù)結(jié)果選擇用藥。當(dāng)前15頁，總共82頁。四、抗原性變異腸道桿菌細(xì)胞壁表面的多糖重復(fù)單位，為該菌的Ｏ抗原，具有屬的特異性；鞭毛的主要成分為蛋白質(zhì)，為該菌Ｈ抗原，具有種的特異性，在該菌的血清學(xué)鑒定方面很重要。由于Ｏ或Ｈ抗原的變異，如Ｈ抗原可由Ⅰ相變?yōu)棰蛳?，或由Ⅱ相變?yōu)棰裣?，其種的特異性就發(fā)生相應(yīng)改變。當(dāng)前16頁，總共82頁。五、菌落變異菌落有兩種：光滑型（S）：表面光滑、濕潤、邊緣整齊。粗糙型（R）：表面粗糙、干皺、邊緣不整。S-R變異：菌落從光滑型變?yōu)榇植谛偷淖儺?。多見于腸道桿菌。一般S型菌的致病性強，少數(shù)細(xì)菌如結(jié)核桿菌、炭疽桿菌R型菌的致病性強。當(dāng)前17頁，總共82頁。菌落變異（S-R變異）

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑(S)型菌落─────→粗糙(R)型菌落

或在有免疫力的人體內(nèi)

一般，S型菌落致病力強。當(dāng)前18頁，總共82頁。當(dāng)前19頁，總共82頁。第二節(jié)細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌的遺傳物質(zhì)包括：

染色體染色體外遺傳物質(zhì)：質(zhì)粒

轉(zhuǎn)位因子噬菌體等當(dāng)前20頁，總共82頁。一、細(xì)菌的染色體細(xì)菌染色體：環(huán)狀雙螺旋DNA，缺乏組蛋白,無核膜包圍。大腸埃希菌整個染色體約含5000多個基因。當(dāng)前21頁，總共82頁。二、質(zhì)粒（plasmid）概念：細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA，編碼生物學(xué)性狀，能自行復(fù)制，位于胞漿。質(zhì)粒的特征自我復(fù)制能力，為復(fù)制子決定細(xì)菌某些性狀可自行丟失與消除（非細(xì)菌生命活動必需）可轉(zhuǎn)移性：通過結(jié)合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)可分為相容性和不相容性當(dāng)前22頁，總共82頁。有兩種：大質(zhì)粒：含幾百個基因。小質(zhì)粒：含20-30個基因。質(zhì)粒基因可編碼產(chǎn)生很多重要的生物學(xué)性狀。當(dāng)前23頁，總共82頁。（二）醫(yī)學(xué)上重要的質(zhì)粒

1、F質(zhì)粒（致育質(zhì)粒）編碼性菌毛，介導(dǎo)細(xì)菌間的結(jié)合能力2、耐藥性質(zhì)粒：編碼細(xì)菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。包括：結(jié)合性（R質(zhì)粒）和非結(jié)合性耐藥質(zhì)粒帶有R質(zhì)粒的細(xì)菌有大腸埃希菌、沙門菌、志賀菌、銅綠假單胞菌等革蘭陰性菌。當(dāng)前24頁，總共82頁。3、毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）：編碼與致病有關(guān)的毒力因子，如：ST質(zhì)粒如破傷風(fēng)梭菌痙攣毒素、炭疽毒素等均由相應(yīng)的毒力質(zhì)粒編碼產(chǎn)生。4、細(xì)菌素質(zhì)粒：編碼細(xì)菌素，如大腸菌素質(zhì)粒Col質(zhì)粒細(xì)菌素對同品系或近緣細(xì)菌具有抑制作用。當(dāng)前25頁，總共82頁。三、轉(zhuǎn)位因子（transposableelement，Te）：概念：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，能在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組的位置。從基因組一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置---即轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位因子當(dāng)前26頁，總共82頁。轉(zhuǎn)位因子分為3類⑴插入序列（IS）：最小的Te，僅含與轉(zhuǎn)位相關(guān)的基因，兩端為反向重復(fù)序列。⑵轉(zhuǎn)座子（Tn）：

含轉(zhuǎn)位相關(guān)基因及耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因等其他結(jié)構(gòu)基因。--Tn可引起插入失活，也可帶入耐藥基因，導(dǎo)致耐藥性的播散。（3）轉(zhuǎn)座噬菌體：IS

IS

ResistanceGene(s)

IS

IS

ResistanceGene(s)

當(dāng)前27頁，總共82頁。1、插入序列：不攜帶任何已知信息，往往在插入后與插入點附近的序列共同起作用。2、轉(zhuǎn)座子：除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、毒力基因及其他結(jié)構(gòu)基因等。轉(zhuǎn)座子攜帶的耐藥性基因在細(xì)菌的染色體和質(zhì)粒之間或質(zhì)粒和質(zhì)粒之間轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致耐藥性基因的播散是自然界中細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生的重要原因之一。3、轉(zhuǎn)座噬菌體：是具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體。當(dāng)前噬菌體整合到細(xì)菌染色體上，便能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀。當(dāng)前噬菌體從細(xì)菌染色體上脫離時，可帶走鄰近的細(xì)菌DNA片段，因而在細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程中還可起載體作用。當(dāng)前28頁，總共82頁。四、噬菌體概念：能感染細(xì)菌、真菌、放線菌、螺旋體等微生物的病毒。（一）生物學(xué)性狀分布：廣泛，個體微小，需用電子顯微鏡觀察，基本形態(tài)：蝌蚪形、微球形、線形。蝌蚪形多?；瘜W(xué)組成：核酸和蛋白質(zhì)。特性：具有嚴(yán)格的宿主特異性。依此可對細(xì)菌鑒定與分型。抵抗力：比一般細(xì)菌繁殖體強。一般在70℃30分鐘仍不失去活性。在低溫下能長期存活。當(dāng)前29頁，總共82頁。當(dāng)前30頁，總共82頁。當(dāng)前31頁，總共82頁。當(dāng)前32頁，總共82頁。當(dāng)前33頁，總共82頁。（二）噬菌體與宿主菌的相互關(guān)系

噬菌體感染細(xì)菌有兩種結(jié)果裂解細(xì)菌，完成溶菌周期－－毒性噬菌體細(xì)菌不裂解，建立一種溶原狀態(tài)－－溫和噬菌體當(dāng)前34頁，總共82頁。1、毒性噬菌體：能在敏感細(xì)菌中增殖并引起細(xì)菌裂解的噬菌體。溶菌周期（復(fù)制周期）：吸附、穿入、生物合成、裝配、成熟釋放。約需15-25分鐘當(dāng)前35頁，總共82頁。當(dāng)前36頁，總共82頁。當(dāng)前37頁，總共82頁。當(dāng)前38頁，總共82頁。當(dāng)前39頁，總共82頁。當(dāng)前40頁，總共82頁。當(dāng)前41頁，總共82頁。2、溫和噬菌體：感染敏感細(xì)菌后不增殖，不引起宿主菌裂解，而是噬菌體的基因整合于細(xì)菌染色體中的噬菌體。此過程稱為溶原周期。前噬菌體：整合在細(xì)菌染色體中的噬菌體的基因。溶原性細(xì)菌：帶有前噬菌體的細(xì)菌。當(dāng)前42頁，總共82頁。溶原性細(xì)菌的特征：①能正常分裂，并將前噬菌體傳給子代；②前噬菌體可編碼阻遏蛋白抑制后進入的毒性噬菌體進行生物合成；③整合的前噬菌體給細(xì)菌帶來新的性狀；④前噬菌體可偶爾自發(fā)地或某些理化和生物因素的誘導(dǎo)下，脫離宿主菌染色體進入溶菌周期，導(dǎo)致細(xì)菌裂解。當(dāng)前43頁，總共82頁。當(dāng)前44頁，總共82頁。當(dāng)前45頁，總共82頁。當(dāng)前46頁，總共82頁。當(dāng)前47頁，總共82頁。當(dāng)前48頁，總共82頁。當(dāng)前49頁，總共82頁。第三節(jié)細(xì)菌變異的發(fā)生機制主要通過基因突變、基因轉(zhuǎn)移與重組當(dāng)前50頁，總共82頁。一、基因突變突變：概念：指細(xì)菌的遺傳基因發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變→性狀的遺傳性變異。類型：基因突變（點突變、小突變）：基因中一個或幾個堿基對改變，極少數(shù)細(xì)菌發(fā)生少數(shù)性狀變異。染色體畸變（大突變）：指大段DNA發(fā)生改變，常導(dǎo)致細(xì)菌死亡。細(xì)菌基因突變包括堿基轉(zhuǎn)換、插入、缺失及轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)位等。當(dāng)前51頁，總共82頁。突變率：自然突變率（10-6-10-9）極低，如果用高溫、紫外線、X射線等理化因素誘導(dǎo)細(xì)菌突變，可使突變率提高10-1000倍。當(dāng)前52頁，總共82頁。二、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組基因轉(zhuǎn)移外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程稱為基因轉(zhuǎn)移。重組轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。外源性遺傳物質(zhì)包括細(xì)菌染色體DNA片段、質(zhì)粒DNA及噬菌體基因等?；蜣D(zhuǎn)移和重組的方式：

轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、原生質(zhì)融合當(dāng)前53頁，總共82頁。（一）轉(zhuǎn)化概念：受體菌直接從周圍環(huán)境中攝取供體菌裂解游離的DNA片段，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的過程。證實：轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在肺炎鏈球菌、葡萄球菌和流感嗜血桿菌等中被證實。當(dāng)前54頁，總共82頁。Ⅱ-無莢膜當(dāng)前55頁，總共82頁。（二）接合概念：是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，供體菌將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）轉(zhuǎn)移給受體菌，使受體菌獲得供體菌的遺傳性狀。接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒包括：F質(zhì)粒

R質(zhì)粒Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒。當(dāng)前56頁，總共82頁。1、F質(zhì)粒接合：當(dāng)前57頁，總共82頁。當(dāng)前58頁，總共82頁。2、R質(zhì)粒接合R質(zhì)粒包括兩部分耐藥傳遞因子（,RTF）功能：與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛和接合轉(zhuǎn)移耐藥決定子（r-dir）功能：編碼對抗菌藥物的耐藥性當(dāng)前59頁，總共82頁。RTFr決定子ISTn9Tn4Tn5R質(zhì)粒結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前60頁，總共82頁。這兩部分可以單獨存在，也可以結(jié)合在一起成為復(fù)合物，但必須兩部分結(jié)合在一起時，才能將耐藥性轉(zhuǎn)移給其他細(xì)菌。細(xì)菌攜帶的多重耐藥性質(zhì)粒也可通過性菌毛轉(zhuǎn)移給其他細(xì)菌，從而導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的擴散，這也是近年來耐藥菌株日益增多的一個重要原因。當(dāng)前61頁，總共82頁。（三）、轉(zhuǎn)導(dǎo)概念：

以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移入受體菌，使受體菌獲得新的性狀。

根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因片斷范圍，分為：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）當(dāng)前62頁，總共82頁。1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

（generalizedtransduction）概念：通過噬菌體將供體菌任意DNA片段轉(zhuǎn)移至受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。當(dāng)前63頁，總共82頁。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程前噬菌體從溶原菌染色體上脫離進行增殖，噬菌體大量復(fù)制其子代DNA，合成子代噬菌體結(jié)構(gòu)蛋白，同時編碼產(chǎn)生核酸酶。核酸酶對宿主菌染色體進行切割，產(chǎn)生許多大小不一的DNA片段。噬菌體組裝時，發(fā)生錯誤（105～107），誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的外殼蛋白，感染受體菌將供體菌DNA帶入。因為錯誤是隨機的，被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分，故稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)前64頁，總共82頁。當(dāng)前65頁，總共82頁。當(dāng)前66頁，總共82頁。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)果：攜帶供體菌基因的噬菌體感染受體菌時，將供體菌基因注入受體菌，結(jié)果分為：完全轉(zhuǎn)導(dǎo)（completetransduction）進入的DNA片段與受體菌的染色體整合重組，并隨染色體而傳代，稱完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）進入的DNA片段游離在胞質(zhì)中,既不能與受體菌染色體整合，也不能自身復(fù)制，稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)前67頁，總共82頁。當(dāng)前68頁，總共82頁。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)概念：前噬菌體從宿主菌染色體上脫落時發(fā)生偏差，將前噬菌體兩側(cè)的宿主染色體基因轉(zhuǎn)移給受體菌，使受體菌的遺傳性狀發(fā)生改變的過程。能進行局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的多是溫和噬菌體：如λ噬菌體進入大腸埃希菌K12。當(dāng)前69頁，總共82頁。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：溫和噬菌體在終止溶原狀態(tài)脫離宿主菌時，發(fā)生偏差脫離，連同相鄰的一段細(xì)菌染色體基因包進噬菌體衣殼內(nèi)，再感染其他菌時，將原宿主菌的基因轉(zhuǎn)移給新宿主菌，使受體菌獲得供體菌的某種遺傳性狀。由于這種轉(zhuǎn)導(dǎo)只限于供體菌DNA上個別的特定基因，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)前70頁，總共82頁。當(dāng)前71頁，總共82頁。當(dāng)前72頁，總共82頁。當(dāng)前73頁，總共82頁。（四）、溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)概念：當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時，噬菌體作為供體，宿主菌染色體中整合了噬菌體的DNA片段，并獲得新的遺傳性狀稱為溶原性轉(zhuǎn)換。當(dāng)前74頁，總共82頁。溶原性轉(zhuǎn)換：某些溫和噬菌體感染敏感菌后，其基因可整合于宿主菌染色體中，此狀態(tài)下的細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌。溶原性轉(zhuǎn)換：溶原性細(xì)菌因DNA結(jié)構(gòu)改變而獲得噬菌體賦予的新性狀。白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂弧菌當(dāng)前75頁，總共82頁。當(dāng)前76頁，總共82頁。第四節(jié)細(xì)菌的遺傳變異在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)