4細(xì)菌的遺傳和變異

細(xì)菌的遺傳和變異遺傳(heredity)：使細(xì)菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其種屬得以保存。變異(variation)：在一定條件下，子代與親代之間以及子代與子代之間的生物學(xué)性狀出現(xiàn)的差異。遺傳性變異（基因型變異）：是基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，特點是不可逆的，產(chǎn)生的新的性狀可穩(wěn)定的遺傳給后代。非遺傳性變異（表型變異）：是影響因素去除后，變異的性狀又可復(fù)原，不可遺傳。遺傳性變異非遺傳性變異基因改變+-遺傳+-可逆性-+外界環(huán)境-+變異幅度個別細(xì)胞群體細(xì)菌的變異現(xiàn)象形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異毒力變異耐藥性變異菌落變異形態(tài)結(jié)構(gòu)變異形態(tài)改變

3-6%食鹽

鼠疫耶氏菌多形態(tài)性

陳舊培基物

L型變異

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)特殊結(jié)構(gòu)的變異

42-43℃

炭疽桿菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

變形桿菌0.1%石炭酸

遷徙生長（H）點狀生長、單個菌落（O）鞭毛變異毒力變異增強(qiáng)

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌

獲得白喉毒素減弱

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛分枝桿菌卡介苗

13年(230代)

耐藥性變異

細(xì)菌對某種抗菌藥物有敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。金黃色葡萄球菌1946年對青霉素的耐藥率14%，目前超過80%有些細(xì)菌還同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。含鏈霉素培基

痢疾桿菌依鏈株

長期培養(yǎng)

菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特異多糖細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì)

質(zhì)粒噬菌體轉(zhuǎn)位因子細(xì)菌的遺傳物質(zhì)是DNA（一）染色體（chromosome）一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈，按一定構(gòu)型反復(fù)回旋形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；附著在橫隔中介體上或細(xì)胞膜上；缺乏組蛋白，無核膜包裹；約含有4000-5000個基因；雙向復(fù)制，全過程約20min。（二）質(zhì)粒（plasmid）細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳性息，能自行復(fù)制，隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細(xì)胞，并非細(xì)菌生長所必需。特征自我復(fù)制能力編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征可自行丟失與人工消除轉(zhuǎn)移性（接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)）相容性和不相容性幾種重要的質(zhì)粒（編碼的生物學(xué)性狀）致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒）毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）細(xì)菌素質(zhì)粒（COL質(zhì)粒）代謝質(zhì)粒概念：噬菌體（bacteriophage，phage）

是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。特征：1.

個體微小，可通過濾菌器；

2.

沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；

3.

專性細(xì)胞內(nèi)寄生，復(fù)制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體生物學(xué)特性形態(tài)與結(jié)構(gòu)蝌蚪形、微球形和絲形化學(xué)組成蛋白質(zhì)與核酸抗原性抵抗力頭部：內(nèi)含DNA/RNA

尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細(xì)胞表面特殊受體部位。頭部尾部尾鞘收縮尾絲與受體菌表面結(jié)合特異性特異性特異性！噬菌體的種類及與細(xì)菌的關(guān)系毒性噬菌體（virulentphage）能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperatephage）/溶原性噬菌體（lysogenicphage）噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細(xì)菌DNA復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而傳代毒性噬菌體復(fù)制周期吸附穿入生物合成成熟與釋放噬菌現(xiàn)象液體培養(yǎng)基混濁澄清固體培養(yǎng)基中，出現(xiàn)噬斑（plaque）一定體積內(nèi)的噬斑形成單位數(shù)目（pfu）溫和噬菌體前噬菌體（prophage）溶原性細(xì)菌（lysogenicbacterium）溶原性（lysogeny）溶原性周期和溶菌性周期溶原性轉(zhuǎn)換prophage:整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組溶原性細(xì)菌噬菌體的應(yīng)用細(xì)菌的鑒定與分型噬菌體與宿主菌的關(guān)系有高度特異性，可用于未知細(xì)菌的鑒定和分型。如應(yīng)用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有Vi抗原的傷寒沙門菌分成96個噬菌體型。分子生物學(xué)研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體。細(xì)菌感染的診斷與治療應(yīng)用噬菌體效價增長試驗可檢測標(biāo)本中的相應(yīng)細(xì)菌。在懷疑有某種細(xì)菌存在的標(biāo)本中，加入一定數(shù)量的已知噬菌體，37℃孵育6~8h，再測定該噬菌體的效價。輔助治療，如應(yīng)用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。（四）轉(zhuǎn)位因子

（transposableelement）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，不斷改變它們在基因組的位置，能從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一個基因組中。意義：①改變遺傳物質(zhì)的核苷酸序列②影響插入點附近基因的表達(dá)（失活）③直接插入一段新序列，造成基因的轉(zhuǎn)移和重組插入序列（insertionsequence,IS）是最小的轉(zhuǎn)位因子，＜2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）＞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?？赡芘c細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。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。IS

ISResistanceGene(s)Tn轉(zhuǎn)座子的特征轉(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）細(xì)菌的變異機(jī)制基因的突變基因的轉(zhuǎn)移和重組突變(mutation)：是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性變異。

發(fā)生表現(xiàn)型（一）.突變自發(fā)突變（spontaneousmutation)突變率低10-10——10-6誘發(fā)突變（inducedmutation)提高10-6——10-4野生株（wildstrain)沒有發(fā)生突變的菌細(xì)胞突變株（mutantstrain)突變后的菌細(xì)胞基因突變規(guī)律隨機(jī)發(fā)生，不定向；突變與選擇突變是隨機(jī)的、不定向的，外界環(huán)境不能決定突變，只能對突變進(jìn)行選擇。以耐藥突變體為例實驗：影印試驗說明：耐藥突變株在接觸藥物之前出現(xiàn)，藥物的作用是選擇耐藥株，淘汰敏感株結(jié)論：細(xì)菌基因突變產(chǎn)生耐藥性，與抗生素的使用無關(guān)具有相對穩(wěn)定性；可發(fā)生回復(fù)突變突變與選擇證明實驗

影印培養(yǎng)replicaplating(Lederberg1952)無抗生素平板

含抗生素平板標(biāo)記點2耐藥菌株

影印用無菌絲絨布影印后絲絨布上對應(yīng)菌落1

含抗生素培養(yǎng)管

（細(xì)菌生長混濁）3

含抗生素培養(yǎng)管（細(xì)菌不生長澄清）3（二）基因的轉(zhuǎn)移和重組基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞的過程稱為基因轉(zhuǎn)移。重組（recombination）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。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進(jìn)行。轉(zhuǎn)化（transformation）供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)化試驗轉(zhuǎn)化因子（transformingprinciple）在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個基因。感受態(tài)（competence）接合（conjugation）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DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。

接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F+F+Hfr高頻重組菌（highfrequencyrecombination）Hfr：少數(shù)F質(zhì)粒可整合至受體菌染色體上，與染色體一起復(fù)制，這種與F質(zhì)粒重組的細(xì)菌稱為Hfr。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-F’質(zhì)粒高頻重組菌中的F質(zhì)粒有時從染色體上脫離下來，帶有染色體上鄰近的基因，稱為F’質(zhì)粒。

F+菌，Hfr，F(xiàn)’菌都是雄性菌。F’F’F’F’F’F-F’F-R質(zhì)粒的接合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。與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒從一個細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)菌中。R質(zhì)粒耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合轉(zhuǎn)移耐藥（r）決定子轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

generalizedtransduction

前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進(jìn)行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復(fù)制，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。供體菌受體菌轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)菌DNA噬菌體DNA結(jié)果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)未整合整合局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restrictedtransduction或稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)，所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個別的基因。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率受體菌的10-7轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)增加1000倍(10-4)溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時而致細(xì)菌獲得新的性狀。白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂弧菌基因來源轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取接合供體菌性菌毛轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌噬菌體為載體溶原性轉(zhuǎn)換噬菌體整合原生質(zhì)體融合

protoplastfusion概念：將二種經(jīng)處理后失去細(xì)胞壁的細(xì)菌（稱為原生質(zhì)體）進(jìn)行融合，獲得的新的細(xì)菌個體。原生質(zhì)體融合是一種有價值的實驗手段。

G+菌形成原生質(zhì)體后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使兩種不同的細(xì)菌細(xì)胞發(fā)生融合的過程。融合后形成雙倍體細(xì)胞，可短期生存，染色體重組，獲得多種不同表型的重組融合體。人為實驗基因轉(zhuǎn)移與重組。細(xì)菌遺傳變異的實際意義在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用在測定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用在流行病學(xué)中的應(yīng)用在基因工程中的應(yīng)用在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用

形態(tài)、結(jié)構(gòu)、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的變異，使得診斷復(fù)雜化耐藥菌株日益增多，預(yù)防耐藥性藥敏實驗早期足量要有一定療程,聯(lián)合用藥不要濫用減毒菌株和無毒株可制備成疫苗在測定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用凡能誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生突變的物質(zhì)都有可能是致癌物質(zhì)。Ames實驗傷寒沙門菌（his-）（his+）誘變劑在流行病學(xué)中的應(yīng)用分子生物學(xué)分析方法已被用于流行病學(xué)調(diào)查質(zhì)粒指紋圖（PFP）研究流行菌株的同源性，檢測對噬菌體的敏感性和溶原性，對細(xì)菌素的敏感性在基因工程中的應(yīng)用基因工程是根據(jù)遺傳變異中細(xì)菌可因基因轉(zhuǎn)移和重組而獲得新性狀的原理設(shè)計的切取目的基因→連接到載體上→轉(zhuǎn)移到工程菌內(nèi)，大量表達(dá)目的基因產(chǎn)物目前已大量生產(chǎn)胰島素、干擾素、多種生長激素、rIL-2等細(xì)胞因子和乙肝疫苗等生物制品復(fù)習(xí)思考題：1.試述質(zhì)粒DNA的特征？2.試比較普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？3.試述細(xì)菌遺傳變異的機(jī)制？4.試解釋變異、轉(zhuǎn)位因子、基因轉(zhuǎn)移、接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換概念。5.

細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6.毒性噬菌體的增殖周期及其噬菌現(xiàn)象和溫和噬菌體的溶原性及溶菌性周期，溶原性轉(zhuǎn)換。產(chǎn)后抑郁癥的自我識別O生理癥狀O認(rèn)知癥狀O情緒癥狀三個方面認(rèn)識產(chǎn)后抑郁診斷時間點兩周持續(xù)兩周以上基本可以確診早甄別早疏導(dǎo)早康復(fù)生理癥狀1O失眠會誘發(fā)系列生理及心理反應(yīng)我就是睡不著覺連續(xù)多晚無法入眠感覺疲憊想睡卻無法入睡昏沉、嗜睡生理癥狀二O過于緊張不安、停不下來也很可疑精力上的改變突然改變節(jié)奏和角色，感覺疲憊是正常的持續(xù)感覺疲憊、無所適從、無法照顧孩子就是抑郁癥生理癥狀三O產(chǎn)前、產(chǎn)后的心理變化很微妙胃口的改變，體重降低/