微生物學課件4細菌遺傳和變異

第四節(jié)細菌的遺傳和變異遺傳(heredity)：使細菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其菌種得以保存。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性狀出現(xiàn)的差異。細菌變異的概念細菌在繁衍過程中出現(xiàn)的子代與親代間的性

狀差異。可分為基因型變異(genotypicvariation)與表型變異(phenotypic

variation)。細菌基因型變異與表型變異的區(qū)別特點基因型變異表型變異基因結構改變有無可逆性極少常見穩(wěn)定性強弱出現(xiàn)頻率低高細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)、結構變異毒力變異耐藥性變異菌落變異有莢膜的肺炎球菌 無莢膜的肺炎球菌細菌形態(tài)結構變異形態(tài)結構變異L型變異正常形態(tài)細菌青霉素、溶菌酶L型變異抗體或補體(部分或完全失去胞壁)H-O變異：細菌失去特殊結構變異變形桿菌（0.1%石碳酸）鞭毛形態(tài)結構變異毒力變異增強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)耐藥性變異細菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。有些細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S粗糙型菌落R原因：失去LPS的特異多糖細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì)質(zhì)粒 噬菌體和轉位因子（一）染色體（chromosome）一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈，按一定構型反復回旋形成松散的網(wǎng)狀結構；缺乏組蛋白，無核膜包裹；約含有5000個基因；雙向復制，全過程約20min。（二）質(zhì)粒（plasmid）細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，能自行復制，隨細菌分裂轉移到子代細胞，并非細菌生長所必需。特征自我復制能力編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征可自行丟失與消除轉移性相容性和不相容性幾種重要的質(zhì)粒致育質(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；結構簡單（蛋白質(zhì)和核酸）；只能在微生物細胞內(nèi)復制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體一：生物學性狀形態(tài)蝌蚪形、微球形和絲形化學組成蛋白質(zhì)與核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌體結構頭部：蛋白質(zhì)衣殼；內(nèi)含DNA/RNA頭部尾鞘尾部尾絲尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細胞表面特殊受體部位。三：噬菌體的種類毒性噬菌體（virulent

phage）能在宿主菌細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperate

phage）/溶原性噬菌體（lysogenic

phage）噬菌體基因與宿主菌基因組整合，噬菌體基因隨細菌DNA復制而復制，并隨細菌的分裂而分配至子代細菌基因組中，細菌并不裂解。毒性噬菌體復制周期吸附穿入生物合成

成熟與釋放溫和噬菌體溶原性周期誘導前噬菌體（prophage）溶原性細菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：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）五：噬菌體的應用細菌的鑒定與分型噬菌體與宿主菌的關系有高度特異性，可用于未知細菌的鑒定和分型。如應用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有

Vi抗原的傷寒沙門菌分成96個噬菌體型。分子生物學研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結構比細菌和高等細胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體。細菌感染的診斷與治療應用噬菌體效價增長試驗可檢測標本中的相應細菌。在懷疑有某種細菌存在的標本中，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，如應用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。概念：噬菌體（bacteriophage，phage）是感染細菌、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；結構簡單（蛋白質(zhì)和核酸）；只能在微生物細胞內(nèi)復制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體一：生物學性狀形態(tài)蝌蚪形、微球形和絲形化學組成蛋白質(zhì)與核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌體結構頭部：蛋白質(zhì)衣殼；內(nèi)含DNA/RNA頭部尾鞘尾部尾絲尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細胞表面特殊受體部位。三：噬菌體的種類毒性噬菌體（virulent

phage）能在宿主菌細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperate

phage）/溶原性噬菌體（lysogenic

phage）噬菌體基因與宿主菌基因組整合，噬菌體基因隨細菌DNA復制而復制，并隨細菌的分裂而分配至子代細菌基因組中，細菌并不裂解。毒性噬菌體復制周期吸附穿入生物合成

成熟與釋放溫和噬菌體溶原性周期誘導前噬菌體（prophage）溶原性細菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：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）五：噬菌體的應用細菌的鑒定與分型噬菌體與宿主菌的關系有高度特異性，可用于未知細菌的鑒定和分型。如應用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有

Vi抗原的傷寒沙門菌分成96個噬菌體型。分子生物學研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結構比細菌和高等細胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體。細菌感染的診斷與治療應用噬菌體效價增長試驗可檢測標本中的相應細菌。在懷疑有某種細菌存在的標本中，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，如應用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。噬菌體的應用細菌的鑒定與分型噬菌體與宿主菌的關系有高度特異性，可用于未知細菌的鑒定和分型。如應用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有

Vi抗原的傷寒沙門菌分成96個噬菌體型。分子生物學研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結構比細菌和高等細胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體。細菌感染的診斷與治療應用噬菌體效價增長試驗可檢測標本中的相應細菌。在懷疑有某種細菌存在的標本中，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，如應用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。（四）轉位因子是存在于細菌染色體或質(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（失活）③直接插入一段新序列，造成基因的轉移和重組插入序列（insertion

sequence,

IS）–是最小的轉位因子，＜2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關的基因區(qū)域轉座子（transposon,Tn）＞2kb，除攜帶與轉位有關的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結構基因?？赡芘c細菌的多重耐藥性有關。ISISResistance

Gene(s)Tn轉座噬菌體或前噬菌體–是一些具有轉座功能的溶原性噬菌體，當整合到細菌染色體上，能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W性狀。細菌的變異機制基因的突變基因的轉移和重組突變(mutation)：是細菌遺傳物質(zhì)的結構發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導致細菌性狀的遺傳性變異。發(fā)生（一）.突變自發(fā)突變（spontaneous

mutation)突變率低10-10——10-6誘發(fā)突變（induced

mutation)提高10-6——10-4野生株（wild

strain)沒有發(fā)生突變的菌細胞表現(xiàn)型突變株（mutant

strain)突變后的菌細胞突變的類型點突變（point

mutation）只有一個堿基對的變化（置換、插入、缺失）多點突變（multiple

mutation）兩個以上堿基對的變化（較大范圍的染色體重排、倒位、重復、缺失等）誘變劑是能顯著提高突變率的各種理化因素（UV、高溫、輻射及化學誘變劑）基因突變規(guī)律隨機性，不定向；稀少性具有相對穩(wěn)定性；可發(fā)生回復突變（二）基因的轉移和重組基因轉移（gene

transfer）外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉入某受體菌細胞的過程稱為基因轉移。重組（

recombination）轉移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細菌的基因轉移和重組可通過轉化、接合、轉導、溶原性轉換和原生質(zhì)體融合等方式進行。轉化（transformation）供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，整合入基因組中，使受體菌獲得新的性狀。感受態(tài)（competence）一般只有當受體菌處于一種特殊的生理狀態(tài)時，才能具備從外界攝取大分子外源DNA

片段并進行整合的能力。轉化試驗ABCD接合（conjugation）細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）從供體菌轉移給受體菌。接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉移的質(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+轉導（transduction）以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段

DNA轉移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。普遍性轉導（generalized

transduction）局限性轉導（restricted

transduction）普遍性轉導generalized

transduction前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復制，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉導噬菌體。轉導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。供體菌受體菌轉導噬菌體細菌DNA噬菌體DNA結果完全轉導流產(chǎn)轉導整合未整合局限性轉導restricted

transduction或稱特異性轉導，所轉導的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時，噬菌體DNA整合在細菌染色體特定部位，當噬菌體從溶源菌基因組上脫離時，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細菌染色體上，而帶走了細菌DNA上兩側的基因。當其轉導并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉導的只限于供體菌上個別的基因。普遍性轉導與局限性轉導的區(qū)別區(qū)別要點轉導的遺傳物質(zhì)轉導的后果普遍性轉導供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒完全轉導或流產(chǎn)轉導局限性轉導噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位受體菌獲得供體菌

DNA特定部位的遺傳特性轉導頻率受體菌的10-7轉導頻率較普遍轉導增加1000倍(10-4)溶原性轉換（

lysogenic

conversion）當噬菌體感染細菌時，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移方式transformation供體菌直接攝取conjugation供體菌性菌毛transduction供體菌噬菌體為載體lysogenic

conversion噬菌體整合細菌遺傳變異的實際意義在疾病的診斷、治療與預防中的應用在測定致癌物質(zhì)中的應用在流行病學中的應用在基因工程中的應用在疾病的診斷、治療與預防中的應用形態(tài)、結構、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的變異，使得診斷復雜化耐藥菌株日益增多，預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)中的應用凡能誘導細菌發(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-）

（