细菌的遗传变异 (4).ppt

关于细菌的遗传变异(4)现在学习的是第1页，共63页 遗遗 传（传（heredityheredity）变变 异（异（variationvariation）基因型变异基因型变异 表表型变异型变异 遗传与变异是所有生物的共同生命特征遗传与变异是所有生物的共同生命特征 子代与亲代生物学性状基本相子代与亲代生物学性状基本相同同,且代代相传且代代相传子代与亲代子代与亲代,子代与子代的生物学子代与子代的生物学性状出现差异性状出现差异 现在学习的是第2页，共63页基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较基因型变异基因型变异表型变异表型变异基因结构基因结构 变化变化 未变未变可逆性可逆性 不或极少不或极少 可逆可逆稳定性稳定性 稳定稳定 不稳定不稳定环境影响环境影响涉及细菌数涉及细菌数不受影响不受影响 受影响受影响 个别个别 全体全体现在学习的是第3页，共63页 第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象1.1.形态结构变异形态结构变异 细菌细菌L L型变异型变异:荚膜变异荚膜变异(capsule):(capsule):肺炎链球菌肺炎链球菌 特殊结构变异特殊结构变异 芽胞变异芽胞变异(spore):(spore):炭疽杆菌炭疽杆菌 鞭毛变异鞭毛变异(flagellum):(flagellum):H-O H-O变异变异-失去鞭毛的变异失去鞭毛的变异 现在学习的是第4页，共63页2.2.毒力变异：毒力变异：(Virulence)毒力毒力 ：BCGBCG（卡介苗）（卡介苗）胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌牛分枝杆菌卡介苗卡介苗13年年(230代代)毒力毒力：白喉杆菌溶原化：白喉杆菌溶原化现在学习的是第5页，共63页3.3.耐药性变异耐药性变异:(Drug-resistance)细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的年的14%上升至目前的上升至目前的90%。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。多重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养现在学习的是第6页，共63页4.4.菌落变异：菌落变异：(Colony)特点：特点：S-RS-R变异常伴变异常伴有其他性状的变异有其他性状的变异（毒力，（毒力，抗原性等抗原性等）而造成而造成全面的变异全面的变异菌落由光滑（菌落由光滑（S S）型变为粗糙（）型变为粗糙（R R）型）型 如肠道杆菌如肠道杆菌 S-RS-R变异变异失去失去LPS的特异多糖的特异多糖现在学习的是第7页，共63页细菌染色体细菌染色体 (chromosome)(chromosome)染色体外的遗传物质：染色体外的遗传物质：（一）质粒（一）质粒 (plasmid)(plasmid)（二）噬菌体（二）噬菌体（phage phage）（三）转座因子（三）转座因子 (transposable element)(transposable element)第二节第二节细菌的遗传物质细菌的遗传物质现在学习的是第8页，共63页现在学习的是第9页，共63页 致病岛致病岛（pathogenicityisland,PAI）在病原菌的基因组内，存在着一组与毒力相关在病原菌的基因组内，存在着一组与毒力相关的的DNADNA序列。表达产物包括粘附素、毒素等。序列。表达产物包括粘附素、毒素等。现在学习的是第10页，共63页（一）质粒（一）质粒（plasmid）1.1.本质：本质：能自主复制的能自主复制的染色体染色体外遗传物质外遗传物质，为环状闭合的，为环状闭合的双链双链DNADNA。染色体外的遗传物质染色体外的遗传物质现在学习的是第11页，共63页2.2.质粒质粒DNADNA基本特性：基本特性：A.A.可自我复制可自我复制；是一个复制子；是一个复制子 B.B.质粒质粒DNADNA编码的基因产物能赋予细菌编码的基因产物能赋予细菌 些性状特征些性状特征：致育性、耐药性、致病性等：致育性、耐药性、致病性等 C.C.质粒可自然丢失与消除质粒可自然丢失与消除 自然丢失率自然丢失率1010-2-21010-8-8；可用高温、紫外线等除去；可用高温、紫外线等除去现在学习的是第12页，共63页D.D.质粒质粒 具有转移性具有转移性：接合性质粒接合性质粒 通过性菌毛进行基因传递通过性菌毛进行基因传递 非接合性质粒非接合性质粒经接合性质粒诱动经接合性质粒诱动 或经载或经载 体体(噬菌体噬菌体)进行基因传递进行基因传递E.E.质粒具有相容性和不相容性质粒具有相容性和不相容性现在学习的是第13页，共63页3.3.分类：分类：根据根据质粒基因编码的生物学性状质粒基因编码的生物学性状 致育质粒致育质粒/F(fertility)/F(fertility)质粒质粒 编码性菌毛编码性菌毛 耐药性质粒耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或编码细菌对抗菌药物或 重金属盐类的耐药性重金属盐类的耐药性 毒力质粒毒力质粒/Vi(virulence)质粒质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子编码与该菌致病性有关的毒力因子 现在学习的是第14页，共63页（二）噬菌体（二）噬菌体（phage）Definition：噬噬菌菌体体是是感感染染细细菌菌、真真菌菌、放线菌或螺旋体等微生物的放线菌或螺旋体等微生物的病毒病毒；Characteristics：个体微小，可以通过细菌滤器；个体微小，可以通过细菌滤器；无细胞结构，主要无细胞结构，主要由由衣壳衣壳（蛋白蛋白 质质）和核酸组成；和核酸组成；核酸单一核酸单一寄生特异寄生特异现在学习的是第15页，共63页1.1.形态与结构形态与结构 噬菌体有三种基噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、本形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形。微球形和细杆形。大多数噬菌体呈蝌大多数噬菌体呈蝌蚪形。蚪形。现在学习的是第16页，共63页结构结构：由由头部和尾部组成头部和尾部组成；现在学习的是第17页，共63页化学组成化学组成：蛋白质与核酸蛋白质与核酸；核酸类型核酸类型：为为DNA或或RNA，大多数，大多数DNA噬菌体的噬菌体的DNA为线状双链为线状双链；噬菌体具有噬菌体具有抗原性抗原性；抵抗力抵抗力：比一般细菌繁殖体强。比一般细菌繁殖体强。现在学习的是第18页，共63页现在学习的是第19页，共63页毒性噬菌体的复制周期毒性噬菌体的复制周期 毒毒性性噬噬菌菌体体 （Virulentphages）在在宿宿主主菌菌内内的的增增殖殖过过程程（复复制制周周期期或或溶溶菌菌周周期期）包包括括吸吸附附穿穿入入、生生物物合合成成、成成熟熟释释放放等等三三个个阶段。阶段。毒性噬菌体毒性噬菌体现在学习的是第20页，共63页现在学习的是第21页，共63页毒性噬菌体的溶菌周期毒性噬菌体的溶菌周期（Lyticlifecycle）吸附穿入生物合成 成熟释放现在学习的是第22页，共63页 溶原性噬菌体溶原性噬菌体(Lysogenic phage)(Lysogenic phage)：感染宿主菌后不增殖，不产生子代感染宿主菌后不增殖，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解，其基因整噬菌体，也不引起细菌裂解，其基因整合于细菌基因组中，随细菌的基因组复合于细菌基因组中，随细菌的基因组复制而复制的噬菌体。制而复制的噬菌体。温和温和/溶原性溶原性噬菌体噬菌体现在学习的是第23页，共63页前噬菌体前噬菌体(prophage):整合在细菌染色体上的噬整合在细菌染色体上的噬 菌体基因菌体基因.溶原性细菌溶原性细菌(lysogenicbacteria):带有前噬菌体的带有前噬菌体的 细菌细菌.溶溶原原性性（Lysogeny）：温温和和噬噬菌菌体体具具有有的的这这种种产产生生成成熟熟子子代代噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。温和噬菌体温和噬菌体现在学习的是第24页，共63页 温温和和噬噬菌菌体体有有溶溶原原性性周周期期和和溶溶菌菌性性周周期期，而而毒毒性性噬菌体只有一个溶菌性周期。噬菌体只有一个溶菌性周期。温和噬菌体温和噬菌体现在学习的是第25页，共63页现在学习的是第26页，共63页 溶原性转换：溶原性转换：某某些些前前噬噬菌菌体体可可导导致致细细菌菌基基因因型型和和性性状状发发生生改改变变。例例如如白白喉喉棒棒状状杆杆菌菌产产生生白白喉喉毒毒素素的机理的机理 温和噬菌体温和噬菌体现在学习的是第27页，共63页溶溶原原性细菌性细菌的特点：的特点：1.1.可正常繁殖，但其子代含前噬菌体；可正常繁殖，但其子代含前噬菌体；2.2.对相应噬菌体具有免疫性；对相应噬菌体具有免疫性；3.3.可产生溶原性转换（可产生溶原性转换（噬菌体本身的基因噬菌体本身的基因 转给宿主菌的转递方式转给宿主菌的转递方式）；4.4.其溶原状态可自发或诱导终止；其溶原状态可自发或诱导终止；现在学习的是第28页，共63页（三）转座因子（三）转座因子1.1.本质：本质：2.2.2.2.转移方式：转移方式：通过通过自身编码自身编码产生的产生的转座酶转座酶导致导致 其转移或移位其转移或移位现在学习的是第29页，共63页3.种类：插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）是最小的转位因子，是最小的转位因子，2kb 重复重复序列序列TransposaseGene重复重复序列序列转座子（转座子（transposon,Tn）2kb，除携带转座基因外，还携带与转座无关的耐药性基因、，除携带转座基因外，还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。ISISResistanceGene(s)复合转座子复合转座子复杂转座子复杂转座子现在学习的是第30页，共63页现在学习的是第31页，共63页常见的插入序列和转座子常见的插入序列和转座子IS bp Tn 耐药或毒素基因耐药或毒素基因 IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素氨苄青霉素）IS2 1327 Tn6 Kan（卡那霉素卡那霉素）IS3 1300 Tn10 IS3 1300 Tn10 TetTet（四环素四环素四环素四环素）IS4 1426 Tn551 Em（红霉素红霉素）IS5 1195 Tn681 E.coli ET（肠毒素肠毒素）现在学习的是第32页，共63页第三节第三节细菌基因的转移和重组细菌基因的转移和重组转移：供菌提供转移：供菌提供DNA；受菌接受；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌重组：受菌获得供菌DNA类型类型 基因来源基因来源 转移方式转移方式 转化转化 供菌供菌 受菌摄入受菌摄入 接合接合 供菌供菌 通过性菌毛通过性菌毛转导转导 供菌供菌 噬菌体媒介噬菌体媒介 溶原性转换溶原性转换 噬菌体噬菌体 前噬菌体前噬菌体原生质体融合原生质体融合原生质体原生质体融合融合现在学习的是第33页，共63页一、转化（一、转化（transformation）受菌受菌直接摄取供体菌直接摄取供体菌DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取供菌死亡时释放或人工方法提取DNA例：溶菌时，裂解的例：溶菌时，裂解的DNADNA片段被另一细菌摄取。片段被另一细菌摄取。现在学习的是第34页，共63页小小鼠鼠体体内内肺肺炎炎链链球球菌菌转转化化试试验验死死亡亡死死亡亡现在学习的是第35页，共63页二、接合（二、接合（conjugation）通通过过性性菌菌毛毛将将供供菌菌DNA转转给给受受体体菌，受体菌获得供体菌性状菌，受体菌获得供体菌性状主要接合性质粒：主要接合性质粒：F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质粒、质粒、ViVi质粒质粒现在学习的是第36页，共63页大肠埃希菌与肠道杆菌接合大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）现在学习的是第37页，共63页存在形式：存在形式：F+F+菌菌-含游离的含游离的F F质粒质粒F F 菌菌-含带宿主菌基因的含带宿主菌基因的F F质粒质粒HfrHfr菌菌(high frequency recombinant)(high frequency recombinant)高频重组菌高频重组菌-F-F质粒整合于细菌染色体中质粒整合于细菌染色体中F质粒（质粒（fertilityfactor,致育因子）致育因子）现在学习的是第38页，共63页F F质质粒粒存存在在的的生生理理状状态态 现在学习的是第39页，共63页大大肠肠杆杆菌菌F F质质粒粒的的各各种种存存在在状状态态间间的的转转变变F F-菌菌F F+菌菌Hfr Hfr 菌菌FF菌菌-lac-lac与与 F+菌接合菌接合丢失丢失整整合合切切离离偏差切离偏差切离 丢丢失失整合整合与与FFFF菌接合菌接合现在学习的是第40页，共63页F F-作用：编码性菌毛作用：编码性菌毛转移：转移：F F质粒进入质粒进入F F菌，菌，1 1分钟完成分钟完成复制：复制：F F菌转为菌转为F F菌菌现在学习的是第41页，共63页Hfr转移细菌染色体过程转移细菌染色体过程1.1.两者结合两者结合2.DNA2.DNA一条链断开，染色体一条链断开，染色体DNADNA经性菌毛进入经性菌毛进入F F-菌菌3.3.接合作用可随时中断（自发接合作用可随时中断（自发或外界因素），受体菌一般仍或外界因素），受体菌一般仍是是F F-菌菌HfrF-现在学习的是第42页，共63页lHfr（高频重组菌株）：（高频重组菌株）：F质粒与染色体整合质粒与染色体整合 具有结合和转移功能具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，细菌染色体转移频率高，F质粒低质粒低 受体菌获得供体菌性状受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图用于绘制基因图现在学习的是第43页，共63页现在学习的是第44页，共63页FxF-F F菌转为菌转为F F菌，菌，F菌仍然为菌仍然为F菌。菌。现在学习的是第45页，共63页 R R质粒质粒 作用：决定细菌的耐药性作用：决定细菌的耐药性 结构：结构：1.RTF(resistancetransferfactor)耐药传递因子耐药传递因子-编码性菌毛，与复制、接合及转编码性菌毛，与复制、接合及转移有关移有关 2.Rdeterminant（r决定子）决定子）-编码对抗菌药物的耐药性编码对抗菌药物的耐药性 现在学习的是第46页，共63页结结合合游游离离耐药传递因子耐药传递因子（RTFRTF）r r决定子决定子IS ISr r决定子决定子存在存在 a.a.复合物形式：复合物形式：RTF-rRTF-r决定子决定子 b.b.游离形式：游离形式：两部分单独存在时无接合传递两部分单独存在时无接合传递R R质粒的功能质粒的功能耐药传递因子耐药传递因子现在学习的是第47页，共63页三、转导（三、转导（transduction）噬菌体媒介噬菌体媒介 将供菌将供菌DNA转给受菌转给受菌 分普遍性转导和局限性转导分普遍性转导和局限性转导现在学习的是第48页，共63页毒性噬菌体，温和噬菌体毒性噬菌体，温和噬菌体 包装错误：包装错误：任何部位细菌任何部位细菌DNADNA片段片段转导性噬菌体：转导性噬菌体：供体菌供体菌DNADNA误装入噬菌体误装入噬菌体受菌接受转导噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌供菌)DNA)DNA受菌获得供菌性状受菌获得供菌性状 普遍性转导普遍性转导（generalizedtransduction)现在学习的是第49页，共63页普遍性转导中外源普遍性转导中外源DNADNA的结果的结果1.1.完全转导：完全转导：供体菌的供体菌的DNADNA与受体菌染色体重组，随染与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代色体复制而随之传代2.2.流产转导流产转导(abortivetransduction):供体菌的供体菌的DNADNA与受体菌染色体不能进行重与受体菌染色体不能进行重组组,转导的片断不能自身复制，也不能传代转导的片断不能自身复制，也不能传代 现在学习的是第50页，共63页局限性转导局限性转导(restrictedtransduction)温和性噬菌体介导温和性噬菌体介导-前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差生偏差,将前噬菌体将前噬菌体两侧两侧的宿主染色体基因转移到的宿主染色体基因转移到受体菌受体菌,使受体菌遗传发生改变的过程使受体菌遗传发生改变的过程.现在学习的是第51页，共63页局限性转导机制局限性转导机制ub bi io o-生生物物素素基基因因ug ga al l-糖糖苷苷酶酶基基因因正常切离正常切离偏差切离偏差切离缺缺陷陷噬噬菌菌体体正正常常噬噬菌菌体体前噬菌体前噬菌体现在学习的是第52页，共63页 局限性转导与普遍性转导的主要区别局限性转导与普遍性转导的主要区别 普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导转导时间转导时间 温和噬菌体裂解期温和噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期温和噬菌体溶原期转导基因转导基因 供体菌染色体供体菌染色体DNADNA的的 噬菌体噬菌体DNADNA及供菌染色及供菌染色 任何部位或质粒任何部位或质粒 体体DNADNA的特定部位片断的特定部位片断转导频率转导频率 低低 高高转导结果转导结果 完全转导完全转导 获得供体菌获得供体菌DNADNA 流产转导流产转导 特定部位的遗传特性特定部位的遗传特性 现在学习的是第53页，共63页四、溶原性转换（四、溶原性转换（lysogenicconversion）温和温和噬菌体噬菌体DNA与菌染色体整合与菌染色体整合受菌获得新的性状受菌获得新的性状如白喉杆菌：如白喉杆菌：-噬菌体噬菌体-外毒素基因外毒素基因 不产毒白喉杆菌不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌现在学习的是第54页，共63页五、原生质体融合五、原生质体融合 (protoplastfusion)A A 细细菌菌B B 细细菌菌A A 原生质体原生质体B B 原生质体原生质体重重组组融融合合体体不不同同重重组组菌菌培培 养养聚聚乙乙二二醇醇青青霉霉素素等等现在学习的是第55页，共63页细菌基因转移与重组的几种方式比较细菌基因转移与重组的几种方式比较方式方式 基因来源基因来源 转移机制转移机制转化转化 供体菌供体菌 直接摄取直接摄取接合接合 雄性菌雄性菌 性菌毛沟通性菌毛沟通普遍转导普遍转导 供体菌供体菌 噬菌体介导噬菌体介导局限转导局限转导 溶原菌溶原菌 温和噬菌体介导温和噬菌体介导溶原转换溶原转换 温和噬菌体温和噬菌体 温和噬菌体感染温和噬菌体感染融合融合 原生质体原生质体 原生质体融合原生质体融合现在学习的是第56页，共63页1.1.疾病的诊断与防治疾病的诊断与防治诊断困难诊断困难 HO变变异：如伤寒沙门菌鞭毛异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR变异：消失荚膜或多糖变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变抗原性改变 毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变治疗困难：治疗困难：耐药耐药 预防：预防：BCG2.测定致癌物测定致癌物3.流行病学研究流行病学研究4.基因工程中的应用基因工程中的应用第四节第四节细菌遗传变异在医学中的意义细菌遗传变异在医学中的意义现在学习的是第57页，共63页 检测致癌物检测致癌物细菌突变的诱因往往是化学物质，这细菌突变的诱因往往是化学物质，这种致变物质一般均有致癌的可能性，因种致变物质一般均有致癌的可能性，因此采用细菌作为模型来进行可疑致癌物此采用细菌作为模型来进行可疑致癌物的筛选。的筛选。现在学习的是第58页，共63页AmesAmes试验过程试验过程:组组氨氨酸酸营营养养缺缺陷陷株株含组氨酸培养基含组氨酸培养基缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基含待测化学物含待测化学物接接 种种回复突变株回复突变株无待测化学物无待测化学物缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基现在学习的是第59页，共63页正常细胞正常细胞致癌物质致癌物质诱导诱导肿瘤细胞肿瘤细胞组氨酸营养组氨酸营养缺陷株缺陷株诱导诱导化学物质化学物质95%回复突变回复突变株株90%现在学习的是第60页，共63页医学应用医学应用:AmesAmes试验阳性和致癌之间有十分明显的相关性（诱试验阳性和致癌之间有十分明显的相关性（诱变剂的共性原则，即化学物质对细菌的诱变率与其对变剂的共性原则，即化学物质对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比）动物的致癌性成正比）通过检测某待测物质对微生物的诱变能力间接判通过检测某待测物质对微生物的诱变能力间接判断其致癌能力断其致癌能力优点：优点：方法灵敏，准确性较高、周期短、方法简便，方法灵敏，准确性较高、周期短、方法简便，不需特殊器材，容易推广不需特殊器材，容易推广.现在学习的是第61页，共63页 基因工程基因工程载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体工工程程菌菌和和酶酶：限限制制性性内切酶，连接酶内切酶，连接酶选选择择目目的的基基因因，细细菌菌中中表表达达，如如胰胰岛岛素素、白白介介素、干扰素等素、干扰素等基因工程疫苗基因工程疫苗现在学习的是第62页，共63页感谢大家观看现在学习的是第63页，共63页