2022年医学专题—细菌的遗传与变异2012.ppt

Bacterial heredity and variation第一页，共四十四页。教学(jio xu)重难点1 1、教学、教学重点重点：细菌变异的：细菌变异的机制机制2 2、教学、教学难点难点(ndin)(ndin)：细菌：细菌遗传和变异的物质基础遗传和变异的物质基础 第二页，共四十四页。遗传（遗传（heredityheredity）子代子代(zdi)与亲代的生物学性状基本相同，且代代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。相传。变异（变异（variationvariation）子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状(xngzhung)出现差异。出现差异。第三页，共四十四页。基因型变异基因型变异 表型变异表型变异基因改变基因改变+-遗传遗传+-可逆性可逆性-+外界环境外界环境-+变异幅度变异幅度个别细胞个别细胞群体群体第四页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)现象现象现象现象毒力变异毒力变异(biny)形态形态(xngti)结构的变结构的变异异耐药性变异耐药性变异细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象菌落变异菌落变异第五页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)现现现现象象象象形态形态(xngti)(xngti)结构变异结构变异正常形态正常形态(xngti)细细菌菌细菌细菌L型型葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌L型型青霉素、溶菌酶等青霉素、溶菌酶等第六页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)现象现象现象现象形态结构形态结构(jigu)(jigu)变异变异有荚膜的肺炎球菌有荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌第七页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)现象现象现象现象毒力变异毒力变异(biny)(biny)白喉白喉(bihu)棒状杆棒状杆菌菌获得白喉毒素获得白喉毒素棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体白喉杆菌溶原性转换示意图白喉杆菌溶原性转换示意图第八页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)现现现现象象象象耐药性变异耐药性变异(biny)(biny)1.1.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19461946年的年的14%14%上升至目前的上升至目前的80%80%以上。以上。2.2.有些有些(yuxi)(yuxi)细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即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。含链霉素培养基含链霉素培养基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养第九页，共四十四页。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的变异现象的变异现象的变异现象的变异现象细菌菌落形态细菌菌落形态(xngti)(xngti)变异变异S型菌落型菌落R型菌落型菌落第十页，共四十四页。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质质粒质粒染色体染色体噬菌体噬菌体细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质转位转位(zhun wi)因子因子整合子整合子第十一页，共四十四页。染色体（染色体（chromosomechromosome）环状双螺旋环状双螺旋DNA，长约，长约1mm,决定细菌基因型决定细菌基因型(genotype)和表型和表型(phenotype）缺乏组蛋白，有核蛋白缺乏组蛋白，有核蛋白 染色体基因无内含子染色体基因无内含子 细菌染色体细菌染色体DNA的复制的复制 和高等和高等(godng)生物十分相似生物十分相似。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质第十二页，共四十四页。质粒（质粒（plasmidplasmid）染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的 DNA DNA，存，存在在(cnzi)(cnzi)于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的遗传于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的遗传物质能赋予宿主菌某些生物学性状。物质能赋予宿主菌某些生物学性状。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质第十三页，共四十四页。医学医学(yxu)(yxu)上重要的质粒上重要的质粒1.1.F F质粒（致育因子）质粒（致育因子）-编码细菌编码细菌(xjn)(xjn)的性菌毛的性菌毛2.2.R R质粒质粒(耐药性质粒耐药性质粒)-与细菌耐药性有关与细菌耐药性有关3.Vi3.Vi质粒（毒力质粒）质粒（毒力质粒）-编码与该菌致病性有关的毒编码与该菌致病性有关的毒力因子，如力因子，如STST、LTLT质粒质粒4.4.代谢质粒代谢质粒 -编码产生相关的代谢酶编码产生相关的代谢酶5.5.细菌素质粒细菌素质粒-编码细菌素编码细菌素-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质质粒（质粒（plasmidplasmid）第十四页，共四十四页。质粒的特性质粒的特性(txng)(txng)1.1.自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）2.2.可以自行丢失与消除可以自行丢失与消除3.3.可赋予可赋予(fy)(fy)细菌新的性状细菌新的性状4.4.可在菌间转移可在菌间转移5.5.相容性和不相容性相容性和不相容性-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质质粒（质粒（plasmidplasmid）第十五页，共四十四页。噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质第十六页，共四十四页。噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物的遗传物的遗传物的遗传物质质质质第十七页，共四十四页。噬菌体噬菌体(bacteriophage)(bacteriophage)-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质相关相关(xinggun)(xinggun)概念概念 1.1.前噬菌体（前噬菌体（prophageprophage）：）：?2.2.溶原性细菌溶原性细菌(xjn)(xjn)（lysogenic bacteriumlysogenic bacterium）：）：?3.3.温和噬菌体（温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）：）：?第十八页，共四十四页。转位转位(zhun wi)(zhun wi)因子因子(Transposable element)转位因子是存在于细菌染色体或质粒转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的一段分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在特异性核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子中移动，不断改变分子中移动，不断改变它们它们(t men)(t men)在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。基因组中。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质第十九页，共四十四页。转位转位(zhun wi)(zhun wi)因子因子(Transposable element)-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质的遗传物质的遗传物质转位因子转位因子(ynz)(ynz)分类分类插入系列插入系列转座子转座子转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体 是最小的转位因是最小的转位因子，不携带细菌表现任子，不携带细菌表现任何性状的基因，可能是何性状的基因，可能是原核细胞正常代谢的调原核细胞正常代谢的调节开关之一节开关之一 除携带与转位有除携带与转位有关的基因外，还携带耐关的基因外，还携带耐药性基因、毒素基因等药性基因、毒素基因等,它可能与细菌的多重它可能与细菌的多重耐药性有关耐药性有关转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP(氨苄青霉素氨苄青霉素)Tn4AP、SM(链霉素链霉素)、Su(磺胺磺胺)Tn5 Tn6Km(卡那霉素卡那霉素)Tn7TMP(甲氧苄氨嘧啶甲氧苄氨嘧啶)、SMTn9Cm(氯霉素氯霉素)Tn10Tc(四环素四环素)Tn551Em(红霉素红霉素)Tn971Em(红霉素红霉素)Tn1681大肠埃希菌大肠埃希菌(肠毒素基因肠毒素基因)转座子的特征转座子的特征转座子的特征转座子的特征第二十页，共四十四页。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的变异机制的变异机制的变异机制的变异机制一、基因突变一、基因突变(j yn t bin)(j yn t bin)(mutation)(mutation)基因突变即遗传物质结构基因突变即遗传物质结构(jigu)(jigu)发生突然改变发生突然改变基因突变的类型基因突变的类型点突变点突变：范围小：范围小 染色体畸变染色体畸变：范围大：范围大基因突变的机制基因突变的机制碱基的置换和移码碱基的置换和移码第二十一页，共四十四页。-细菌的变异细菌的变异细菌的变异细菌的变异(biny)(biny)机制机制机制机制一、基因突变一、基因突变(j yn t bin)(j yn t bin)(mutation)(mutation)基因突变基因突变(j yn t bin)(j yn t bin)特性特性1.1.自发性与可诱发性自发性与可诱发性2.2.随机性与不对应性随机性与不对应性 e.g.e.g.彷徨试验；影印试验彷徨试验；影印试验3.3.可逆性可逆性 突变可回复：突变可回复：野生型野生型 突变株突变株第二十二页，共四十四页。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)的变异机制的变异机制的变异机制的变异机制一、基因突变一、基因突变(j yn t bin)(j yn t bin)(mutation)(mutation)彷徨实验彷徨实验影印实验影印实验第二十三页，共四十四页。转导转导(zhun do)转化转化(zhunhu)接合接合(jih)溶原性转换溶原性转换原生质体融合原生质体融合-细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组第二十四页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和和和和重组重组重组重组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组转化转化(zhunhu)(zhunhu)（transformationtransformation）转化是供体菌裂解游离的转化是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌片段被受体菌直接直接摄取摄取，使受体菌获得新的性状。，使受体菌获得新的性状。第二十五页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和重的转移和重的转移和重的转移和重组组组组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组转化转化(zhunhu)(zhunhu)（transformationtransformation）第二十六页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和重的转移和重的转移和重的转移和重组组组组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组转导转导(zhun do)(zhun do)（transduction）以以温和噬菌体温和噬菌体为媒介，将供体菌的为媒介，将供体菌的DNADNA片段转移到片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。受体菌内，使受体菌获得新的性状。普遍性转导（普遍性转导（generalized transductiongeneralized transduction）包括完全转导与流产转导包括完全转导与流产转导局限性转导（局限性转导（restricted transductionrestricted transduction）第二十七页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和重和重和重和重组组组组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组转导转导(zhun do)(zhun do)（transductiontransduction）普普遍遍性性转转导导第二十八页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和和和和重组重组重组重组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组转导转导(zhun do)(zhun do)（transduction）局局限限性性转转导导第二十九页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和重和重和重和重组组组组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组普遍性转导普遍性转导(zhun do)(zhun do)与局限性转导与局限性转导(zhun do)(zhun do)的的区别区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导基因转导发基因转导发生的时期生的时期裂解期裂解期溶原期溶原期转导的遗传转导的遗传物质物质供体菌染色体供体菌染色体DNA任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体DNA及供体菌及供体菌DNA的特定部位的特定部位转导的后果转导的后果完全转导或完全转导或流产转导流产转导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNA特特定部位的遗传特性定部位的遗传特性转导频率转导频率受体菌的受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加转导频率较普遍转导增加1000倍倍(10-4)第三十页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和重的转移和重的转移和重的转移和重组组组组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组接合接合(jih)(jih)（conjugation）细菌通过细菌通过性菌性菌毛毛相互连接沟通，相互连接沟通，将遗传物质（主要将遗传物质（主要是质粒是质粒DNADNA）从供）从供体菌转移给受体菌体菌转移给受体菌,使受体菌获得新性使受体菌获得新性状。状。第三十一页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和重和重和重和重组组组组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组接合接合(jih)(jih)（conjugationconjugation）F质粒的接合质粒的接合(F+与与F-的接合的接合)第三十二页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和和和和重组重组重组重组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组接合接合(jih)(jih)（conjugationconjugation）F+与与Hfr菌的转换菌的转换Hfr与与F+菌的转换菌的转换第三十三页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和和和和重组重组重组重组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组接合接合(jih)(jih)（conjugation）F质粒的接合质粒的接合(Hfr与与F-的接合的接合)第三十四页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和重的转移和重的转移和重的转移和重组组组组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组高频高频(o pn)(o pn)重组菌重组菌 （high frequency recombinant，Hfr）细菌染色体上整合有细菌染色体上整合有F F质粒，该菌能以较高的频率转质粒，该菌能以较高的频率转移细菌染色体基因。移细菌染色体基因。F F质粒质粒：F F质粒在质粒在HfrHfr菌中的整合作用是一种菌中的整合作用是一种可逆过程，从染色体上脱离下来的可逆过程，从染色体上脱离下来的F F质粒还会携带质粒还会携带邻近的染色体基因或邻近的染色体基因或DNADNA片段。片段。F+、Hfr、F都为雄菌都为雄菌第三十五页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和和和和重组重组重组重组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组R R质粒的接合质粒的接合(jih)(jih)耐药传递因子耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）与）与F质粒相似质粒相似 耐药（耐药（r）决定子）决定子(resistance determinant)编码对编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。第三十六页，共四十四页。-基因的转移基因的转移基因的转移基因的转移(zhuny)(zhuny)和重和重和重和重组组组组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组R R质粒的接合质粒的接合(jih)(jih)Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant第三十七页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和重的转移和重的转移和重的转移和重组组组组二、基因二、基因(jyn)(jyn)的转移和重组的转移和重组溶原性转换溶原性转换(zhunhun)(zhunhun)（lysogenic conversion）溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体,从而获得从而获得新的遗传性状，称溶原性转换。新的遗传性状，称溶原性转换。白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌获得白喉毒素获得白喉毒素棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体第三十八页，共四十四页。-基因基因基因基因(jyn)(jyn)的转移和的转移和的转移和的转移和重组重组重组重组二、基因的转移二、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重组和重组原生质体融合原生质体融合(rngh)(rngh)（protoplast fusion)是将两种不同的是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。行彼此融合的过程。第三十九页，共四十四页。-细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学(yxu)(yxu)应应应应用用用用1.1.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 2.2.在流行病学中的应用在流行病学中的应用 噬菌体分型噬菌体分型 指纹图谱法指纹图谱法 （plasmid fingerprinting,PFPplasmid fingerprinting,PFP）3.3.在测定在测定(cdng)(cdng)致癌物质中的应用致癌物质中的应用-Ames testAmes test 4.4.在基因工程中的应用在基因工程中的应用 工程技术生产胰岛素、生长激素工程技术生产胰岛素、生长激素 、疫苗等、疫苗等第四十页，共四十四页。-细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学细菌遗传变异的医学(yxu)(yxu)应应应应用用用用Ames testAmes test第四十一页，共四十四页。-细菌细菌细菌细菌(xjn)(xjn)遗传变异的医学应遗传变异的医学应遗传变异的医学应遗传变异的医学应用用用用基因工程的主要基因工程的主要(zhyo)(zhyo)步骤步骤 从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的DNADNA上切取上切取一段需表达的基因，即所谓的一段需表达的基因，即所谓的目的基因。目的基因。将目的基因结合至适当的将目的基因结合至适当的载体载体（质粒或噬菌体）上。（质粒或噬菌体）上。通过载体将目的基因转移通过载体将目的基因转移(zhuny)(zhuny)到工程菌（受体菌）到工程菌（受体菌）体内，随着细菌的大量繁殖表达出大量的目的基因产物。体内，随着细菌的大量繁殖表达出大量的目的基因产物。第四十二页，共四十四页。第四十三页，共四十四页。内容(nirng)总结Bacterial heredity and variation。子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。转座噬菌体或前噬菌体。e.g.彷徨试验。包括完全转导与流产转导。普遍性转导与局限性转导的区别。噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位(bwi)。转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)。溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体,从而获得新的遗传性状，称溶原性转换。1.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用第四十四页，共四十四页。