微生物学药学专业微生物的遗传与变异.ppt

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1、微生物学药学专业微生物的遗传与变异现在学习的是第1页，共39页第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象形态结构的变异毒力变异耐药性变异菌落变异现在学习的是第2页，共39页v细菌的大小和形态细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长过程中在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌培养物上细菌的多形态性、细菌L L型。型。v细菌的特殊结构细菌的特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽如：荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌H-O

2、H-O变异）也可发生变异变异）也可发生变异。一一.形态结构的变异形态结构的变异现在学习的是第3页，共39页v概念：概念：细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内细胞壁受损后仍能生长和分裂的细菌。在一般环境中不能耐受菌体内的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。的高渗透压而将会涨破死亡。在高渗环境下，仍可存活。v特点：特点：1.1.多形性，多数革兰染色阴性多形性，多数革兰染色阴性 2.2.在高渗低琼脂含血清平板上缓慢生长，形成荷包蛋样细小菌落。在高渗低琼脂含血清平板上缓慢生长，形成荷包蛋样细小菌落。3.3.仍有一定的致病力，常引起慢性感染及反复发作的感染。仍有一定的

3、致病力，常引起慢性感染及反复发作的感染。4.4.用抗生素治疗多数效果不佳。用抗生素治疗多数效果不佳。细菌细胞壁缺陷型（细菌细菌细胞壁缺陷型（细菌L L型）型）现在学习的是第4页，共39页毒力增强：毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。喉。毒力减弱：毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。毒力减弱或消失。卡介苗卡介苗(B

4、CG)BCG)是有毒的牛结核分枝杆菌在含有胆汁是有毒的牛结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过、甘油、马铃薯培养基上，经过1313年，连续传年，连续传230230代，获得的一株毒力减代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。弱但仍保持免疫原性的变异株。二二.毒力变异毒力变异现在学习的是第5页，共39页v耐药性变异：耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些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。多重耐药性。v从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是从抗生素广泛应用以

5、来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。成为当今医学上的重要问题。三三.耐药性变异耐药性变异现在学习的是第6页，共39页细菌的菌落主要有细菌的菌落主要有光滑光滑(smooth,S)smooth,S)型型和和粗糙粗糙(rough,R)rough,R)型型两种两种。S S型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称S SR R变异。变异。S SR

6、R变异常见于肠道杆菌。变异常见于肠道杆菌。变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其它性状也发生了变化变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其它性状也发生了变化。S S型菌的致病性强，但有少数型菌的致病性强，但有少数R R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。四四.菌落变异菌落变异现在学习的是第7页，共39页S型菌落型菌落R型菌落型菌落现在学习的是第8页，共39页第二节第二节 细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础一、细菌的染色体一、细菌的染色体二、染色体外遗传物质二、染色体外遗传物质 细菌的质粒细菌的质粒 噬菌体噬菌体 转位因子转位因子现在学习的是第9页，共39页

7、细菌的染色体v细菌染色体细菌染色体DNADNA与其他生物相同，由互补的双链核苷酸组成与其他生物相同，由互补的双链核苷酸组成。v细菌的染色体与生物细胞染色体不同，前者不含有组蛋细菌的染色体与生物细胞染色体不同，前者不含有组蛋白，基因是连续的。白，基因是连续的。v自大肠杆菌提取的自大肠杆菌提取的DNADNA是一条完整的是一条完整的DNADNA链，分子量仅为人链，分子量仅为人体细胞体细胞DNADNA量的量的0.1%0.1%。大肠杆菌的。大肠杆菌的DNADNA约为约为4 4106106个碱基对个碱基对，因此约有，因此约有40004000个基因，可编码几千种多肽。个基因，可编码几千种多肽。现在学习的是第

8、10页，共39页v概念概念：是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNADNA。质粒基因可质粒基因可编码多种重要的生物学性状。编码多种重要的生物学性状。v分类：分类：1)1)致育质粒（致育质粒（F F质粒）质粒）编码细菌的性菌毛编码细菌的性菌毛 2)2)耐药性质粒耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药 性。分两类性。分两类，一是接合性耐药质粒（，一是接合性耐药质粒（R R质粒），另一是非接合耐药性质粒；质粒），另一是非接合耐药性质粒；3)3)毒力质粒（毒力质粒（ViVi质粒）质粒）编码与该菌致病性有

9、关的毒力因子；编码与该菌致病性有关的毒力因子；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 编码细菌产生细菌素；编码细菌产生细菌素；质粒质粒现在学习的是第11页，共39页具有自我复制的能力。具有自我复制的能力。DNADNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。可自行丢失与消除。可自行丢失与消除。转移性。转移性。可分为相容性与不相容性两种。可分为相容性与不相容性两种。质粒质粒DNADNA的特征的特征现在学习的是第12页，共39页v噬菌体噬菌体：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体

10、等微生物的病毒。体等微生物的病毒。v噬菌体具有病毒的一些特性：噬菌体具有病毒的一些特性：1 1、个体微小、个体微小 2 2、没有细胞结构、没有细胞结构 3 3、专性细胞内寄生、专性细胞内寄生v噬菌体分布：噬菌体分布：极广，凡是有细菌的场所，极广，凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在。就可能有相应的噬菌体的存在。噬菌体噬菌体现在学习的是第13页，共39页转位因子：转位因子：是存在于细菌染色体或质粒是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的一段特异性分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子中移动，不断改变它们在基因分子中移动，不断改变它们在基因组中的

11、位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。组中的位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。转位因子有三类：转位因子有三类：插入序列插入序列(IS)IS)、转座子、转座子(Tn)Tn)、MuMu噬菌体或前噬噬菌体或前噬菌体。菌体。转位因子转位因子现在学习的是第14页，共39页突变突变：是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。导致细菌性状的遗传性变异。染色体畸变：染色体畸变：涉及大段涉及大段DNADNA的易位、缺失、重复或倒位的易位、缺失、重复或倒位等变化，结果导致细菌死亡。等变化，结果导致细菌死亡。基因突变：基因突变：也称点也称点

12、突变，是突变，是DNADNA中一对或少数几对硷基中一对或少数几对硷基的置换、增加或缺失。的置换、增加或缺失。第三节第三节 细菌变异的机制细菌变异的机制现在学习的是第15页，共39页一、一、变异的一般机理变异的一般机理现在学习的是第16页，共39页v原因包括：原因包括：自然突变及诱发突变。自然突变及诱发突变。v基因突变的分子基础：基因突变的分子基础：硷基置换硷基置换 硷基互变异构硷基互变异构 硷基的减少、增加及倒置硷基的减少、增加及倒置v基因突变规律：基因突变规律：突变率突变率 突变常自然发生，但突变率极低突变常自然发生，但突变率极低 突变与选择突变与选择 突变是随机的，不定向的。突变是随机的，

13、不定向的。回复突变回复突变 细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复野生型的性状。又一次突变可恢复野生型的性状。（一）基因的突变（一）基因的突变现在学习的是第17页，共39页基因转移基因转移：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。的过程。基因重组基因重组：转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一起，使受体菌整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。获得供体菌某些特性。外源性遗传物质：外源性遗传物质：供体菌染色体供体菌染色体DNADNA，质粒质粒DNADNA

14、及噬菌体基及噬菌体基因等。因等。细菌的基因转移和重组方式：细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性转化、接合、转导、溶原性转换、细胞融合。转换、细胞融合。（二）基因的转移与重组（二）基因的转移与重组现在学习的是第18页，共39页1.1.接合接合接合：接合：是细菌通过性菌毛是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒（主要是质粒DNADNA）从供体从供体菌转移给受体菌。菌转移给受体菌。能通过结合方式转移的质能通过结合方式转移的质粒称为粒称为接合性质粒接合性质粒，不能通，不能通过性菌毛在细菌间转移的质过性菌毛在细菌间转移的质粒为粒为非接合性质粒。非接合性质

15、粒。现在学习的是第19页，共39页现在学习的是第20页，共39页细菌的耐药性变易的机理：细菌的耐药性变易的机理：1.1.与耐药性的基因突变与耐药性的基因突变 2.R 2.R质粒的接合转移质粒的接合转移接合性接合性R R质粒：质粒：由耐药传递因子由耐药传递因子(RTF)RTF)和耐药决定因子和耐药决定因子(r)r)两部分组成。两部分组成。RTFRTF的功能与的功能与F F质粒相似，可编码性质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；菌毛的产生和通过接合转移；R R决定因子能编码对抗决定因子能编码对抗菌药物的耐药性。菌药物的耐药性。非接合性非接合性R R质粒：质粒：仅有仅有R R决定决定因因子编码

16、对抗菌药物的耐药性子编码对抗菌药物的耐药性，无耐药传递因子，无耐药传递因子(RTF)RTF)。R R质粒的接合质粒的接合现在学习的是第21页，共39页概念：概念：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNADNA转移到受体菌内，转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。使受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：1.1.普遍性转导：普遍性转导：转导的转导的DNADNA可是供体菌染色体上的任何部分。可是供体菌染色体上的任何部分。2.2.局限性转导：局限性转导：转导的转导的DNADNA只限供体菌染色体上的特

17、定基因。只限供体菌染色体上的特定基因。2.2.转导转导现在学习的是第22页，共39页普遍性转导普遍性转导现在学习的是第23页，共39页现在学习的是第24页，共39页3.3.转化转化:供体菌裂解游离的供体菌裂解游离的DNADNA片段转入某受体菌细胞片段转入某受体菌细胞内的过程。内的过程。现在学习的是第25页，共39页现在学习的是第26页，共39页4.4.溶原性转换溶原性转换当噬菌体感染细菌时当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获，宿主菌染色体中获得了噬菌体的得了噬菌体的DNADNA片段片段，使其成为溶原状态时，使其成为溶原状态时，而使细菌获得新的性，而使细菌获得新的性状。状。现在学习的是第27页，

18、共39页5.5.原生质体融合原生质体融合现在学习的是第28页，共39页二二.细菌抗药性变异的机理细菌抗药性变异的机理v遗传学上对细菌抗药性的产生及扩散遗传学上对细菌抗药性的产生及扩散,有以下解释有以下解释:1.1.抗药性基因的自然突变和选择抗药性基因的自然突变和选择;2.2.细菌接触药物后产生生理适应细菌接触药物后产生生理适应;3.R 3.R质粒的转移。质粒的转移。现在学习的是第29页，共39页（一）自然突变和选择（一）自然突变和选择v抗药性突变的发生，与外界药物的存在与否无关，而是以一抗药性突变的发生，与外界药物的存在与否无关，而是以一定的突变率发生在某些细菌中。定的突变率发生在某些细菌中。

19、v当自然突变的抗药菌株与敏感菌株存在于同一群体中当自然突变的抗药菌株与敏感菌株存在于同一群体中时，抗药菌很难表现出来，但当接触抗菌药物时，大时，抗药菌很难表现出来，但当接触抗菌药物时，大量的敏感菌被抑制或杀死，抗药菌株就被选择存活并量的敏感菌被抑制或杀死，抗药菌株就被选择存活并繁殖形成抗药菌群。繁殖形成抗药菌群。现在学习的是第30页，共39页（二）抗药性质粒（二）抗药性质粒（R R质粒）和质粒）和抗药性的传递与扩散抗药性的传递与扩散v多重耐药性：多重耐药性：某些细菌可对化学结构完全不同的数种药物某些细菌可对化学结构完全不同的数种药物产生抗药性。产生抗药性。vR R质粒的结构：质粒的结构：由抗药

20、传递因子和抗药决定因子组成。由抗药传递因子和抗药决定因子组成。v抗药性传递有三种方式：抗药性传递有三种方式：1.1.接合接合 2.2.转导转导 3.3.转化转化现在学习的是第31页，共39页v细菌的耐药性与耐药性的基因突变及细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R R质粒的接合转移等质粒的接合转移等有关。有关。vR R质粒有耐药传递因子质粒有耐药传递因子(RTF)RTF)和耐药决定子和耐药决定子(r)r)两部分组两部分组成。成。RTFRTF的功能与的功能与F F质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；接合转移；R R决定子能编码对抗菌药物的耐药性。决定子能编码对

21、抗菌药物的耐药性。R R质粒的接合质粒的接合现在学习的是第32页，共39页(三三)R)R质粒编码细菌的抗药性质粒编码细菌的抗药性v产生顿挫酶产生顿挫酶v改变细胞膜通透性改变细胞膜通透性v改变药物的原始作用点改变药物的原始作用点现在学习的是第33页，共39页v一、医药工业生产方面的应用一、医药工业生产方面的应用v二、在细菌分类上的应用二、在细菌分类上的应用v三、在诊断中的应用三、在诊断中的应用v四、在预防中的应用四、在预防中的应用v五、在治疗中的应用五、在治疗中的应用v六、检查致癌物质的作用六、检查致癌物质的作用v七、在遗传工程方面七、在遗传工程方面第四节第四节 变异的实际意义变异的实际意义现在

22、学习的是第34页，共39页一一.医药工业生产方面的应用医药工业生产方面的应用 v抗生素的生产中常用紫外线照射以促突变，抗生素的生产中常用紫外线照射以促突变，从而获得产生抗生素量高的菌种。从而获得产生抗生素量高的菌种。v营养缺陷型菌株营养缺陷型菌株 可用作核苷酸或某种氨基酸可用作核苷酸或某种氨基酸的生产菌株，或用与氨基酸、维生素等生物的生产菌株，或用与氨基酸、维生素等生物检定。检定。现在学习的是第35页，共39页二、在细菌分类上的应用二、在细菌分类上的应用v靠细菌的形态、生化反应、抗原特异性、噬菌体分型等进行细菌的分类至今靠细菌的形态、生化反应、抗原特异性、噬菌体分型等进行细菌的分类至今仍有实用

23、价值。仍有实用价值。v细菌细菌DNADNA分子中的分子中的G+CG+C分类：即不同种的细菌基因型的差别程度，可用分类：即不同种的细菌基因型的差别程度，可用细菌细菌DNADNA分子中所含的鸟嘌呤和胞嘧啶在四种碱基含量中所占的成分分子中所含的鸟嘌呤和胞嘧啶在四种碱基含量中所占的成分比来反映。亲缘关系密切，细菌比来反映。亲缘关系密切，细菌DNADNA中中G+CG+C的含量（的含量（Mol%Mol%）相同或很接）相同或很接近；关系远者则近；关系远者则G+CG+C量相差较大。量相差较大。v采用采用DNADNA分子杂交技术来比较两种细菌的分子杂交技术来比较两种细菌的DNADNA链核苷酸序列间有无同链核苷酸

24、序列间有无同源性。如果为同一种细菌则同源性杂交率可为源性。如果为同一种细菌则同源性杂交率可为100%100%。v根据细菌基因组的相对稳定性，可鉴定出细菌间的相互关系。根据细菌基因组的相对稳定性，可鉴定出细菌间的相互关系。现在学习的是第36页，共39页三、在诊断中的应用三、在诊断中的应用v在实验诊断工作中，常遇到一些变异菌株、在实验诊断工作中，常遇到一些变异菌株、其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型，给细菌鉴定带来困难。，给细菌鉴定带来困难。v如在有些使用抗生素的患者体内可分离到如在有些使用抗生素的患者体内可分离到L L型型细菌。从而必须了解细菌。从而必须

25、了解L L型细菌培养的特点以及型细菌培养的特点以及如何使其返祖而恢复其典型形态与菌落，作如何使其返祖而恢复其典型形态与菌落，作出正确的诊断。出正确的诊断。现在学习的是第37页，共39页四、在预防中的应用四、在预防中的应用v减毒活疫苗有较好的预防效果。减毒活疫苗有较好的预防效果。v减毒活菌苗可以从自然界分离获得，也可减毒活菌苗可以从自然界分离获得，也可用人工方法选择改变毒力的变异株。用人工方法选择改变毒力的变异株。v目前应用的减毒活菌苗如卡介苗是十分成目前应用的减毒活菌苗如卡介苗是十分成功的例子，此外还获得了预防鼠疫和布氏功的例子，此外还获得了预防鼠疫和布氏菌的活菌苗。菌的活菌苗。现在学习的是第38页，共39页五、在治疗中的应用五、在治疗中的应用v耐药性菌株是临床上存在的大问题。耐药性菌株是临床上存在的大问题。v了解产生耐药性的原理，可采取有针对性了解产生耐药性的原理，可采取有针对性的措施。的措施。v临床上强调对细菌做抗生素敏感试验，从临床上强调对细菌做抗生素敏感试验，从而选用敏感药物有效地治疗，可避免在使而选用敏感药物有效地治疗，可避免在使用抗生素中提供选择耐药性突变株的条件用抗生素中提供选择耐药性突变株的条件。现在学习的是第39页，共39页