第04章-细菌的遗传变异(1)教学文案.ppt

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1、第04章-细菌的遗传变异(1)概述概述n细菌的形态结构、生理代谢、致病性和耐药性细菌的形态结构、生理代谢、致病性和耐药性等性状都是由基因决定的。细菌的基因决定了等性状都是由基因决定的。细菌的基因决定了同一种间的相似性及个体间的差异性。同一种间的相似性及个体间的差异性。n遗传：子代与亲代间生物学性状的相似性。遗传：子代与亲代间生物学性状的相似性。n变异：子代与亲代间以及子代与子代间生物学变异：子代与亲代间以及子代与子代间生物学性状的差异。性状的差异。n基因型：指生物的遗传型，即控制性状的基因基因型：指生物的遗传型，即控制性状的基因组合类型。是生物体从它的亲本获得全部基因组合类型。是生物体从它的亲

2、本获得全部基因的总和。的总和。n表型：在一定条件下，特定基因实际表现出来表型：在一定条件下，特定基因实际表现出来的各种性状。的各种性状。概述概述 基因型变异 表型变异 原 因 基因改变 环境因素 可逆性 不可 可 遗传性 可 不可 变异细菌 个别 全部 基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较概述概述细菌变异的现象 1.形态结构变异：L型菌；鞭毛、荚膜、芽 胞变异等 2.毒力变异：毒力减弱-疫苗制备；毒力增强-细菌战 3.耐药性变异：临床治疗中严重问题 4.菌落变异：从光滑型（S）粗糙型（R）5.抗原性变异：与细菌鉴定有关第一节第一节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质1.细菌染色体细菌染色体n

3、概念概念：一条环状双螺旋一条环状双螺旋DNA长链，长链，按一定构型反复回旋成松散网状按一定构型反复回旋成松散网状结构，附着在横隔中介体或细胞结构，附着在横隔中介体或细胞膜上。膜上。n特征：特征：相对较小相对较小，只有一个复制肇始位点，只有一个复制肇始位点不含组蛋白不含组蛋白,无核膜包裹无核膜包裹功能上密切相关的基因组成操纵子形式存在功能上密切相关的基因组成操纵子形式存在基因是连续的，结构基因无内含子基因是连续的，结构基因无内含子较少重叠基因较少重叠基因大部分大部分DNA用于编码蛋白质用于编码蛋白质大多情况下，结构基因为单倍体大多情况下，结构基因为单倍体1.细菌染色体细菌染色体n功能功能：细菌的

4、主要遗传物质；细菌的主要遗传物质；决定细菌的基因型；决定细菌的基因型；为细菌生命活动所必需。为细菌生命活动所必需。2.质粒质粒n概念概念：细菌染色体外的遗传物质，细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双股环状闭合双股DNA，位于细菌细胞，位于细菌细胞质内，能自我复制、控制着细菌的质内，能自我复制、控制着细菌的某些生物学性状。某些生物学性状。n特征：特征：可自我复制可自我复制;编码细菌某些重要的生物学性状编码细菌某些重要的生物学性状;非细菌生活所必需，可自行丢失与消除非细菌生活所必需，可自行丢失与消除;转移性转移性:接合接合/转化转化/传导方式转移传导方式转移;相容性与不相容性。相容性与不相容性。2.

5、质粒质粒n种类：种类：F质粒（致育质粒）：编码性菌毛。质粒（致育质粒）：编码性菌毛。有：雄性菌（有：雄性菌（F+）无：雌性菌（无：雌性菌（F-）R质粒（耐药性质粒质粒（耐药性质粒）：编码耐药性。）：编码耐药性。接合性接合性R质粒：质粒：通过性菌毛转移通过性菌毛转移 非接合性非接合性R质粒：通过噬菌体转移质粒：通过噬菌体转移2.质粒质粒n种类：种类：Vi质粒（毒力质粒）：编码毒力因子。质粒（毒力质粒）：编码毒力因子。如：如：K质粒：编码粘附结构质粒：编码粘附结构 ST或或LT质粒：编码肠毒素质粒：编码肠毒素Col质粒（细菌素质粒）：编码细菌素。质粒（细菌素质粒）：编码细菌素。如：大肠杆菌如：大肠

6、杆菌Col质粒质粒：编码大肠菌素：编码大肠菌素代谢质粒：编码代谢酶。代谢质粒：编码代谢酶。3.转座因子转座因子n概念概念：细菌细菌DNA内一段核苷酸内一段核苷酸序列序列，能在，能在质粒之间、质粒与染色体之间质粒之间、质粒与染色体之间自行转移自行转移位置，位置，是细菌菌体内是细菌菌体内可移动可移动的遗传物质的遗传物质n意义：改变遗传物质的核苷酸序列改变遗传物质的核苷酸序列影响插入点附近基因的表达（失活）影响插入点附近基因的表达（失活）直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组均能造成细菌性状的变异 3.转座因子转座因子n分类：分类：插入序列插入序列(IS)7

7、501550 bp两端重复序列，与插入有关两端重复序列，与插入有关中心序列有转位酶基因中心序列有转位酶基因3.转座因子转座因子转座子转座子(Tn)7501550 bp两端为两端为IS 中心序列有与转位无关基因中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因、耐药基因等如：毒素基因、耐药基因等常见的插入序列和转座子常见的插入序列和转座子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 IS bp Tn 耐药或毒素基因耐药或毒素基因耐药或毒素基因耐药或毒素基因 IS1 768 Tn1 IS1 768 Tn1 APAP（氨苄青霉素氨苄青霉素氨苄青霉素氨苄青霉素）IS2 1327 Tn6 IS2 1

8、327 Tn6 KanKan（卡那霉素卡那霉素卡那霉素卡那霉素）IS3 1300 Tn10 IS3 1300 Tn10 TetTet（四环素四环素四环素四环素）IS4 1426 Tn551 IS4 1426 Tn551 EmEm（红霉素红霉素红霉素红霉素）IS5 1195 Tn681 IS5 1195 Tn681 E.coli ETE.coli ET（肠毒素肠毒素肠毒素肠毒素）4.整合子（整合子（integron，In）n定位于细菌染色体、质粒或转座子上定位于细菌染色体、质粒或转座子上n基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒含一个或多

9、个基因盒n整合子含有整合子含有3个功能元件：重组位点；整合个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子酶基因；启动子n通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播在细菌中进行水平传播5.转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体n是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。些生物学性状。第三节第三节 基因转移和重组基因转移和重组概述概述基基因因转转移移：外外源源性性遗遗传传物物质质由由供供体体菌菌转转入入受受体体菌菌细胞内的过程

10、。细胞内的过程。基因重组：基因重组：转移的基因与转移的基因与受体菌受体菌DNA发生整合。发生整合。类型类型类型类型 基因来源基因来源基因来源基因来源 转移方式转移方式转移方式转移方式 转化转化转化转化 供菌供菌供菌供菌 受菌摄入受菌摄入受菌摄入受菌摄入 接合接合接合接合 供菌供菌供菌供菌 通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛转导转导转导转导 供菌供菌供菌供菌 噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介 溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 前噬菌体前噬菌体前噬菌体前噬菌体概念：概念：受体菌直接摄取供体菌裂解后游离受体菌直接摄取供体菌裂解后游离 的的DNADNA片

11、段而获得新性状。片段而获得新性状。转化因子：转化因子：在转化过程中转化的在转化过程中转化的DNADNA片段。分片段。分 子量子量1101107 7,10-20,10-20个基因。个基因。实验依据：实验依据：肺炎链球菌肺炎链球菌 荚膜荚膜 S型菌落型菌落 R型菌落型菌落 毒力毒力 S型菌型菌 R型菌型菌 1 1、转化（、转化（transformationtransformation）小鼠体内肺炎球菌转化试验小鼠体内肺炎球菌转化试验肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验 机制：感受态受体菌摄取同源机制：感受态受体菌摄取同源DNADNA后发生重组后发生重组+

12、吸附吸附摄入摄入重组重组突变株突变株DNA受体受体1.1.影响转化的因素：影响转化的因素：n供、受菌的基因型n转化因子分子量小于1107，不超过1020个基因，才可能被受体菌摄取n受体菌必须处于感受态 时，才能摄取转化因子n环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可维持DNA的稳定性，促进转化作用。概念：通过性菌毛连接沟通，将遗传物质（质粒或概念：通过性菌毛连接沟通，将遗传物质（质粒或 染色体染色体DNA)DNA)从供体菌转移给受体菌的过程。从供体菌转移给受体菌的过程。接合性质粒：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 非接合性质粒非接合性质粒

13、 常见方式常见方式2、接合（、接合（conjugation）电镜下的接合电镜下的接合F 菌菌F菌菌vF质粒的接合质粒的接合性菌毛末端性菌毛末端-受体接合桥形成受体接合桥形成F F质粒形成切口，一条质粒形成切口，一条DNADNA链进入受体菌内链进入受体菌内F F质粒留在供体细胞的一质粒留在供体细胞的一条链进行复制并形成互条链进行复制并形成互补链补链F-菌菌F+菌菌F-菌菌F+菌菌F-菌菌F+菌菌F+菌菌F+菌菌FFFF-F F+F F_ _性菌毛性菌毛性菌毛性菌毛F F+F F+F F_ _高频重组菌（高频重组菌（high frequency recombinanthigh frequency

14、recombinant，HfrHfr菌）：菌）：整合后的细菌能高效地转移染色体上的基因。整合后的细菌能高效地转移染色体上的基因。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-F+菌菌HfrF 质粒质粒F 菌菌F质粒质粒雄性菌：雄性菌：（性菌毛）（性菌毛）F菌菌Hfr菌菌F+菌菌vR质粒的接合质粒的接合单独存在不能发生质粒单独存在不能发生质粒接合性传递接合性传递a）组成组成耐药性传递因子耐药性传递因子（resistance transfer factor，RTF）耐药决定子（耐药决定子（r 决定子）决定子）存在方式：存在方式：RTFrRTF+r RTF:RTF:编码性菌毛和转移质粒编码性菌毛和转移质粒

15、 r r决定子：编码耐药性决定子：编码耐药性b）功能功能ISRTFr决定子决定子RTFr决定子决定子ISTn9Tn4Tn5R质粒结构图质粒结构图分子量较小；分子量较小；无编码转移体系所需要的基因，故不能单独无编码转移体系所需要的基因，故不能单独 结合传递；结合传递；但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒 （F F或或R R质粒），其可被诱动传递。质粒），其可被诱动传递。非接合性质粒：非接合性质粒：3、转导（、转导（Transduction）1 1）概念：以温和噬菌体为载体，将供菌体的一段）概念：以温和噬菌体为载体，将供菌体的一段 DNA DNA转移到受体菌体内

16、，使受体菌获得新转移到受体菌体内，使受体菌获得新 的性状。的性状。2）类型）类型局限性转导局限性转导/特异性转导特异性转导普通性转导普通性转导A.普遍性转导普遍性转导:噬菌体转导供体菌染色体上噬菌体转导供体菌染色体上 任何部位任何部位DNA片片段，发生于裂解期。段，发生于裂解期。完全转导：供体菌完全转导：供体菌DNA片段与受体菌染色片段与受体菌染色 体整合并随之传代。体整合并随之传代。流产转导：供体菌流产转导：供体菌DNA片段不与受体菌染片段不与受体菌染 色体整合也不可自我复制。色体整合也不可自我复制。（大多为此）（大多为此）细菌裂解期细菌裂解期细菌细菌DNA（将供菌任意（将供菌任意DNA装配

17、）装配）噬菌体噬菌体DNA普普遍遍性性转转导导模模式式图图整合整合未整合未整合完全转导完全转导流产转导流产转导细菌被普遍性细菌被普遍性转导噬菌体感转导噬菌体感染染Lysogenic Phage脱离脱离供体菌错误装配 recipient 噬菌体转导供体菌染色体上特定部位的噬菌体转导供体菌染色体上特定部位的DNADNA片段片段,发生于溶原期。发生于溶原期。噬菌体将自身一段噬菌体将自身一段DNADNA留在供菌染色体上，留在供菌染色体上，却却将相邻供菌的部分将相邻供菌的部分DNADNA带给受菌并整合至其染色体带给受菌并整合至其染色体上。上。B.局限性转导局限性转导:局限性转导模式图局限性转导模式图正常

18、脱离正常脱离断裂和断裂和 再接再接断裂和断裂和 再接再接偏差脱离偏差脱离galgalgalgalbiobiobiobio普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导局限性转导局限性转导基因转导发生的时期基因转导发生的时期基因转导发生的时期基因转导发生的时期裂解期裂解期溶原期溶原期转导的遗传物质转导的遗传物质转导的遗传物质转导的遗传物质供体菌染色体供体菌染色体DNADNA任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体DNADNA及供体及供体菌菌DNADNA的特定部位的特定部位转导的后果转导的后果转导的后果转导的后果完全转导或流产转完全转导或流

19、产转导导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNADNA特定部位的遗特定部位的遗传特性传特性转导频率转导频率转导频率转导频率受体菌的受体菌的1010-7-7转导频率较普遍转转导频率较普遍转导增加导增加10001000倍倍(10(10-4 4)宿主菌获得感染它的噬菌体的宿主菌获得感染它的噬菌体的DNADNA片段而获得片段而获得新的遗传性状。新的遗传性状。棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体 如：白喉杆菌白喉杆菌 白喉杆菌白喉杆菌不产白喉毒素不产白喉毒素产白喉毒素产白喉毒素带有带有toxtox基因基因4.溶原性转换溶原性转换(lysogenic conversion)棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体无毒白喉杆菌无

20、毒白喉杆菌产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌白喉杆菌溶原性转换示意图白喉杆菌溶原性转换示意图 概念：人工将两种不同的细菌经溶菌酶概念：人工将两种不同的细菌经溶菌酶 或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生 质体后进行相互融合的过程质体后进行相互融合的过程 融合剂：融合剂：PEGPEG（聚乙二醇）（聚乙二醇）应用：基因转输、实验工具应用：基因转输、实验工具5、原生质体融合（、原生质体融合（proptopast fusion）原生质体融合原生质体融合第四节第四节 基因突变基因突变概述概述 n概念：概念：DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的

21、变化，分为点突变和染色体畸变因结构的变化，分为点突变和染色体畸变n碱基置换包括转换和颠换碱基置换包括转换和颠换n基因突变分为：沉默突变、错义突变、无义突变基因突变分为：沉默突变、错义突变、无义突变n突变是基因型的遗传性改变，可以是自发的，也可突变是基因型的遗传性改变，可以是自发的，也可是通过理化因子诱导突变。是通过理化因子诱导突变。一、基因突变规律一、基因突变规律 n自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变n突变率：突变率：10-610-9n突变与选择突变与选择n回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，

22、噬菌体对突变菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。仅起筛选而不是诱导作用。一、基因突变规律一、基因突变规律 n自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变n突变率：突变率：10-610-9n突变与选择突变与选择n回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用二、突变型细菌及其分离：二、突变型细菌及其分离：耐药性突变型耐药性突变型耐药性突变型耐药性突变型 药敏试验药敏试验药敏试验药敏试验 营养缺陷

23、突变型营养缺陷突变型营养缺陷突变型营养缺陷突变型 营养物质筛选营养物质筛选营养物质筛选营养物质筛选 条件致死性突变型条件致死性突变型条件致死性突变型条件致死性突变型 温度敏感试验温度敏感试验温度敏感试验温度敏感试验 发酵阴性突变型发酵阴性突变型发酵阴性突变型发酵阴性突变型 乳糖发酵试验乳糖发酵试验乳糖发酵试验乳糖发酵试验 第四节第四节 细菌遗传变异在医学上的意义细菌遗传变异在医学上的意义诊断困难诊断困难 H HO O变异：如伤寒沙门菌鞭毛变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S SR R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：耐药

24、治疗困难：耐药 预防：预防：BCGBCG Ames Ames试验：试验：基因工程基因工程l载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体l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l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、白介素、干扰素等白介素、干扰素等l基因工程疫苗基因工程疫苗1.细细菌菌基基因因转转移移和和重重组组的的类类型型及及其其主主要要差异？差异？2.何何谓谓BCG、transposon、R质质粒粒、Hfr、lysogenic conversion和和Ames试验？试验？3.影影印印试试验验验验证证何何种种理理论论？突突变变型型细细菌菌有哪些？有哪些？思考题思考题此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢