齐鲁医学细菌的遗传变异.pptx

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1、第第5章章 细细菌的菌的遗传变异遗传变异 2021/7/27 星期二1目目 的的 要要 求求1 1、掌握、掌握：细菌基因转移与重组：转化、接合、转细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念导、溶原性转换、原生质体融合的概念及机制。及机制。2 2、熟悉、熟悉：细菌的变异现象。细菌的变异现象。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。2021/7/27 星期二2遗传（遗传（heredityheredity）：子代与亲代的生物学）：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。性状基本相同，且代代相传。遗传保证了遗传保证了物种的稳定性。物种的稳定性。变变异异：子

2、子代代与与亲亲代代以以及及子子代代与与子子代代之之间间的的生生物物学学性性状状出出现现差差异异。变变异异产产生生新新的的物物种种，有利于物种的进化。有利于物种的进化。l l基因型变异（遗传性变异）基因型变异（遗传性变异）l l表型变异（非遗传性变异）表型变异（非遗传性变异）2021/7/27 星期二3 BCGBCGBCGBCG：牛型结核杆菌（有毒株）：牛型结核杆菌（有毒株）：牛型结核杆菌（有毒株）：牛型结核杆菌（有毒株）胆汁胆汁胆汁胆汁-甘油甘油甘油甘油-马铃薯培养马铃薯培养马铃薯培养马铃薯培养 13 13 13 13年，年，年，年，230230230230次传代次传代次传代次传代 减毒株（减

3、毒株（减毒株（减毒株（BCGBCGBCGBCG）基因型变异：基因型变异：基因型变异：基因型变异：BCG BCG BCG BCG 表型变异：细菌表型变异：细菌表型变异：细菌表型变异：细菌L L L L型型型型2021/7/27 星期二4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基因型变异基因型变异表型变异表型变异表型变异表型变异基因结构基因结构基因结构基因结构 变化变化变化变化 未变未变未变未变可逆性可逆性可逆性可逆性 不或极少不或极少不或极少不或极少 可逆可逆可逆可逆稳定性稳定性稳定性稳定性 稳定稳定稳定稳定 不稳定不稳定不稳定

4、不稳定环境影响环境影响环境影响环境影响涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数不受影响不受影响不受影响不受影响 受影响受影响受影响受影响 个别个别个别个别 全体全体全体全体2021/7/27 星期二5一、一、形态结构变异形态结构变异 鼠疫耶尔森氏菌鼠疫耶尔森氏菌含含3 36 6NaClNaCl琼脂培琼脂培养养多形态性（衰退型）多形态性（衰退型）第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象2021/7/27 星期二6L型变异（细型变异（细胞壁缺陷型）胞壁缺陷型）生物学特性：生物学特性：多形性、革兰多形性、革兰阴性、高渗培阴性、高渗培养、生长缓慢、养、生长缓慢、荷包蛋样菌落、荷包蛋样菌落、可回复可回

5、复A A、原细菌型菌落、原细菌型菌落、原细菌型菌落、原细菌型菌落 B B、荷包蛋样、荷包蛋样、荷包蛋样、荷包蛋样L L型菌落型菌落型菌落型菌落C C、颗粒型、颗粒型、颗粒型、颗粒型L L型菌落型菌落型菌落型菌落 D D、丝状型、丝状型、丝状型、丝状型L L型菌落型菌落型菌落型菌落2021/7/27 星期二7葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状 L L 型菌落型菌落型菌落型菌落葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状 L L 型菌落回复后型菌落回复后型菌落回复后型菌落回复后2021/7/27 星期二8荚膜变异：荚膜变异：肺炎链球菌荚膜肺炎链球菌荚膜体外体外长期培养长期培养失去

6、荚膜失去荚膜芽胞变异：芽胞变异：炭疽杆菌炭疽杆菌经经4242，10102020天天失去芽胞，毒力减弱失去芽胞，毒力减弱鞭毛（鞭毛（H HO O）变异：）变异：变形杆菌变形杆菌含含1010的培养基上生长的培养基上生长失去鞭毛失去鞭毛2021/7/27 星期二9二、菌落变异（二、菌落变异（SR变异）变异）光滑型（光滑型（S型）型）粗糙型（粗糙型（R型型）三、毒力的变异三、毒力的变异 l l毒力降低或消失：如卡介苗毒力降低或消失：如卡介苗 l l毒力增强：如白喉棒状杆菌毒力增强：如白喉棒状杆菌 四、耐药性变异四、耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。2021

7、/7/27 星期二10第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质 1 1、细菌的染色体：、细菌的染色体：环状、环状、dsDNAdsDNA。相相对较小（小（4.2104.2106 6 bpbp，40004000个基因个基因复制快：复制快：10105 5 bp/minbp/min无组蛋白，无内含子，为连续基因无组蛋白，无内含子，为连续基因单倍体：突变后更易表现单倍体：突变后更易表现2021/7/27 星期二112 2、质粒、质粒(plasmid)(plasmid)：细菌染色体外的遗传物：细菌染色体外的遗传物质，环状闭质，环状闭 合的双股合的双股DNADNA。可编码许多可编码许多重要的生物学性状。重

8、要的生物学性状。2021/7/27 星期二12质粒质粒DNADNA的特性的特性具有自我复制能力具有自我复制能力 紧密型质粒；松紧密型质粒；松弛型质粒弛型质粒质粒能编码某些特定性状质粒能编码某些特定性状可自行丢失与消除可自行丢失与消除可在细菌间转移。可在细菌间转移。分相容性与不相容性两种分相容性与不相容性两种2021/7/27 星期二13种种 类类致育质粒或称致育质粒或称F F质粒质粒 结合结合耐药性质粒耐药性质粒 可分为接合性耐药质粒（可分为接合性耐药质粒（R R质粒）和非接合性耐药质粒。质粒）和非接合性耐药质粒。耐药耐药毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒质粒 编码与该菌致病性编码与该菌致病性有

9、关的毒力因子。有关的毒力因子。毒力毒力细菌素质粒细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素。编码各种细菌产生的细菌素。细菌素细菌素代谢质粒代谢质粒 编码产生与代谢相关的许多酶编码产生与代谢相关的许多酶类类2021/7/27 星期二143 3 3 3、转座因子、转座因子、转座因子、转座因子 是细菌基因组中能改变自身位置的一段是细菌基因组中能改变自身位置的一段是细菌基因组中能改变自身位置的一段是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNADNADNADNA序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上序列，这种转座作用可发生在染色体、质

10、粒上或染色体与质粒之间。或染色体与质粒之间。或染色体与质粒之间。或染色体与质粒之间。分类分类分类分类（1 1 1 1）插入序列）插入序列）插入序列）插入序列 (insertion sequenceinsertion sequenceinsertion sequenceinsertion sequence，ISISISIS):):):):7507507507501550155015501550 bp bp bp bp 两端重复序列，与插入有关两端重复序列，与插入有关两端重复序列，与插入有关两端重复序列，与插入有关 中心序列有中心序列有中心序列有中心序列有转转转转位位位位酶酶酶酶基因基因基因基因2

11、021/7/27 星期二15（2 2）转座子座子 (transposontransposon，TnTn):):200020002500025000 bpbp 两端为两端为IS 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IS ISResistance Gene(s)2021/7/27 星期二16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

12、青霉素氨苄青霉素氨苄青霉素氨苄青霉素）IS2 1327 Tn6 IS2 1327 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）2021/7/27 星期二174 4 4 4、整整整整合合合合子子子子（integronintegronintegronintegron，InIn

13、InIn）：是是是是一一一一种种种种运运运运动动动动性性性性DNADNADNADNA分分分分子子子子，具具具具有有有有独独独独立立立立结结结结构构构构可可可可捕捕捕捕获获获获和和和和整整整整合合合合外外外外源源源源性性性性基基基基因因因因，使使使使之之之之转转转转变变变变成成成成为为为为功功功功能能能能性性性性基基基基因因因因表表表表达达达达单单单单位。位。位。位。l l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l l基基基基本本本本结结结结构构构构：两两两两端端端端为为为为保保保保守守守守末末末末端端端端，

14、中中中中间间间间为为为为可可可可变变变变区区区区，含一个或多个基因盒含一个或多个基因盒含一个或多个基因盒含一个或多个基因盒l l整整整整合合合合子子子子含含含含有有有有3 3 3 3个个个个功功功功能能能能元元元元件件件件：重重重重组组组组位位位位点点点点；整整整整合合合合酶基因；启动子酶基因；启动子酶基因；启动子酶基因；启动子l l通通通通过过过过转转转转座座座座子子子子或或或或接接接接合合合合性性性性质质质质粒粒粒粒，使使使使多多多多种种种种耐耐耐耐药药药药基基基基因因因因在细菌中进行水平传播在细菌中进行水平传播在细菌中进行水平传播在细菌中进行水平传播2021/7/27 星期二185 5、

15、噬菌体基因组：噬菌体基因组：形态结构形态结构形态结构形态结构:蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质核酸：核酸：核酸：核酸：dsDNA dsDNA dsDNA dsDNA 分布广分布广分布广分布广:有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导,溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换2021/7/27 星期二19基因转移基因转移(gene transfer)(gene

16、 transfer)：外源性遗传外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。物质由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组基因重组(gene recombination)(gene recombination)：转移转移的基因与受体菌的基因与受体菌DNADNA整合在一起的过程。整合在一起的过程。供体菌供体菌(donor)(donor)；受体菌受体菌(recipient)(recipient)第三节第三节 基因的转移和重组基因的转移和重组2021/7/27 星期二20一一、转转化化（transformation）：供供体体菌菌游游离离的的DNA片片段段被被受受体体菌菌直直接接摄摄取取，使使受受体菌获

17、得新的性状。体菌获得新的性状。*条件条件：受体菌与供体菌受体菌与供体菌DNA有同源性。有同源性。感感 受受 态：受体菌能摄取外源态：受体菌能摄取外源DNA片段的片段的生理状态。感受态一般出现在细菌对数生理状态。感受态一般出现在细菌对数生长期的后期，持续时间约生长期的后期，持续时间约34小时。小时。2021/7/27 星期二21小鼠体内肺炎链球菌的转化试验小鼠体内肺炎链球菌的转化试验2021/7/27 星期二22转化因子转化因子（transforming principle）l l在转化过程中，转在转化过程中，转在转化过程中，转在转化过程中，转化的化的化的化的DNADNA片段称为片段称为片段称为

18、片段称为转化因子转化因子转化因子转化因子 ，分子，分子，分子，分子量小于量小于量小于量小于10107 7，最多，最多，最多，最多不超过不超过不超过不超过10201020个基个基个基个基因。因。因。因。感受态感受态（competence）2021/7/27 星期二23二二、接接合合(conjugation)(conjugation)：细细菌菌通通过过性性菌菌毛毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。2021/7/27 星期二24l lF F质粒（质粒（fertility factor,fertility factor,致育因子）致育因子）接触：细胞质沟通接

19、触：细胞质沟通转移：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2021/7/27 星期二25l lHfrHfr（高频重组菌株）：（高频重组菌株）：F 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 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2021/7/27 星期二26HfrHfr转移细菌染色体过程转移细菌染色体过程2021/7/27 星期二27 R R质粒质粒（1 1）耐耐药药传传递递因因子：编码性菌毛子：编码性菌

20、毛（2 2）耐耐药药决决定定因因子：耐药子：耐药 2021/7/27 星期二28三三、转转导导（transductiontransduction）：以以温温和和噬噬菌菌体体为为载载体体，将将供供体体菌菌的的一一段段DNADNA转转移移到到受受体体菌菌内内，使使受受体体菌菌获获得得新新的性状。的性状。2021/7/27 星期二29（1 1）普普 遍遍 性性 转转 导导 前前噬噬菌菌体体脱脱离离溶溶原原性性细细菌菌增增殖殖时时，误误装装入入细细菌菌DNADNA。故故该该噬噬菌菌体体感感染染受受体体菌菌时时，则则将将供供体体菌菌DNADNA带入受体菌内。带入受体菌内。完全转导完全转导 流产转导流产转

21、导未整合未整合整整 合合2021/7/27 星期二30普遍性转导模式图普遍性转导模式图2021/7/27 星期二31局限性转导模式图局限性转导模式图2 2、局限性转导：、局限性转导：前噬菌体从宿主前噬菌体从宿主菌染色体脱离时菌染色体脱离时发生偏差，将前发生偏差，将前噬菌体两侧的宿噬菌体两侧的宿主染色体基因转主染色体基因转移到受体菌，使移到受体菌，使受体菌的遗传性受体菌的遗传性状发生改变的过状发生改变的过程。程。2021/7/27 星期二32普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点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

22、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裂解期裂解期溶原期溶原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任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNA及供体及供体及供体及供体菌菌菌菌DNADNA的特定部位的特定部位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产转完全转导或流产转完全转导或流产转导导导导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌

23、DNADNA特定部位的遗特定部位的遗特定部位的遗特定部位的遗传特性传特性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转导频率较普遍转转导频率较普遍转导增加导增加导增加导增加10001000倍倍倍倍(10(10-4 4)2021/7/27 星期二33四四、溶溶原原性性转转换换：是是宿宿主主菌菌染染色色体体中中整整合合了噬菌体的了噬菌体的DNADNA片段而获得新的遗传性状。片段而获得新的遗传性状。2021/7/27 星期二34五、原生质体融合五、原生质体融合两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，两种不同细菌经溶菌酶或青霉

24、素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。合的过程。2021/7/27 星期二35机机 制制基因来源基因来源转移方式转移方式转转 化化供体菌供体菌直接摄取直接摄取转转 导导供体菌供体菌噬菌体为载体噬菌体为载体接接 合合供体菌供体菌性菌毛性菌毛溶原性转换溶原性转换噬菌体噬菌体整合整合基因的转移和重组模式比较基因的转移和重组模式比较2021/7/27 星期二36第四节第四节 基因突变基因突变*突突变变：指指细细菌菌遗遗传传物物质质DNA结结构构发发生生突突然然而而稳稳定定的的改改变变，导导致致细细菌菌发发生生遗遗传传性性变变异。异。2021/7/27

25、星期二37一、基因突变的规律：一、基因突变的规律：（1）突变率突变率 细细菌菌都都可可自自发发突突变变，但但频频率率较较低低（突突变率约变率约109106）加加入入诱诱导导剂剂（紫紫外外线线、X射射线线、烷烷化化剂剂、亚亚硝硝酸酸盐盐等等）突突变变率率可可提提高高1001000倍（诱导突变）倍（诱导突变）彷徨试验：随机的、非定向的突变是在彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。变仅起筛选而不是诱导作用。2021/7/27 星期二38彷徨试验示意图彷徨试验示意图2021/7/27 星期二39（2）突变与选择突

26、变与选择 突突变变是是随随机机和和不不定定向向的的，细细菌菌染染色色体体上上数数千千个个基基因因中中哪哪个个发发生生突突变变，导导致致何何种突变均非外界因素所决定种突变均非外界因素所决定 外外界界因因素素只只能能起起选选择择性性作作用用，选选择择出出突变株突变株（3）回回复复突突变变 野野生生型型菌菌株株（突突变变）突突变变型型菌菌株株（回回复复突突变变）与与野野生生型型菌株表型相同（基因型不一定相同）菌株表型相同（基因型不一定相同）2021/7/27 星期二40影印培养试验示意图影印培养试验示意图自发的，随机的，非自发的，随机的，非自发的，随机的，非自发的，随机的，非诱导的药物仅起选择诱导的

27、药物仅起选择诱导的药物仅起选择诱导的药物仅起选择作用作用作用作用2021/7/27 星期二41二、突变的类型和机制：二、突变的类型和机制：（1）碱基置换：碱基置换：转转换换：嘌嘌呤呤间间（AG），嘧嘧啶啶间间（TC）颠换：颠换：嘌呤嘧啶间（嘌呤嘧啶间（AT，CG）（2）碱基的插入或缺失：碱基的插入或缺失：致密码子错误致密码子错误（3）转位因子的插入：）转位因子的插入：2021/7/27 星期二42诊断困难诊断困难 H HO O变变异：如伤寒沙门菌鞭毛异：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

28、困难：耐药治疗困难：耐药 预防：预防：BCGBCG第五节第五节 细菌遗传变异细菌遗传变异在医学上的意义在医学上的意义 2021/7/27 星期二43 Ames试验：试验：2021/7/27 星期二44 基因工程基因工程l l载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体l l工工工工程程程程菌菌菌菌和和和和酶酶酶酶：限限限限制制制制性性性性内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶l l选选选选择择择择目目目目的的的的基基基基因因因因，细细细细菌菌菌菌中中中中表表表表达达达达，如如如如胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素、白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等l l基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗2021/7/27 星期二45思思 考考 题题常见细菌遗传变异的现象有哪些？常见细菌遗传变异的现象有哪些？细菌基因转移与重组：转化、接合、转细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念导、溶原性转换、原生质体融合的概念及异同。及异同。细菌变异在医学上的意义？细菌变异在医学上的意义？2021/7/27 星期二46