董海艳《医学微生物学》第4章细菌遗传和变异.ppt
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1、 第四章第四章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异医学微生物学与免疫学教研室 董海艳主要内容主要内容uu概念uu细菌的变异现象uu细菌遗传和变异的物质基础uu细菌变异的机制概概念念n n遗传遗传(heredity)亲代的生物性状相对稳定地传给子代,使物种亲代的生物性状相对稳定地传给子代,使物种亲代的生物性状相对稳定地传给子代,使物种亲代的生物性状相对稳定地传给子代,使物种得以延续。得以延续。得以延续。得以延续。n n变异(变异(variation)在一定条件下,子代和亲代之间、子代和子代在一定条件下,子代和亲代之间、子代和子代在一定条件下,子代和亲代之间、子代和子代在一定条件下,子代和亲代之间、
2、子代和子代之间的生物学性状出现之间的生物学性状出现之间的生物学性状出现之间的生物学性状出现差异差异差异差异称为变异。称为变异。称为变异。称为变异。细菌的变异分为细菌的变异分为n n遗传性变异(基因型变异)遗传性变异(基因型变异)遗传性变异(基因型变异)遗传性变异(基因型变异):-细菌的细菌的细菌的细菌的基因结构基因结构基因结构基因结构发生了改变,如:基因突变、转移、重组发生了改变,如:基因突变、转移、重组发生了改变,如:基因突变、转移、重组发生了改变,如:基因突变、转移、重组-特点:发生于特点:发生于特点:发生于特点:发生于个别个别个别个别细菌,不受环境影响,细菌,不受环境影响,细菌,不受环境
3、影响,细菌,不受环境影响,不可逆不可逆不可逆不可逆,新性状,新性状,新性状,新性状可遗传可遗传可遗传可遗传n n非遗传性变异(表型变异)非遗传性变异(表型变异)非遗传性变异(表型变异)非遗传性变异(表型变异):-细菌在一定的细菌在一定的细菌在一定的细菌在一定的环境条件影响环境条件影响环境条件影响环境条件影响下产生的变异,其基因结构未下产生的变异,其基因结构未下产生的变异,其基因结构未下产生的变异,其基因结构未改变。如:形态结构变异、菌落变异改变。如:形态结构变异、菌落变异改变。如:形态结构变异、菌落变异改变。如:形态结构变异、菌落变异-特点:特点:特点:特点:所有所有所有所有细菌出现相应变异,
4、环境因素去除,变异的性细菌出现相应变异,环境因素去除,变异的性细菌出现相应变异,环境因素去除,变异的性细菌出现相应变异,环境因素去除,变异的性状状状状可复原可复原可复原可复原,不遗传不遗传不遗传不遗传Back一、一、细菌的变异现象细菌的变异现象n n形态结构变异形态结构变异n n毒力变异毒力变异n n耐药性耐药性变异变异n n菌落菌落变异变异细胞壁变异:有细胞壁变异:有无无go荚膜变异:有荚膜变异:有无无如:如:肺炎链球菌肺炎链球菌肺炎链球菌肺炎链球菌 芽胞变异:有芽胞变异:有无无如:炭疽杆菌如:炭疽杆菌鞭毛变异:有鞭毛变异:有无(无(H-O变异)变异)gogo1、细菌形态结构的变异、细菌形态
5、结构的变异(1 1)细菌细菌L型变异:型变异:青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型细菌 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型形态结构变异葡萄球菌葡萄球菌L型变异型变异细菌细菌L型油煎蛋型油煎蛋样菌落样菌落(2 2)荚膜变异)荚膜变异(3)芽胞变异)芽胞变异42-4342-43炭疽杆菌炭疽杆菌炭疽杆菌炭疽杆菌 失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性毒性毒性毒性10-2010-20天天天天降低降低降低降低(4)鞭毛变异)鞭毛变异 鞭毛细菌鞭毛细菌 无鞭毛菌无鞭毛菌(单个菌落)(单个菌落)(单个菌落)(单个菌落)(迁徙生长)(迁徙生长)(迁徙生
6、长)(迁徙生长)(点种在含(点种在含(点种在含(点种在含0.1%0.1%石碳酸的培养基)石碳酸的培养基)石碳酸的培养基)石碳酸的培养基)2、毒力变异、毒力变异-棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌 产生白喉毒素 增强增强2、毒力变异、毒力变异-胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌卡介苗卡介苗13年年(230代代)(BCG)减弱减弱1921年Albert Calmette Camille Guerin3、耐药性变异、耐药性变异n n 概念概念概念概念:细菌对细菌对细菌对细菌对某种某种某种某种抗菌药物由敏感变成耐药。抗
7、菌药物由敏感变成耐药。抗菌药物由敏感变成耐药。抗菌药物由敏感变成耐药。n n多重耐药多重耐药多重耐药多重耐药:有些细菌还表现为同时耐受有些细菌还表现为同时耐受有些细菌还表现为同时耐受有些细菌还表现为同时耐受多种多种多种多种抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药 物,甚至产生药物依赖性。物,甚至产生药物依赖性。物,甚至产生药物依赖性。物,甚至产生药物依赖性。含链霉素培养基含链霉素培养基含链霉素培养基含链霉素培养基痢疾杆菌痢疾杆菌痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株依链株依链株(耐药菌株耐药菌株耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养长期培养长期培养4、菌落变异、菌落变异(S-RS-R变异)变异)n n在陈旧培养基中长期培养
8、在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑光滑(S)型菌落型菌落粗糙粗糙(R)型菌落型菌落或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内n n一般,一般,一般,一般,S S型菌落致病力强。型菌落致病力强。型菌落致病力强。型菌落致病力强。二、细菌遗传变异的物质基础二、细菌遗传变异的物质基础n 细菌的遗传物质包括:细菌的遗传物质包括:细菌的细菌的 染色体染色体 染色体外遗传物质:染色体外遗传物质:质质 粒粒转位因子转位因子1、细菌染色体、细菌染色体n n细菌染色体:细菌染色体:环状双螺旋DNA,缺乏组蛋 白,无核膜包围。2 2、质粒(、
9、质粒(plasmidplasmid)n n概念:概念:概念:概念:位于胞浆细菌染色体外的遗传物质,是环状位于胞浆细菌染色体外的遗传物质,是环状位于胞浆细菌染色体外的遗传物质,是环状位于胞浆细菌染色体外的遗传物质,是环状闭合的双链闭合的双链闭合的双链闭合的双链DNADNADNADNA,编码生物学性状,能自行复制。编码生物学性状,能自行复制。编码生物学性状,能自行复制。编码生物学性状,能自行复制。n n质粒的特征质粒的特征质粒的特征质粒的特征 自我复制能力,为复制子自我复制能力,为复制子自我复制能力,为复制子自我复制能力,为复制子 决定细菌某些性状决定细菌某些性状决定细菌某些性状决定细菌某些性状
10、可自行丢失与消除可自行丢失与消除可自行丢失与消除可自行丢失与消除 可转移性:通过结合、转化、转导可转移性:通过结合、转化、转导可转移性:通过结合、转化、转导可转移性:通过结合、转化、转导 可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性常见的质粒类型常见的质粒类型1.1.1.1.F F F F质粒(致育质粒)质粒(致育质粒)质粒(致育质粒)质粒(致育质粒)编码性菌毛编码性菌毛编码性菌毛编码性菌毛,介导细菌间的结合能力,介导细菌间的结合能力,介导细菌间的结合能力,介导细菌间的结合能力2.2.2.2.耐药性质粒:耐药性质粒:耐药性质粒:耐药性质粒:编码编码编
11、码编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的细菌对抗菌药物或重金属盐类的细菌对抗菌药物或重金属盐类的细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性耐药性耐药性耐药性。包括:结合性(包括:结合性(包括:结合性(包括:结合性(R R R R质粒)和非结合性耐药质粒质粒)和非结合性耐药质粒质粒)和非结合性耐药质粒质粒)和非结合性耐药质粒3.3.3.3.毒力质粒(毒力质粒(毒力质粒(毒力质粒(ViViViVi质粒):质粒):质粒):质粒):编码编码编码编码与致病有关的与致病有关的与致病有关的与致病有关的毒力因子,毒力因子,毒力因子,毒力因子,如:如:如:如:STSTSTST质粒质粒质粒质粒4.4.4.4.细菌素质粒:细菌素
12、质粒:细菌素质粒:细菌素质粒:编码细菌素编码细菌素编码细菌素编码细菌素,如大肠菌素质粒,如大肠菌素质粒,如大肠菌素质粒,如大肠菌素质粒ColColColCol质粒质粒质粒质粒5.5.5.5.代谢质粒:代谢质粒:代谢质粒:代谢质粒:编码编码编码编码产生与代谢相关的许多产生与代谢相关的许多产生与代谢相关的许多产生与代谢相关的许多酶类酶类酶类酶类3、转位因子(、转位因子(transposable element,Te):):n n概念:概念:概念:概念:存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的一分子上的一分子上的一分子上的一段特异性
13、核苷酸序列片段,能在段特异性核苷酸序列片段,能在段特异性核苷酸序列片段,能在段特异性核苷酸序列片段,能在DNADNA分子中分子中分子中分子中移移移移动动动动,不断改变它们在基因组的位置。,不断改变它们在基因组的位置。,不断改变它们在基因组的位置。,不断改变它们在基因组的位置。n n从基因组一个位置转移到另一个位置从基因组一个位置转移到另一个位置从基因组一个位置转移到另一个位置从基因组一个位置转移到另一个位置-即转位。即转位。即转位。即转位。转位因子转位因子转位因子分为转位因子分为3 3类类 插入序列(插入序列(插入序列(插入序列(insertionsequenceinsertionsequen
14、ce,ISIS):最小的最小的最小的最小的TeTe,仅含与转位相关的基因,两端为反向重复序,仅含与转位相关的基因,两端为反向重复序,仅含与转位相关的基因,两端为反向重复序,仅含与转位相关的基因,两端为反向重复序列。列。列。列。转座子(转座子(转座子(转座子(transposontransposon,TnTn):含转位相关基因及耐药性基因、含转位相关基因及耐药性基因、含转位相关基因及耐药性基因、含转位相关基因及耐药性基因、抗金属基因、毒素基因抗金属基因、毒素基因抗金属基因、毒素基因抗金属基因、毒素基因等其他结构基因。等其他结构基因。等其他结构基因。等其他结构基因。-Tn-Tn可引起插入失活,也可
15、带入耐药基因,导致耐药性可引起插入失活,也可带入耐药基因,导致耐药性可引起插入失活,也可带入耐药基因,导致耐药性可引起插入失活,也可带入耐药基因,导致耐药性的播散。的播散。的播散。的播散。(3 3)转座噬菌体:转座噬菌体:转座噬菌体:转座噬菌体:IS IS Resistance Gene(s)IS IS Resistance Gene(s)三、细菌变异的机制三、细菌变异的机制n n非遗传性变异:非遗传性变异:非遗传性变异:非遗传性变异:环境条件的变化环境条件的变化环境条件的变化环境条件的变化n n遗传性变异:遗传性变异:遗传性变异:遗传性变异:基因的突变与修复基因的突变与修复基因的突变与修复基
16、因的突变与修复基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组n n基因转移基因转移基因转移基因转移(gene transfer)外源性外源性外源性外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞内的过程称为基因转移。内的过程称为基因转移。内的过程称为基因转移。内的过程称为基因转移。n n重组重组重组重组(recombination)转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合整合整合整合在一起称为重组,在一起称为重组,在一起称为重组,在一起
17、称为重组,使受体菌获得供体菌的某些性状。使受体菌获得供体菌的某些性状。使受体菌获得供体菌的某些性状。使受体菌获得供体菌的某些性状。n n基因转移和重组的方式:基因转移和重组的方式:基因转移和重组的方式:基因转移和重组的方式:转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合转化、接合、转导、溶原性转换、原生质融合基因转移和重组的方式:基因转移和重组的方式:1.1.转化转化(transformation)2.2.接合接合(conjugation)3.3.转导转导(transduction)4.4.溶原性转换溶原性转换(lyso
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