【教学课件】第5章细菌的遗传和变异.ppt

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1、第第5章章 细菌的遗传和变异细菌的遗传和变异遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）遗传性变异遗传性变异非遗传性变异非遗传性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细菌的变异现象形态、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异形态结构变异l l3-6%3-6%食盐食盐鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌多形态性多形态性陈旧培基物陈旧培基物青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)特殊结构的变异42-4342-43炭疽杆菌炭疽杆菌失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性降低毒性降低10-2010-20

2、天天变形杆菌变形杆菌0.1%0.1%石炭酸石炭酸迁徙生长（迁徙生长（H H）点状生长、单个菌落（点状生长、单个菌落（OO）鞭毛变异毒力变异增强棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素减弱胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌卡介苗1313年年(230(230代代)耐药性变异细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌有些细菌还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。含链霉素培基痢疾杆菌依链株长期培养菌落变异在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落粗糙型菌落SR原因：失去LPS的特异多糖细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色

3、体外遗传物质 质粒质粒 转位因子转位因子质粒（plasmid）l l细菌染色体外的遗传物质，细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链是环状闭合的双链DNADNA。带有遗传性息，能自行复带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所代细胞，并非细菌生长所必需。必需。l l特征特征 自我复制能力自我复制能力 编码产物赋予细菌某些性状编码产物赋予细菌某些性状特征特征 可自行丢失与消除可自行丢失与消除 转移性转移性 相容性和不相容性相容性和不相容性几种重要的质粒致育质粒（致育质粒（F F质粒）质粒）耐药质粒耐药质粒毒力质粒（毒力质粒（ViVi质粒）质粒）细菌素

4、质粒细菌素质粒代谢质粒代谢质粒转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。插入序列（插入序列（insertionsequence,ISinsertionsequence,IS）是最小的转位因子，是最小的转位因子，2 2kbkb，不携带任何已知与插入，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域功能无关的基因区域转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）2 2kbkb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗，除携带与转位有关的基

5、因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。可能与细菌的多重耐药性有关。IS ISResistance Gene(s)Tn转座子的特征转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3Tn1Tn2Tn3APAP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4Tn4APAP、SMSM（链霉素）、（链霉素）、SuSu（磺胺）（磺胺）Tn5Tn5KmKm（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6Tn6KmKmTn7Tn7TMPTMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMSMTn9Tn9CmCm（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tn10T

6、cTc（四环素）（四环素）tn551tn551EmEm（红霉素）（红霉素）Tn971Tn971EmEmTn1681Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌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些生物学性状。染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。细菌的变异机制基因的突变和损伤后修复基因的转移和重组基因的转移和重组基因转移（genetransfer）外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。过程称为基因转移。重

7、组（recombination）转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一起称为重组，整合在一起称为重组，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。细菌的基因转移和重组可通过转化转化、接合接合、转导转导、溶原性转换溶原性转换和原生质体融合等方式进行。转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化试验转化因子（transformingprinciple）在转化过程中，在转化过程中，转化的转化的DNADNA片段片段称为转化因子称为转化因子，分子量小于分子量小于10107 7，最多不超过最多不超过102010

8、20个基因。个基因。感受态（competence）接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+R质粒的接合日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。健康人中大肠埃希菌健康人中大肠埃希菌30%50%30%50%有有R R质粒，而致质粒，而致病性大肠埃希菌

9、病性大肠埃希菌90%90%有有R R质粒。质粒。与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。到另一个细菌中。lR质粒耐药传递因子（耐药传递因子（resistancetransferfactor,RTFresistancetransferfactor,RTF）l l与与F F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移耐药（耐药（r r）决定子）决定子转导（transduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。普遍性转导（普遍性转导（generalizedtr

10、ansductiongeneralizedtransduction）局限性转导（局限性转导（restrictedtransductionrestrictedtransduction）普遍性转导generalizedtransduction前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的解期的后期，噬菌体的DNADNA已大量复制，装配时可已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的能会发生装配错误，误将细菌的DNADNA片段装入噬菌片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正

11、常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。入受体菌内。被包装的被包装的DNADNA可以是供体菌染色体上的任何部分。可以是供体菌染色体上的任何部分。供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA结果完全转导流产转导未整合整合局限性转导restrictedtransductionl l或称特异性转导，或称特异性转导，所转导的所转导的只限于供体菌染色体上特定的只限于供体菌染色体上特定的基因。基因。l l溶原期时，噬菌体溶原期时，噬菌体DNADNA整合在整合在细菌染色体特定部位，噬菌体细菌染色体特定部位，噬菌体DNADNA发生偏差分离，将自身的发生

12、偏差分离，将自身的一段一段DNADNA留在细菌染色体上，留在细菌染色体上，而带走了细菌而带走了细菌DNADNA上两侧的基上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。供体菌上个别的基因。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

13、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)溶原性转换（lysogenicconversion）l l当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的菌体的D

14、NADNA片段，使其成为溶原状态时而致细菌片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状获得新的性状。白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、A A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌霍乱弧菌基因来源基因来源转移方式转移方式transformationtransformation供体菌供体菌直接摄取直接摄取conjugationconjugation供体菌供体菌性菌毛性菌毛transductiontransduction供体菌供体菌噬菌体为载体噬菌体为载体lysogenicconversionlysogenicconversion噬菌体噬菌体整合整合细菌遗传变异的实际

15、意义在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用在流行病学中的应用在基因工程中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化耐药菌株日益增多，预防耐药性药敏实验早期足量要有一定疗程,联合用药不要滥用减毒菌株和无毒株可制备成疫苗在测定致癌物质中的应用凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。Ames实验伤寒沙门菌（伤寒沙门菌（hishis-）（hishis+）在流行病学中的应用分子生物学分析方法已被用于流行病学调查质粒指纹图（质粒指纹图（PFPPFP）对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性在基因工程中的应用基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的切取目的基因切取目的基因连接到载体上连接到载体上转移到工程菌转移到工程菌内，大量表达目的基因产物内，大量表达目的基因产物目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、素、rIL-2rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品