2022年医学专题—细菌的遗传和变异.ppt

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1、第第5 5章章 细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传和变的遗传和变异异Heredity and Variation of Bacteria第一页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press遗传（遗传（heredity）：遗传物质从亲代传给子代，使得亲代与子代相）：遗传物质从亲代传给子代，使得亲代与子代相似。似。变异（变异（variation）：亲代与子代之间，以及子代不同个体之间，存）：亲代与子代之间，以及子代不同个体之间，存在的某些差异。在的某些差异。基因型变异（基因型变异（genotypic variation）：遗传物质发生改变）：

2、遗传物质发生改变(gibin)引起引起的变异。的变异。表型变异（表型变异（phenotypic variation）：外界环境条件的作用引）：外界环境条件的作用引起的变异。起的变异。第二页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press第一节第一节 细菌遗传与变异的物质基础细菌遗传与变异的物质基础 核酸是细菌遗传的物质基础，细菌的遗传物质是以染色体和染核酸是细菌遗传的物质基础，细菌的遗传物质是以染色体和染色体外的遗传物质形式（包括质粒和转位因子）存在的。另外噬菌色体外的遗传物质形式（包括质粒和转位因子）存在的。另外噬菌体也是影响细菌遗传变异

3、的重要遗传物质。体也是影响细菌遗传变异的重要遗传物质。基因（基因（gene）：是一段可转录的）：是一段可转录的DNA序列序列(xli)，含编码区和非编，含编码区和非编码区。码区。第三页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 微生物基因组学（微生物基因组学（microbial genomics）：是通过对微生物基因）：是通过对微生物基因组进行测序，并对所有序列进行研究的学科。组进行测序，并对所有序列进行研究的学科。其有利于：其有利于：微生物的分类微生物的分类(fn li)发现抗微生物的药物靶点发现抗微生物的药物靶点 发现与微生物的致

4、病和毒力相关的基因发现与微生物的致病和毒力相关的基因 筛选出制备疫苗的分子筛选出制备疫苗的分子第四页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press一、细菌的染色体一、细菌的染色体 染色体（染色体（chromosome）是细菌主要的遗传物质，由一条闭合环状）是细菌主要的遗传物质，由一条闭合环状的双链的双链DNA分子构成分子构成(guchng)，紧密缠绕成较致密的不规则小体，该小，紧密缠绕成较致密的不规则小体，该小体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有核蛋白，约含体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有核蛋白，约含5 000个基因。个基因。第五页，

5、共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 致病岛（致病岛（pathogenicity island）：即指编码细菌毒力因子的基）：即指编码细菌毒力因子的基因簇，为染色体上一些相对分子质量较大的因簇，为染色体上一些相对分子质量较大的DNA片段，编码整合片段，编码整合酶、转位酶等，其两侧往往具有重复序列和插入序列，可以水平转酶、转位酶等，其两侧往往具有重复序列和插入序列，可以水平转移移(zhuny)或丢失，其或丢失，其DNA片段的片段的G+C百分比和密码使用与宿主菌百分比和密码使用与宿主菌具有明显差异，一种病原菌可同时具有一个或几个致病岛

6、。有的细具有明显差异，一种病原菌可同时具有一个或几个致病岛。有的细菌失去致病岛则致病性下降或消失。如泌尿道致病性大肠埃希菌就菌失去致病岛则致病性下降或消失。如泌尿道致病性大肠埃希菌就有有8个，主要编码个，主要编码溶血素、菌毛、细胞坏死因子等。溶血素、菌毛、细胞坏死因子等。第六页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press二、质粒二、质粒 质粒（质粒（plasmid）是一种独立于染色体外，能进行自主复制的遗传）是一种独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子，主要因子，主要(zhyo)存在于细菌和真菌等多种微生物细胞中。质粒通常存在于细菌和

7、真菌等多种微生物细胞中。质粒通常以共价闭合环状的超螺旋双链以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中。质粒不仅与细分子存在于细胞中。质粒不仅与细菌遗传物质的转移有关，也与某些细菌的致病性，以及细菌的抗药性菌遗传物质的转移有关，也与某些细菌的致病性，以及细菌的抗药性等有关。等有关。第七页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press1.质粒的特性质粒的特性质粒具有质粒具有(jyu)自我复制的能力自我复制的能力所编码的基因产物赋予细菌某些性状所编码的基因产物赋予细菌某些性状质粒可自行丢失与消除质粒可自行丢失与消除质粒的转移性质粒的转移性

8、不相容性与相容性不相容性与相容性 第八页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press2常见的质粒类型常见的质粒类型（1）F质粒（质粒（fertility plasmid）：与致育性有关的质粒，：与致育性有关的质粒，F的含义是的含义是致育性，即具有编码致育性，即具有编码(bin m)性菌毛和介导细菌之间接合的能力。性菌毛和介导细菌之间接合的能力。第九页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press（2）耐药质粒（耐药质粒（resistance plasmid）：能使细菌对抗生素、化学

9、药：能使细菌对抗生素、化学药物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。根据耐药质粒能否通过物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。根据耐药质粒能否通过(tnggu)接合而转移，分为接合型和非接合型耐药质粒，接合性耐接合而转移，分为接合型和非接合型耐药质粒，接合性耐药质粒又称药质粒又称R质粒质粒（R质粒质粒=RTF+r），非接合性耐药质粒又称），非接合性耐药质粒又称r质粒。质粒。RTF：耐药转移因子耐药转移因子 r 决定决定(judng)子：子：耐药决耐药决定定(judng)子子 第十页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press（3）Col质粒（质粒

10、（Col plasmid）：是编码大肠菌素的质粒。大肠菌）：是编码大肠菌素的质粒。大肠菌素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭作用的蛋素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭作用的蛋白质类抗菌物质。白质类抗菌物质。（4）毒力质粒（）毒力质粒（virulence plasmid）：决定细菌毒素的基因，如致病）：决定细菌毒素的基因，如致病性大肠埃希菌的性大肠埃希菌的ST质粒质粒、LT质粒等。质粒等。（5）代谢质粒（）代谢质粒（metabolic plasmid）：携带能降解某些基质）：携带能降解某些基质(j zh)的酶的基因。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解的酶的基因

11、。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式。成能被其作为碳源和能源利用的简单形式。第十一页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press三、转位因子三、转位因子 转位因子（转位因子（transposable element）是指能够转移自身位置的）是指能够转移自身位置的一段一段DNA序列。转位因子可以从染色体或质粒等内部的一个位置序列。转位因子可以从染色体或质粒等内部的一个位置转移到另一个位置，转移到另一个位置，或者在染色体、质粒、噬菌体等之间转移。或者在染色体、质粒、噬菌体等之间转移。原核原核(y

12、un h)生物中的转位因子，可分为两类：生物中的转位因子，可分为两类：1.插入序列插入序列 2.转座子转座子第十二页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 插入序列插入序列（insertion sequence,IS）：分子小，只携带）：分子小，只携带(xidi)与转位功能有关的基因。与转位功能有关的基因。转座子转座子（transposon,Tn）：长度一般超过）：长度一般超过2 kb，除携带与，除携带与转位转位(zhun wi)有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基因等）。因等）

13、。第十三页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press第二节第二节 基因突变及其修复基因突变及其修复一、基因突变的特性一、基因突变的特性1.种类种类 突变（突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构是指生物体的遗传物质核酸的结构(jigu)发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生遗传性变异。遗传性变异。第十四页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 突变包括基因突变和染色体畸变。突变包括基因突变

14、和染色体畸变。（1）基因突变：是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置）基因突变：是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，所以又称换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，所以又称为为(chn wi)点突变。点突变。（2）染色体畸变：是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，）染色体畸变：是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质结构的改变。即较大范围内遗传物质结构的改变。第十五页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press2.基因突变的共同特性基因突变的共同

15、特性（1）自发性和不对应性）自发性和不对应性（2）稀少性）稀少性：自发突变率：自发突变率10-910-6。（3）可诱发性）可诱发性（4）独立性）独立性（5）稳定性）稳定性（6）可逆性：未发生突变的原始菌株称为野生）可逆性：未发生突变的原始菌株称为野生(yshng)株，株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。经突变后性状改变了的菌株称为突变株。第十六页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press二、自发突变的证实二、自发突变的证实 细菌突变的自发性可以用波动试验或影印细菌突变的自发性可以用波动试验或影印(yngyn)培养试验培养试验来证实

16、。来证实。波动波动(bdng)(bdng)试验试验第十七页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press影印影印(yngyn)培养试验培养试验第十八页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press三、三、DNA DNA损伤的修复损伤的修复1.光修复光修复2.切除切除(qich)修复修复3.重组修复重组修复4.SOS修复等修复等 第十九页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press第三节第三节 常见的几种细菌突变体常见的几种细菌

17、突变体1抗性突变体抗性突变体2条件致死突变体条件致死突变体3营养缺陷型突变体营养缺陷型突变体4毒力突变体：如毒力突变体：如卡介苗（卡介苗（Bacillus Calmette-Guerin,BCG）系系Calmette和和Guerin（1923年）将有毒的牛结核分枝杆菌培养于含甘油、年）将有毒的牛结核分枝杆菌培养于含甘油、胆汁和马铃薯的培养基上，经胆汁和马铃薯的培养基上，经13年年230次传代后成为弱毒的活菌疫苗次传代后成为弱毒的活菌疫苗(ymio)，广泛用于结核病的预防。，广泛用于结核病的预防。第二十页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education

18、Press第四节第四节 基因转移与重组基因转移与重组 基因转移（基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌进）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。入某受体菌的过程。基因重组（基因重组（recombination）：转移的基因与受体菌）：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。使受体菌获得供体菌的某些特性。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、接合转化、接合(jih)、转导、转导。第二十一页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press一、转化一、转化

19、 转化（转化（transformation）指来自供体菌游离的指来自供体菌游离的DNA片段直接片段直接进入并整合入受体菌基因组中，使受体菌获得进入并整合入受体菌基因组中，使受体菌获得(hud)部分新的遗部分新的遗传性状的过程。传性状的过程。第二十二页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press二、接合二、接合 通过通过(tnggu)性菌毛供体菌与受体菌直接接触，遗传物质自供体性菌毛供体菌与受体菌直接接触，遗传物质自供体菌转移入受体菌，使后者获得前者的部分遗传性状的过程称为菌转移入受体菌，使后者获得前者的部分遗传性状的过程称为接合接合（c

20、onjugation）。介导接合作用的质粒称为接合性质粒。介导接合作用的质粒称为接合性质粒。第二十三页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education PressF+：即含：即含F质粒，编码质粒，编码(bin m)性菌毛，该菌称雄性菌。性菌毛，该菌称雄性菌。F+F-的接合：的接合：F+F-F+F-F+F+F+F+第二十四页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press Hfr（high frequency recombination）：）：F质粒整合到细菌染色质粒整合到细菌染色体上，该菌称高频重组

21、菌。该细菌能使受体细菌高频地重组外源基体上，该菌称高频重组菌。该细菌能使受体细菌高频地重组外源基因因(jyn)到染色体上，从而提高染色体基因到染色体上，从而提高染色体基因(jyn)的转移。的转移。第二十五页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press F 因子：因子：Hfr的的F质粒可以从宿主菌的染色体上解离，重新变为质粒可以从宿主菌的染色体上解离，重新变为游离的游离的F质粒，质粒，但解离时有时但解离时有时(yush)会带下一小段宿主菌的染色体，会带下一小段宿主菌的染色体，我们将携带了宿主菌一部分染色体的我们将携带了宿主菌一部分染色体的

22、F质粒，称质粒，称F因子。因子。F因子也有因子也有致育性。致育性。HfrF第二十六页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press三、转导三、转导 以温和噬菌体为媒介，将供体菌的遗传物质转移入受体菌，以温和噬菌体为媒介，将供体菌的遗传物质转移入受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，这种方式称为使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，这种方式称为(chn wi)转转导（导（transduction）。通过转导而获得新遗传性状的受体菌称为转。通过转导而获得新遗传性状的受体菌称为转导子。导子。转导分为两类：普遍性转导和局限性转导转导分为两类：普遍

23、性转导和局限性转导第二十七页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 普遍性转导（普遍性转导（generalized transduction）：通过噬菌体可将供体菌）：通过噬菌体可将供体菌任何任何DNA片段片段(pin dun)转移至受体菌的转导。转移至受体菌的转导。第二十八页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 局限性转导（局限性转导（specialized transduction）：通过噬菌体将）：通过噬菌体将供体菌特定的基因供体菌特定的基因(jyn)转移给受

24、体菌的转导。转移给受体菌的转导。第二十九页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press 溶原性转换溶原性转换(zhunhun)（lysogenic conversion）：溶原性噬菌体的：溶原性噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改变，这种现象基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改变，这种现象称为溶原性转换。称为溶原性转换。通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：白喉棒状杆白喉棒状杆菌菌白喉毒素；白喉毒素；链球菌链球菌致热外毒素；致热外毒素；肉毒梭菌肉毒梭菌肉毒

25、毒素；肉毒毒素；产气荚膜梭菌产气荚膜梭菌毒素。毒素。原生质体融合（原生质体融合（protoplast fusion）：是指将两种细菌经处理失去细胞：是指将两种细菌经处理失去细胞壁成为原生质体后进行相互融合的过程。壁成为原生质体后进行相互融合的过程。第三十页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press第五节第五节 细菌遗传变异在医学上的应用细菌遗传变异在医学上的应用1.在诊断、治疗和预防方面的应用在诊断、治疗和预防方面的应用2.在检测在检测(jin c)致癌物质方面的应用致癌物质方面的应用3.在流行病学方面的应用在流行病学方面的应用4.在

26、重组在重组DNA技术中的应用技术中的应用第三十一页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press第六节第六节 细菌耐药性细菌耐药性 细菌耐药性（细菌耐药性（bacterial resistance）是细菌产生对抗生素不敏感是细菌产生对抗生素不敏感(mngn)的现象。的现象。一、耐药性的种类一、耐药性的种类 1.固有耐药（固有耐药（intrinsic resistance）：又称天然耐药性，是由细菌的种属）：又称天然耐药性，是由细菌的种属特性所决定的，可预测。特性所决定的，可预测。2.获得性耐药（获得性耐药（acquired resista

27、nce）：是由染色体突变，或由质）：是由染色体突变，或由质粒等介导产生的。粒等介导产生的。第三十二页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press二、细菌的耐药机制二、细菌的耐药机制(jzh)1.产生灭活酶产生灭活酶 由染色体或质粒等介导编码由染色体或质粒等介导编码-内酰胺酶。该酶使内酰胺酶。该酶使-内酰内酰胺环裂解而使该抗生素丧失抗菌作用。胺环裂解而使该抗生素丧失抗菌作用。2.抗菌药物作用靶位改变抗菌药物作用靶位改变 如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌多一种如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌多一种青霉素结合蛋白，即青霉素结合蛋白，即PBP2a。在高浓度

28、抗生素存在时，正常。在高浓度抗生素存在时，正常PBP失失活，此时活，此时PBP2a可替代正常可替代正常PBP的功能，参与细胞壁肽聚糖的合成，的功能，参与细胞壁肽聚糖的合成，从而使细菌表现出耐药。从而使细菌表现出耐药。3.主动外排机制主动外排机制 某些细菌能将进入菌体的药物泵出体外。某些细菌能将进入菌体的药物泵出体外。第三十三页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press三、控制细菌耐药的措施三、控制细菌耐药的措施1.尽早取样分离致病菌，进行药敏试验，选用抗菌药物。尽早取样分离致病菌，进行药敏试验，选用抗菌药物。2.如果患者感染如果患者感

29、染(gnrn)症状严重，可在临床诊断的基础上预测症状严重，可在临床诊断的基础上预测最可能的致病菌种，并根据以往细菌对各种抗菌药物的敏感度最可能的致病菌种，并根据以往细菌对各种抗菌药物的敏感度和耐药性的变迁，选择适当的药物。和耐药性的变迁，选择适当的药物。3.抗菌药物对病毒无治疗作用，除非伴有细菌感染或继发感染，一般抗菌药物对病毒无治疗作用，除非伴有细菌感染或继发感染，一般不应使用抗菌药物。不应使用抗菌药物。第三十四页，共三十六页。Higher Education PressHigher Education Press4.可用一种抗菌药物控制的感染可用一种抗菌药物控制的感染(gnrn)决不采用多

30、种药物联合，窄决不采用多种药物联合，窄谱抗菌药可控制的感染谱抗菌药可控制的感染(gnrn)不用广谱抗菌药。不用广谱抗菌药。5.严格掌握抗菌药物的预防应用、局部应用和联合用药，避免严格掌握抗菌药物的预防应用、局部应用和联合用药，避免滥用。滥用。6.医院应对耐药菌感染的患者采取相应的消毒隔离措施，防止医院应对耐药菌感染的患者采取相应的消毒隔离措施，防止细菌的院内交叉感染。细菌的院内交叉感染。第三十五页，共三十六页。内容(nirng)总结第5章 细菌的遗传和变异。微生物基因组学（microbial genomics）：是通过对微生物基因组进行测序，并对所有序列进行研究的学科。发现与微生物的致病和毒力相关的基因。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用(lyng)的简单形式。突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构发生了突然而稳定的变化第三十六页，共三十六页。