(3.25)--细菌遗传变异微生物学.pdf

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1、细菌细菌的遗传和变异的遗传和变异Bacterial Bacterial genetics and mutationgenetics and mutation遗传（遗传（heredity):子代与亲代生物学性状的相似。general stability on“likeness”in the characteristics of progeny and parent变异（变异（variation):子代与亲代以及子代与子代之间生物学性状的差异。the difference between progeny and parent.Heritable variation:genetic substanc

2、e changesNonheritable variation:environment changes遗传性变异遗传性变异(hereditary variation)or（基因型变异genotypic variation)非遗传性变异非遗传性变异(non-hereditary variation)（表型变异 phenotypic variation）遗传性变异和非遗传性变异的区别遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗传+-可逆性-+外界环境-+变异幅度个别细胞群体第一节 细菌的变异现象variation phenomena of bacteria 形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异1

3、.1.形态结构变异形态结构变异variation of shape and structurea.形态的变异：迟缓期对数期稳定期、衰退期（大）（小）（多型性）b.L 型变异青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异(L form)(Normal bacterium)抗体或补体(部分或完全失去(antibody or complement)胞壁)c.3-6%NaCl鼠疫耶氏菌多形态性(polymorphism)陈旧培基物d.特殊结构的变异(variation of bacterial special structures)42-43炭疽杆菌失去形成芽胞芽胞能力,毒性降低10-20天变形杆菌0.1%石炭酸

4、迁徙生长（H）点状生长、单个菌落（O）(H:薄膜（德语hauch）O：无薄膜（德语ohn hauch）鞭毛变异即鞭毛变异即(H-O变异变异)2.毒力变异(virulence variation)增强(enhancement):棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素(C.diphtheriae)(diphtheria-toxin)减弱(weakness):胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌卡介苗(BCG)13年(230代)3.耐药性变异(resistance variation)细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。耐药性突变（drug-resistant mutation机制重组（

5、recombination)耐药性质粒的转移（transmission of R plasmid)e.g.金黄色葡萄球菌含链霉素培基痢疾杆菌依链株(Streptomycin-dependent Strain)长期培养4.菌落变异colony variation在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落粗糙型菌落S(smooth colony)R(rough colony)原因：失去LPS的特异多糖(reason:loss of specific polysaccharide of LPS)菌落变异即菌落变异即(S-R变异变异)第二节第二节细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础基因组(genome)

6、：染色体染色体(chromosome)（mentioned above)染色体外遗传物质染色体外遗传物质(extra-chromosomal genetic elements)质粒质粒转位因子转位因子Chromosomal DNA or nucleoid generally a circular,double-stranded molecule of DNA that is also called nucleoid质粒（质粒（plasmidplasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链链DNA。带有遗传性息，能自行复制，随细带有遗传性息，能自行复

7、制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。需。(Extra-chromosomal genetic substance,circular,double-stranded DNA molecule,not essential for bacterial growth)特征特征自我复制能力自我复制能力(autonomous replication)编码产物赋予细菌某些性状特征编码产物赋予细菌某些性状特征(confer some features on bacteria)可自行丢失与消除可自行丢失与消除(can be lost)转移性转移性(transf

8、erable)相容性和不相容性相容性和不相容性(incompatible and compatible)几种重要的质粒 致育质粒致育质粒（F plasmid）耐药质粒耐药质粒(R plasmid)毒力质粒（Vi plasmid)细菌素质粒(Col plasmid)第三节第三节细菌的变异机制细菌的变异机制(mechanisms of bacterial variation)(mechanisms of bacterial variation)(一)基因的突变（mutation)1.Definition：微生物某些遗传物质发生突然而稳定的改变（a stable heritable change o

9、f bacterial gene)2.频率频率(frequency):10-6-10-93.种类:自发突变（spontaneous mutation)诱发突变（induced mutation)4.染色体畸变(chromosomal aberration)（二）基因的转移和重组 基因转移（基因转移（gene transfer）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。基因转移。重组（重组（recombination）转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某

10、些性状。获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、转化、接合、转导、溶原性转换溶原性转换和原生质体融合等方式进行。和原生质体融合等方式进行。1.1.转化（transformation）供体菌裂解游离的供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状受体菌获得新的性状。Definition:Genetic recombination in which a bacterium directly takes up a free DNA fragment and then incorporate it into

11、the recipient bacterial genome,resulting in the alteration of bacterial genetic constitution.转化试验2.接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒粒DNA）从供体菌转移给受体菌）从供体菌转移给受体菌。(Bacterial DNA is transferred from donor bacterium to recipient bacterium by F pilus.)接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质

12、接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，粒，F质粒、质粒、R质粒质粒、Col质粒和毒力质粒等。质粒和毒力质粒等。F质粒是最早发现的一种质粒质粒是最早发现的一种质粒。Mechanism of F+x F-CrossesF+F-F+F-F+F+F+F+F+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耐药株，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。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%有有R质粒，而致病性大肠质粒，而致病性大肠埃希菌埃希菌90%有有R质粒。质粒。与多重耐药性有关。与多重耐药性有关。耐药

13、质粒从一个细菌转移到另一耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。个细菌中。R质粒 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移 耐药（r）决定子3.转导（transduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。受体菌获得新的性状。（Donor bacterium DNA is transferred to recipient bacterium by phage)普遍性转导（generalized transduction

14、）局限性转导（restricted transduction）The mechanism of generalizedtransduction4.溶原性转换（lysogenic conversion）当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状(The presence of prophage DNA constitutes a genetic alteration to the host cell.)(。白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌、A群链球菌、肉毒梭

15、菌、产气荚膜梭菌、霍群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌乱弧菌基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenic conversion噬菌体整合5.原生质体融合(protoplast fusion)融合剂细胞去壁二倍体（diploid)第四节 细菌遗传变异的实际意义 在疾病的诊断及预防中的应用 细菌耐药性变异与抗感染治疗 在基因工程中的应用(一一)在疾病的预防及诊断中的应用在疾病的预防及诊断中的应用applications in disease diagnosis,treatment a

16、nd prevention a.毒力减弱(或无)疫苗（vaccine)b.毒力增强致病 c.L型细菌(L form bacterium)诊断(二二)细菌耐药性变异与抗感染治疗细菌耐药性变异与抗感染治疗a.耐药菌株的危害(harmfulness of drug-resistant strains)b.对策(the ways to deal with)：药敏实验（drug sensitivity test）早期、足量（early treatment,full dose）一定疗程(a definite course of treatment),联合用药（drugs in combination)不要滥用（no abuse of antibacterial drug)(三)在基因工程中的应用(applications in genetic engineering)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内，大量表达目的基因产转移到工程菌内，大量表达目的基因产物物 目前已大量生产目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品肝疫苗等生物制品