2022年醫(yī)學(xué)專題-第五章-細(xì)菌的遺傳和變異

第五章

細(xì)菌(xìjūn)的遺傳與變異基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部免疫學(xué)與病原生物學(xué)教研室

何海根電活O) 手機(jī)/p>

網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)平臺(tái)：81E-mail：hzhhg@126.com第一頁(yè)，共五十二頁(yè)。一、變異(biànyì)的現(xiàn)象第二頁(yè)，共五十二頁(yè)。1．形態(tài)(xíngtài)與結(jié)構(gòu)的變異（1）形態(tài)(xíngtài)變異鼠疫(shǔyì)耶爾森菌30～60g/LNaCl瓊脂培養(yǎng)基多形性Yersiniapestis第三頁(yè)，共五十二頁(yè)。有莢膜的肺炎(fèiyán)鏈球菌無(wú)莢膜的肺炎(fèiyán)鏈球菌（2）莢膜變異(biànyì)長(zhǎng)期人工培養(yǎng)第四頁(yè)，共五十二頁(yè)。（3）芽胞變異(biànyì)炭疽(tànjū)芽胞桿菌42℃，10～20天不產(chǎn)生(chǎnshēng)芽胞（芽胞）第五頁(yè)，共五十二頁(yè)。（4）鞭毛(biānmáo)變異普通(pǔtōng)變形桿菌1%石炭酸培養(yǎng)基不產(chǎn)生(chǎnshēng)鞭毛（鞭毛）（5）細(xì)菌的L型變異G＋菌高滲環(huán)境青霉素細(xì)胞壁缺陷的細(xì)菌（L型菌）（多形態(tài)性）第六頁(yè)，共五十二頁(yè)。牛型結(jié)核分枝桿菌含膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基培養(yǎng)13年，230代2．毒力變異卡介苗卡密特（AlbertCalmette，1863-1933）第七頁(yè)，共五十二頁(yè)。3．耐藥性變異(biànyì)痢疾志賀菌賴藥菌株（對(duì)鏈霉素敏感）微量鏈霉素人工培養(yǎng)耐藥菌株微量鏈霉素人工培養(yǎng)第八頁(yè)，共五十二頁(yè)。4．菌落(jūnluò)變異光滑(guānghuá)型菌落（S型）表面光滑，邊緣整齊，濕潤(rùn)(shīrùn)有光澤長(zhǎng)期人工培養(yǎng)粗糙型菌落（R型）表面粗糙，邊緣不整齊，干燥無(wú)光澤第九頁(yè)，共五十二頁(yè)。S型菌落(jūnluò)R型菌落(jūnluò)第十頁(yè)，共五十二頁(yè)。二、細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。1.染色體擬核/類(lèi)核（nucleoid）,一條(yītiáo)dsDNA

（1）較小，只有一個(gè)(yīɡè)復(fù)制啟始位點(diǎn)；

細(xì)菌(xìjūn)染色體的特征（3）結(jié)構(gòu)基因中沒(méi)有內(nèi)含子；

（2）功能上相關(guān)的幾個(gè)基因組成操縱子；數(shù)個(gè)操縱子可由一個(gè)調(diào)節(jié)子所調(diào)控。

（4）大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)；

（5）基因重疊少；

（6）大多為單拷貝；

（7）具有各種功能的識(shí)別區(qū)域。

第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。質(zhì)粒的主要(zhǔyào)特征：（1）能自我(zìwǒ)復(fù)制（2）編碼(biānmǎ)某些重要的生物學(xué)性狀（3）可自行丟失與消除（4）可經(jīng)接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式轉(zhuǎn)移（5）質(zhì)粒的相容性與不相容性R質(zhì)粒：耐藥性F質(zhì)粒：性菌毛細(xì)菌素質(zhì)粒：細(xì)菌素Vi質(zhì)粒：毒力2.質(zhì)粒代謝質(zhì)粒：酶第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。質(zhì)粒電鏡照片質(zhì)粒獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主(zìzhǔ)復(fù)制的遺傳因子。第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。編碼(biānmǎ)性菌毛，介導(dǎo)細(xì)菌之間接合的能力。

幾種(jǐzhǒnɡ)常見(jiàn)的質(zhì)粒F質(zhì)粒（fertilityfactor，致育因子(yīnzǐ)）重組區(qū)自主復(fù)制和不相容性區(qū)轉(zhuǎn)移基因群區(qū)第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。耐藥性質(zhì)粒（resistancefactor，

R因子(yīnzǐ)）耐藥性質(zhì)粒（R質(zhì)粒）耐藥決定(juédìng)子（r-det）耐藥傳遞(chuándì)因子（RTF）接合型耐藥質(zhì)粒非接合型耐藥質(zhì)?！╮-det）第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。是細(xì)菌基因組中的能改變自身(zìshēn)位置的一段DNA序列。分為(fēnwéi)兩類(lèi)轉(zhuǎn)座因子：插入序列轉(zhuǎn)座子（transposableelement）（1）概念(gàiniàn)及類(lèi)型2.轉(zhuǎn)座因子第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。插入序列

不帶有表現(xiàn)任何(rènhé)性狀的基因，只帶有編碼轉(zhuǎn)移時(shí)所需要的轉(zhuǎn)座酶的基因。（insertionsequence，IS）（反向(fǎnxiànɡ)重復(fù)序列）（轉(zhuǎn)座酶）第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。轉(zhuǎn)座子

攜帶轉(zhuǎn)座基因攜帶其他結(jié)構(gòu)(jiégòu)基因：抗藥基因毒素基因抗金屬基因（transposon，Tn）第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。轉(zhuǎn)座子及攜帶(xiédài)的耐藥性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 AP（氨芐青霉素）Tn4 AP、str（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧芐氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四環(huán)素）Tn551 Em（紅霉素）Tn971 EmTn681 大腸埃希菌（腸毒素基因）轉(zhuǎn)座子 攜帶耐藥或毒素基因第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)。3.整合(zhěnɡhé)子是一種運(yùn)動(dòng)性的DNA序列，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合(zhěnɡhé)外源性基因，使之轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄曰虻谋磉_(dá)單位。4.噬菌體基因組第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。三、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。

基因轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)（genetransfer）遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌內(nèi)的過(guò)程。

基因重組（generecombination）轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起。外源性遺傳物質(zhì)

供體菌染色體DNA片段(piànduàn)質(zhì)粒DNA噬菌體基因(jīyīn)第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。1.

轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)受菌直接攝取(shèqǔ)供菌游離的DNA片段，并將其整合到受菌的染色體中，從而獲得供菌部分遺傳性狀。TransformationinBacteria/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。第二十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。供菌的DNA片段(piànduàn)感受態(tài)的受菌Transformation轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)后的受菌第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。轉(zhuǎn)化因子與受菌表面(biǎomiàn)的DNA結(jié)合蛋白結(jié)合DNA單鏈進(jìn)入(jìnrù)受菌細(xì)胞DNA雙鏈中的一條(yītiáo)鏈被降解被轉(zhuǎn)運(yùn)到受菌染色體同源區(qū)與受菌染色體同源區(qū)發(fā)生置換性重組雜合DNA雙鏈分子染色體復(fù)制轉(zhuǎn)化型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過(guò)程第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。

供、受菌的基因型 兩菌親緣關(guān)系愈近。其基因愈相似，轉(zhuǎn)化愈高； 分子量小于10７，最多不超過(guò)10～20個(gè)基因

。

受菌的生理狀態(tài)——感受態(tài)

是指受體菌能夠從周?chē)h(huán)境中吸收(xīshōu)外源性DNA片段進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。環(huán)境因素

Ca2+、Mg2+、cAMP影響轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)的因素第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。2.

接合(jiēhé)（conjugation）供菌通過(guò)性菌毛與受菌相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供菌轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)入受菌，使受菌獲得供菌的部分遺傳性狀。大腸埃希菌與腸道桿菌(gǎnjūn)接合（電鏡掃描圖）第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。F質(zhì)粒重組(zhònɡzǔ)區(qū)自主(zìzhǔ)復(fù)制和不相容性區(qū)轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)基因群區(qū)第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)。F質(zhì)粒的接合(jiēhé)F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。高頻(ɡāopín)重組菌株

整合有F質(zhì)粒的菌株能夠(nénggòu)高頻率地轉(zhuǎn)移染色體基因至受菌，因此被稱為高頻重組（Hfr）菌株。（highfrequencyrecombinant，Hfr）第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。Hfr菌株細(xì)胞內(nèi)的F質(zhì)粒脫離核染色體組時(shí)攜帶(xiédài)一小段核染色體基因，這種特殊F質(zhì)粒稱為F＇質(zhì)粒。

F’質(zhì)粒

F＇質(zhì)粒第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。（1）F+和F－的接合(jiēhé)第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。

F質(zhì)粒在末端(mòduān)，F(xiàn)-菌獲的F質(zhì)粒的機(jī)會(huì)和很少。（2）Hfr和F－的接合(jiēhé)第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。（3）F＇和F－的接合(jiēhé)第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。R質(zhì)粒的構(gòu)成(gòuchéng)R質(zhì)粒的接合(jiēhé)耐藥決定子（r-det）耐藥傳遞因子（RTF）接合型耐藥質(zhì)粒非接合型耐藥質(zhì)粒——（r-det）（R質(zhì)粒）第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)通過(guò)噬菌體的媒介，將供菌的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移入受菌，通過(guò)交換(jiāohuàn)重組，使受菌獲得供菌的部分遺傳性狀。（transduction）第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)的類(lèi)型局限轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍(pǔbiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)完全(wánquán)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。通過(guò)完全缺陷(quēxiàn)噬菌體將供體菌基因組任何DNA片段轉(zhuǎn)移受體菌的現(xiàn)象。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)（generalizedtransduction）第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)。

完全轉(zhuǎn)導(dǎo)

外源性DNA片段與受體菌的染色(rǎnsè)體整合并隨染色體而傳代。

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)外源性DNA片段游離在胞質(zhì)中既不能與受體菌染色體整合，不能 自身復(fù)制，也不能傳代。

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)

兩種結(jié)局(jiéjú)第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。前噬菌體從宿主菌染色體上脫離時(shí)帶有宿主菌染色體基因，這種帶有宿主菌染色體基因的噬菌體基因組，經(jīng)生物(shēngwù)合成后，組裝成帶有宿主菌染色體基因的噬菌體，當(dāng)它再感染受菌時(shí)，可將供菌的基因帶入受菌，而使受體獲得供菌的的遺傳性狀。（restrictedtransduction）（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。galbioλ噬菌體DNA正常偏離galbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNA局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)示意圖第四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)：裝配錯(cuò)誤局限轉(zhuǎn)導(dǎo)：脫離錯(cuò)誤第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。溫和(wēnhé)噬菌體感染細(xì)菌，噬菌體基因組整合到細(xì)菌染色體上，使宿主菌獲得新遺傳性狀的現(xiàn)象。4.溶原性轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。5.原生質(zhì)融合(rónghé)將兩種不同細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此(bǐcǐ)融合的過(guò)程。第四十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。四、基因突變(jīyīntūbiàn)第四十七頁(yè)，共五十二頁(yè)?；蛲蛔?jīyīntūbiàn)是指DNA堿基對(duì)的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)的變化