細(xì)菌的遺傳與變異

細(xì)菌的遺傳與變異第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二掌握：細(xì)菌質(zhì)粒的概念及主要性質(zhì)，F(xiàn)質(zhì)粒及R質(zhì)粒的概念。熟悉：細(xì)菌的遺傳物質(zhì)。細(xì)菌的變異現(xiàn)象。教

學(xué)

目

標(biāo)了解：細(xì)菌的遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二思考：與細(xì)菌性狀相關(guān)的遺傳物質(zhì)有哪些？細(xì)菌有哪些方式可改變遺傳物質(zhì)細(xì)菌的遺傳與變異有何用途第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二遺傳(heredity)：細(xì)菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳。變異(variation)：在一定條件下，子代與親代之間以及子代與子代之間的生物學(xué)性狀出現(xiàn)的差異。細(xì)菌的遺傳保證了物種的穩(wěn)定性，變異則產(chǎn)生變種或新種，有利于物種的進(jìn)化第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)

菌

變

異

的

類

型1.遺傳性變異：又稱基因型變異特點(diǎn)：①常發(fā)生于個別的細(xì)菌②不受環(huán)境因素的影響③變異是不可逆的牛型結(jié)核桿菌（有毒株）膽汁-甘油-馬鈴薯培養(yǎng)13年，230次傳代減毒株（BCG）例：第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二2.表型變異：又稱非遺傳性變異特點(diǎn)：①基因結(jié)構(gòu)未改變。②發(fā)生于同一環(huán)境中所有細(xì)菌③影響因素去除后，變異的性狀又可復(fù)原。例：細(xì)菌L型第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)細(xì)菌基因組質(zhì)粒噬菌體基因組包括細(xì)菌染色體染色體以外遺傳物質(zhì)第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二1、細(xì)菌染色體特征：①多數(shù)為一條環(huán)狀dsDNA。②非編碼序列少、基因多為單拷貝、無內(nèi)含子、操縱子結(jié)構(gòu)。⑤致病島（pathogenicityisland）病原菌基因組中存在編碼與細(xì)菌毒力或致病性相關(guān)因子的外源DNA片段。第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二①致育質(zhì)?；蚍QF質(zhì)粒（fertilityplasmid）②耐藥性質(zhì)粒③毒力質(zhì)粒或Vi質(zhì)粒④Col質(zhì)粒－細(xì)菌素⑤代謝質(zhì)粒－乳糖酶2、質(zhì)粒種類第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二①自我復(fù)制能力：一個質(zhì)粒是一個復(fù)制子②可自行丟失與清除質(zhì)粒非是細(xì)菌生命活動必須的遺傳物質(zhì)③可在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移④相容性與不相容性⑤編碼細(xì)菌某些特定性狀：如致育性、耐藥性、致病性質(zhì)粒特征第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二3、轉(zhuǎn)位因子(transposableelement)（1）概念：細(xì)菌基因組內(nèi)能改變自身位置的一段核苷酸序列第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二（2）特點(diǎn)：①是細(xì)菌菌體內(nèi)可移動的遺傳物質(zhì)②能在質(zhì)粒間、染色體間、質(zhì)粒與染色體之間、染色體內(nèi)自行轉(zhuǎn)移位置③轉(zhuǎn)座作用依賴自身合成的特異性轉(zhuǎn)座酶（tansposase）第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二（3）分類特點(diǎn)：最簡單的轉(zhuǎn)座因子。結(jié)構(gòu)中不含與轉(zhuǎn)座無關(guān)的功能性表達(dá)基因。可獨(dú)立存在，也可成為轉(zhuǎn)座子的一部分。1）插入序列（insertionsequence,IS）第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二2）轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）

除兩端的IS外還帶有與轉(zhuǎn)座無關(guān)的耐藥、毒力等基因，并隨Tn轉(zhuǎn)座發(fā)生轉(zhuǎn)移重組，致染色體突變，促使生物變異。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二4、整合子（integron，In）

存在于染色體、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上的一種運(yùn)動性DNA分子，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因的表達(dá)單位。1989年Strokes和Hall首次提出整合子的概念。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)細(xì)菌基因突變范圍：點(diǎn)突變或小突變大突變（染色體畸變）細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性變異誘因：自發(fā)突變、誘發(fā)突變方式：堿基置換、移碼突變特點(diǎn)：隨機(jī)性和可回復(fù)性第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二影印培養(yǎng)示意圖

抗生素敏感細(xì)菌接種于1952年，Lederberg等設(shè)計了影印試驗(yàn)（replicaplating），篩選耐藥菌株第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二1.細(xì)菌耐藥性突變是自發(fā)的，隨機(jī)的，非誘導(dǎo)的；2.藥物僅起選擇作用3.突變發(fā)生越早，產(chǎn)生抗性突變株就越多。影印試驗(yàn)證實(shí)：第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)基因的轉(zhuǎn)移和重組細(xì)菌間基因的轉(zhuǎn)移與重組是發(fā)生遺傳性變異的重要原因之一。基因轉(zhuǎn)移(genetransfer)遺傳物質(zhì)由供體菌進(jìn)入受體菌體內(nèi)的過程?；蛑亟M(recombination)轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起。第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二基因轉(zhuǎn)移重組的方式：受體菌直接攝取供體菌游離DNA片段，整合后改變了受體菌的遺傳性狀。1.轉(zhuǎn)化（Transformation）第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二如小鼠體內(nèi)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二遺傳物質(zhì)通過性菌毛由供體菌傳遞給受體菌，使受體菌遺傳性狀發(fā)生改變的過程。2.接合（Conjugation）①F質(zhì)粒的接合②R質(zhì)粒的接合第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二HfrF-HfrF-Hfr重組的F-第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二以溫和噬菌體為載體，把供體菌的基因轉(zhuǎn)移到受體菌，使受體菌獲得新性狀的過程3.轉(zhuǎn)導(dǎo)（Transduction）１普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)2局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)果普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）或稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)溶原期時，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二4.溶原性轉(zhuǎn)換（Lysogenicconversion）溫和噬菌體的DNA整合到宿主菌染色體DNA后，成為溶原狀態(tài)導(dǎo)致遺傳性變異。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)細(xì)菌遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的實(shí)際意義(一)形態(tài)結(jié)構(gòu)變異與細(xì)菌學(xué)診斷變異細(xì)菌失去典型特性，影響正確診斷H→O變異：如傷寒沙門菌鞭毛S→R變異：消失莢膜或多糖抗原性改變毒力下降，生化反應(yīng)改變第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二形態(tài)結(jié)構(gòu)變異鼠疫耶氏菌3-6%食鹽多形性第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二正常形態(tài)細(xì)菌青霉素、溶菌酶L型變異蠟樣芽胞桿菌L型的鏡下形態(tài)（多形性）第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu)的變異莢膜、鞭毛、芽胞炭疽桿菌42-43℃10-20天失去形成芽胞能力,毒性降低變形桿菌有鞭毛0.1%苯酚失去鞭毛H-O變異第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二(二)細(xì)菌耐藥變異與控制

：藥敏試驗(yàn)

藥敏試驗(yàn)：是指測定某種細(xì)菌對某種抗菌藥物敏感程度的體外試驗(yàn)。臨床上可通過合理用藥等措施，降低耐藥性突變的發(fā)生機(jī)會。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二(三)細(xì)菌毒力變異與疾病預(yù)防增強(qiáng)白喉棒狀桿菌β棒狀噬菌體獲得白喉毒素減弱牛分枝桿菌膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基13年(230代)卡介苗第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二(四)流行病學(xué)分析分子生物學(xué)的方法追蹤傳染源或相關(guān)基因的轉(zhuǎn)移和播散。第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二(五)檢測致癌物對細(xì)菌有誘變作用的化學(xué)物質(zhì)，一般均有致癌的可能性。常采用細(xì)菌作為模型進(jìn)行可疑致癌物的篩選。常用試驗(yàn)：Ames試驗(yàn)原理：是突變菌在誘變劑的作用下可能會發(fā)生回復(fù)突變而恢復(fù)其原有性狀。第36頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二(