4細菌的遺傳和變異

細菌的遺傳和變異遺傳(heredity)：使細菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其種屬得以保存。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性狀出現(xiàn)的差異。遺傳性變異（基因型變異）：是基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，特點是不可逆的，產(chǎn)生的新的性狀可穩(wěn)定的遺傳給后代。非遺傳性變異（表型變異）：是影響因素去除后，變異的性狀又可復原，不可遺傳。遺傳性變異非遺傳性變異基因改變+-遺傳+-可逆性-+外界環(huán)境-+變異幅度個別細胞群體細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異毒力變異耐藥性變異菌落變異形態(tài)結(jié)構(gòu)變異形態(tài)改變

3-6%食鹽

鼠疫耶氏菌多形態(tài)性

陳舊培基物

L型變異

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌

L型變異抗體或補體

(部分或完全失去胞壁)特殊結(jié)構(gòu)的變異

42-43℃

炭疽桿菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

變形桿菌0.1%石炭酸

遷徙生長（H）點狀生長、單個菌落（O）鞭毛變異毒力變異增強

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌

獲得白喉毒素減弱

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛分枝桿菌卡介苗

13年(230代)

耐藥性變異

細菌對某種抗菌藥物有敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。金黃色葡萄球菌1946年對青霉素的耐藥率14%，目前超過80%有些細菌還同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。含鏈霉素培基

痢疾桿菌依鏈株

長期培養(yǎng)

菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特異多糖細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì)

質(zhì)粒噬菌體轉(zhuǎn)位因子細菌的遺傳物質(zhì)是DNA（一）染色體（chromosome）一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈，按一定構(gòu)型反復回旋形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；附著在橫隔中介體上或細胞膜上；缺乏組蛋白，無核膜包裹；約含有4000-5000個基因；雙向復制，全過程約20min。（二）質(zhì)粒（plasmid）細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳性息，能自行復制，隨細菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細胞，并非細菌生長所必需。特征自我復制能力編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征可自行丟失與人工消除轉(zhuǎn)移性（接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導）相容性和不相容性幾種重要的質(zhì)粒（編碼的生物學性狀）致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒）毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）細菌素質(zhì)粒（COL質(zhì)粒）代謝質(zhì)粒概念：噬菌體（bacteriophage，phage）

是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。特征：1.

個體微小，可通過濾菌器；

2.

沒有完整的細胞結(jié)構(gòu)；

3.

專性細胞內(nèi)寄生，復制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體生物學特性形態(tài)與結(jié)構(gòu)蝌蚪形、微球形和絲形化學組成蛋白質(zhì)與核酸抗原性抵抗力頭部：內(nèi)含DNA/RNA

尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細胞表面特殊受體部位。頭部尾部尾鞘收縮尾絲與受體菌表面結(jié)合特異性特異性特異性！噬菌體的種類及與細菌的關(guān)系毒性噬菌體（virulentphage）能在宿主菌細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperatephage）/溶原性噬菌體（lysogenicphage）噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代毒性噬菌體復制周期吸附穿入生物合成成熟與釋放噬菌現(xiàn)象液體培養(yǎng)基混濁澄清固體培養(yǎng)基中，出現(xiàn)噬斑（plaque）一定體積內(nèi)的噬斑形成單位數(shù)目（pfu）溫和噬菌體前噬菌體（prophage）溶原性細菌（lysogenicbacterium）溶原性（lysogeny）溶原性周期和溶菌性周期溶原性轉(zhuǎn)換prophage:整合在細菌基因組中的噬菌體基因組溶原性細菌噬菌體的應用細菌的鑒定與分型噬菌體與宿主菌的關(guān)系有高度特異性，可用于未知細菌的鑒定和分型。如應用傷寒沙門菌Vi噬菌體可將有Vi抗原的傷寒沙門菌分成96個噬菌體型。分子生物學研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細菌和高等細胞簡單得多，而且容易獲得大量的突變體。細菌感染的診斷與治療應用噬菌體效價增長試驗可檢測標本中的相應細菌。在懷疑有某種細菌存在的標本中，加入一定數(shù)量的已知噬菌體，37℃孵育6~8h，再測定該噬菌體的效價。輔助治療，如應用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。（四）轉(zhuǎn)位因子

（transposableelement）是存在于細菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組的位置，能從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一個基因組中。意義：①改變遺傳物質(zhì)的核苷酸序列②影響插入點附近基因的表達（失活）③直接插入一段新序列，造成基因的轉(zhuǎn)移和重組插入序列（insertionsequence,IS）是最小的轉(zhuǎn)位因子，＜2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）＞2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因?？赡芘c細菌的多重耐藥性有關(guān)。轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當整合到細菌染色體上，能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W性狀。IS

ISResistanceGene(s)Tn轉(zhuǎn)座子的特征轉(zhuǎn)座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（氨芐青霉素）Tn4AP、SM（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）tn551Em（紅霉素）Tn971EmTn1681大腸埃希菌（腸毒素基因）細菌的變異機制基因的突變基因的轉(zhuǎn)移和重組突變(mutation)：是細菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導致細菌性狀的遺傳性變異。

發(fā)生表現(xiàn)型（一）.突變自發(fā)突變（spontaneousmutation)突變率低10-10——10-6誘發(fā)突變（inducedmutation)提高10-6——10-4野生株（wildstrain)沒有發(fā)生突變的菌細胞突變株（mutantstrain)突變后的菌細胞基因突變規(guī)律隨機發(fā)生，不定向；突變與選擇突變是隨機的、不定向的，外界環(huán)境不能決定突變，只能對突變進行選擇。以耐藥突變體為例實驗：影印試驗說明：耐藥突變株在接觸藥物之前出現(xiàn)，藥物的作用是選擇耐藥株，淘汰敏感株結(jié)論：細菌基因突變產(chǎn)生耐藥性，與抗生素的使用無關(guān)具有相對穩(wěn)定性；可發(fā)生回復突變突變與選擇證明實驗

影印培養(yǎng)replicaplating(Lederberg1952)無抗生素平板

含抗生素平板標記點2耐藥菌株

影印用無菌絲絨布影印后絲絨布上對應菌落1

含抗生素培養(yǎng)管

（細菌生長混濁）3

含抗生素培養(yǎng)管（細菌不生長澄清）3（二）基因的轉(zhuǎn)移和重組基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細胞的過程稱為基因轉(zhuǎn)移。重組（recombination）轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進行。轉(zhuǎn)化（transformation）供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)化試驗轉(zhuǎn)化因子（transformingprinciple）在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個基因。感受態(tài)（competence）接合（conjugation）細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。

接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F+F+Hfr高頻重組菌（highfrequencyrecombination）Hfr：少數(shù)F質(zhì)?？烧现潦荏w菌染色體上，與染色體一起復制，這種與F質(zhì)粒重組的細菌稱為Hfr。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-F’質(zhì)粒高頻重組菌中的F質(zhì)粒有時從染色體上脫離下來，帶有染色體上鄰近的基因，稱為F’質(zhì)粒。

F+菌，Hfr，F(xiàn)’菌都是雄性菌。F’F’F’F’F’F-F’F-R質(zhì)粒的接合日本首先分離到抗多種藥物的宋內(nèi)志賀菌多重耐藥株，多重耐藥性很難用基因突變解釋。健康人中大腸埃希菌30%~50%有R質(zhì)粒，而致病性大腸埃希菌90%有R質(zhì)粒。與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒從一個細菌轉(zhuǎn)移到另一個細菌中。R質(zhì)粒耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合轉(zhuǎn)移耐藥（r）決定子轉(zhuǎn)導（transduction）以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。

普遍性轉(zhuǎn)導（generalizedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導（restrictedtransduction）普遍性轉(zhuǎn)導

generalizedtransduction

前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復制，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉(zhuǎn)導噬菌體。轉(zhuǎn)導噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。供體菌受體菌轉(zhuǎn)導噬菌體細菌DNA噬菌體DNA結(jié)果完全轉(zhuǎn)導流產(chǎn)轉(zhuǎn)導未整合整合局限性轉(zhuǎn)導restrictedtransduction或稱特異性轉(zhuǎn)導，所轉(zhuǎn)導的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時，噬菌體DNA整合在細菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細菌染色體上，而帶走了細菌DNA上兩側(cè)的基因。當其轉(zhuǎn)導并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導的只限于供體菌上個別的基因。普遍性轉(zhuǎn)導與局限性轉(zhuǎn)導的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉(zhuǎn)導局限性轉(zhuǎn)導基因轉(zhuǎn)導發(fā)生的時期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導的后果完全轉(zhuǎn)導或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性轉(zhuǎn)導頻率受體菌的10-7轉(zhuǎn)導頻率較普遍轉(zhuǎn)導增加1000倍(10-4)溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）當噬菌體感染細菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時而致細菌獲得新的性狀。白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂弧菌基因來源轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取接合供體菌性菌毛轉(zhuǎn)導供體菌噬菌體為載體溶原性轉(zhuǎn)換噬菌體整合原生質(zhì)體融合

protoplastfusion概念：將二種經(jīng)處理后失去細胞壁的細菌（稱為原生質(zhì)體）進行融合，獲得的新的細菌個體。原生質(zhì)體融合是一種有價值的實驗手段。

G+菌形成原生質(zhì)體后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使兩種不同的細菌細胞發(fā)生融合的過程。融合后形成雙倍體細胞，可短期生存，染色體重組，獲得多種不同表型的重組融合體。人為實驗基因轉(zhuǎn)移與重組。細菌遺傳變異的實際意義在疾病的診斷、治療與預防中的應用在測定致癌物質(zhì)中的應用在流行病學中的應用在基因工程中的應用在疾病的診斷、治療與預防中的應用

形態(tài)、結(jié)構(gòu)、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的變異，使得診斷復雜化耐藥菌株日益增多，預防耐藥性藥敏實驗早期足量要有一定療程,聯(lián)合用藥不要濫用減毒菌株和無毒株可制備成疫苗在測定致癌物質(zhì)中的應用凡能誘導細菌發(fā)生突變的物質(zhì)都有可能是致癌物質(zhì)。Ames實驗傷寒沙門菌（his-）（his+）誘變劑在流行病學中的應用分子生物學分析方法已被用于流行病學調(diào)查質(zhì)粒指紋圖（PFP）研究流行菌株的同源性，檢測對噬菌體的敏感性和溶原性，對細菌素的敏感性在基因工程中的應用基因工程是根據(jù)遺傳變異中細菌可因基因轉(zhuǎn)移和重組而獲得新性狀的原理設(shè)計的切取目的基因→連接到載體上→轉(zhuǎn)移到工程菌內(nèi)，大量表達目的基因產(chǎn)物目前已大量生產(chǎn)胰島素、干擾素、多種生長激素、rIL-2等細胞因子和乙肝疫苗等生物制品復習思考題：1.試述質(zhì)粒DNA的特征？2.試比較普遍性轉(zhuǎn)導與局限性轉(zhuǎn)導的區(qū)別？3.試述細菌遺傳變異的機制？4.試解釋變異、轉(zhuǎn)位因子、基因轉(zhuǎn)移、接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、溶原性轉(zhuǎn)換概念。5.

細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)6.毒性噬菌體的增殖周期及其噬菌現(xiàn)象和溫和噬菌體的溶原性及溶菌性周期，溶原性轉(zhuǎn)換。產(chǎn)后抑郁癥的自我識別O生理癥狀O認知癥狀O情緒癥狀三個方面認識產(chǎn)后抑郁診斷時間點兩周持續(xù)兩周以上基本可以確診早甄別早疏導早康復生理癥狀1O失眠會誘發(fā)系列生理及心理反應我就是睡不著覺連續(xù)多晚無法入眠感覺疲憊想睡卻無法入睡昏沉、嗜睡生理癥狀二O過于緊張不安、停不下來也很可疑精力上的改變突然改變節(jié)奏和角色，感覺疲憊是正常的持續(xù)感覺疲憊、無所適從、無法照顧孩子就是抑郁癥生理癥狀三O產(chǎn)前、產(chǎn)后的心理變化很微妙胃口的改變，體重降低/