微生物學(xué)課件4細(xì)菌遺傳和變異

第四節(jié)細(xì)菌的遺傳和變異遺傳(heredity)：使細(xì)菌的性狀保持相對(duì)穩(wěn)定，且代代相傳，使其菌種得以保存。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(xué)性狀出現(xiàn)的差異。細(xì)菌變異的概念細(xì)菌在繁衍過(guò)程中出現(xiàn)的子代與親代間的性

狀差異?？煞譃榛蛐妥儺?genotypicvariation)與表型變異(phenotypic

variation)。細(xì)菌基因型變異與表型變異的區(qū)別特點(diǎn)基因型變異表型變異基因結(jié)構(gòu)改變有無(wú)可逆性極少常見(jiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)弱出現(xiàn)頻率低高細(xì)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有莢膜的肺炎球菌 無(wú)莢膜的肺炎球菌細(xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)變異形態(tài)結(jié)構(gòu)變異L型變異正常形態(tài)細(xì)菌青霉素、溶菌酶L型變異抗體或補(bǔ)體(部分或完全失去胞壁)H-O變異：細(xì)菌失去特殊結(jié)構(gòu)變異變形桿菌（0.1%石碳酸）鞭毛形態(tài)結(jié)構(gòu)變異毒力變異增強(qiáng)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(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。有些細(xì)菌還同時(shí)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(zhǎng)期培養(yǎng)菌落變異在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)期培養(yǎng)光滑型菌落S粗糙型菌落R原因：失去LPS的特異多糖細(xì)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 噬菌體和轉(zhuǎn)位因子（一）染色體（chromosome）一條環(huán)狀雙螺旋DNA長(zhǎng)鏈，按一定構(gòu)型反復(fù)回旋形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；缺乏組蛋白，無(wú)核膜包裹；約含有5000個(gè)基因；雙向復(fù)制，全過(guò)程約20min。（二）質(zhì)粒（plasmid）細(xì)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(fù)制，隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細(xì)胞，并非細(xì)菌生長(zhǎng)所必需。特征自我復(fù)制能力編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征可自行丟失與消除轉(zhuǎn)移性相容性和不相容性幾種重要的質(zhì)粒致育質(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(xì)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(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。特征：1.個(gè)體微小，可通過(guò)濾菌器；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（蛋白質(zhì)和核酸）；只能在微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體一：生物學(xué)性狀形態(tài)蝌蚪形、微球形和絲形化學(xué)組成蛋白質(zhì)與核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌體結(jié)構(gòu)頭部：蛋白質(zhì)衣殼；內(nèi)含DNA/RNA頭部尾鞘尾部尾絲尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細(xì)胞表面特殊受體部位。三：噬菌體的種類毒性噬菌體（virulent

phage）能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperate

phage）/溶原性噬菌體（lysogenic

phage）噬菌體基因與宿主菌基因組整合，噬菌體基因隨細(xì)菌DNA復(fù)制而復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而分配至子代細(xì)菌基因組中，細(xì)菌并不裂解。毒性噬菌體復(fù)制周期吸附穿入生物合成

成熟與釋放溫和噬菌體溶原性周期誘導(dǎo)前噬菌體（prophage）溶原性細(xì)菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：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）五：噬菌體的應(yīng)用細(xì)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(xì)菌的鑒定和分型。如應(yīng)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(gè)噬菌體型。分子生物學(xué)研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，而且容易獲得大量的突變體。細(xì)菌感染的診斷與治療應(yīng)用噬菌體效價(jià)增長(zhǎng)試驗(yàn)可檢測(cè)標(biāo)本中的相應(yīng)細(xì)菌。在懷疑有某種細(xì)菌存在的標(biāo)本中，加入一定數(shù)量的已知噬菌體，37℃孵育6~8h，再測(cè)定該噬菌體的效價(jià)。輔助治療，如應(yīng)用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。概念：噬菌體（bacteriophage，phage）是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。特征：1.個(gè)體微小，可通過(guò)濾菌器；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（蛋白質(zhì)和核酸）；只能在微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖。分布：廣泛。（三）噬菌體一：生物學(xué)性狀形態(tài)蝌蚪形、微球形和絲形化學(xué)組成蛋白質(zhì)與核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌體結(jié)構(gòu)頭部：蛋白質(zhì)衣殼；內(nèi)含DNA/RNA頭部尾鞘尾部尾絲尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾絲、尾刺等。尾絲是吸附宿主細(xì)胞表面特殊受體部位。三：噬菌體的種類毒性噬菌體（virulent

phage）能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌，稱為毒性噬菌體溫和噬菌體（temperate

phage）/溶原性噬菌體（lysogenic

phage）噬菌體基因與宿主菌基因組整合，噬菌體基因隨細(xì)菌DNA復(fù)制而復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而分配至子代細(xì)菌基因組中，細(xì)菌并不裂解。毒性噬菌體復(fù)制周期吸附穿入生物合成

成熟與釋放溫和噬菌體溶原性周期誘導(dǎo)前噬菌體（prophage）溶原性細(xì)菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：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）五：噬菌體的應(yīng)用細(xì)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(xì)菌的鑒定和分型。如應(yīng)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(gè)噬菌體型。分子生物學(xué)研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，而且容易獲得大量的突變體。細(xì)菌感染的診斷與治療應(yīng)用噬菌體效價(jià)增長(zhǎng)試驗(yàn)可檢測(cè)標(biāo)本中的相應(yīng)細(xì)菌。在懷疑有某種細(xì)菌存在的標(biāo)本中，加入一定數(shù)量的已知噬菌體，37℃孵育6~8h，再測(cè)定該噬菌體的效價(jià)。輔助治療，如應(yīng)用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。噬菌體的應(yīng)用細(xì)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(xì)菌的鑒定和分型。如應(yīng)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(gè)噬菌體型。分子生物學(xué)研究的重要工具噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，而且容易獲得大量的突變體。細(xì)菌感染的診斷與治療應(yīng)用噬菌體效價(jià)增長(zhǎng)試驗(yàn)可檢測(cè)標(biāo)本中的相應(yīng)細(xì)菌。在懷疑有某種細(xì)菌存在的標(biāo)本中，加入一定數(shù)量的已知噬菌體，37℃孵育6~8h，再測(cè)定該噬菌體的效價(jià)。輔助治療，如應(yīng)用銅綠假單胞菌噬菌體治療創(chuàng)口感染。（四）轉(zhuǎn)位因子是存在于細(xì)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(dòng)，不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(diǎn)附近基因的表達(dá)（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（insertion

sequence,

IS）–是最小的轉(zhuǎn)位因子，＜2kb，不攜帶任何已知與插入功能無(wú)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。可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。ISISResistance

Gene(s)Tn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(dāng)整合到細(xì)菌染色體上，能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀。細(xì)菌的變異機(jī)制基因的突變基因的轉(zhuǎn)移和重組突變(mutation)：是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性變異。發(fā)生（一）.突變自發(fā)突變（spontaneous

mutation)突變率低10-10——10-6誘發(fā)突變（induced

mutation)提高10-6——10-4野生株（wild

strain)沒(méi)有發(fā)生突變的菌細(xì)胞表現(xiàn)型突變株（mutant

strain)突變后的菌細(xì)胞突變的類型點(diǎn)突變（point

mutation）只有一個(gè)堿基對(duì)的變化（置換、插入、缺失）多點(diǎn)突變（multiple

mutation）兩個(gè)以上堿基對(duì)的變化（較大范圍的染色體重排、倒位、重復(fù)、缺失等）誘變劑是能顯著提高突變率的各種理化因素（UV、高溫、輻射及化學(xué)誘變劑）基因突變規(guī)律隨機(jī)性，不定向；稀少性具有相對(duì)穩(wěn)定性；可發(fā)生回復(fù)突變（二）基因的轉(zhuǎn)移和重組基因轉(zhuǎn)移（gene

transfer）外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞的過(guò)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(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過(guò)轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進(jìn)行。轉(zhuǎn)化（transformation）供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，整合入基因組中，使受體菌獲得新的性狀。感受態(tài)（competence）一般只有當(dāng)受體菌處于一種特殊的生理狀態(tài)時(shí)，才能具備從外界攝取大分子外源DNA

片段并進(jìn)行整合的能力。轉(zhuǎn)化試驗(yàn)ABCD接合（conjugation）細(xì)菌通過(guò)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(guò)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+轉(zhuǎn)導(dǎo)（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(dǎo)（generalized

transduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted

transduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)generalized

transduction前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進(jìn)行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復(fù)制，裝配時(shí)可能會(huì)發(fā)生裝配錯(cuò)誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)噬菌體細(xì)菌DNA噬菌體DNA結(jié)果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)整合未整合局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restricted

transduction或稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)，所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時(shí)，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，當(dāng)噬菌體從溶源菌基因組上脫離時(shí)，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。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個(gè)別的基因。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點(diǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位受體菌獲得供體菌

DNA特定部位的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率受體菌的10-7轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)增加1000倍(10-4)溶原性轉(zhuǎn)換（

lysogenic

conversion）當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，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(shí)而致細(xì)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(lái)源轉(zhuǎn)移方式transformation供體菌直接攝取conjugation供體菌性菌毛transduction供體菌噬菌體為載體lysogenic

conversion噬菌體整合細(xì)菌遺傳變異的實(shí)際意義在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用在測(cè)定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用在流行病學(xué)中的應(yīng)用在基因工程中的應(yīng)用在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)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(fù)雜化耐藥菌株日益增多，預(yù)防耐藥性藥敏實(shí)驗(yàn)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(wú)毒株可制備成疫苗在測(cè)定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用凡能誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生突變的物質(zhì)都有可能是致癌物質(zhì)。Ames實(shí)驗(yàn)–

傷寒沙門菌（his-）

（