微生物-第04章-細菌的遺傳變異課件

第5章細菌的遺傳變異醫(yī)學院黃紅瑩

遺傳與變異細菌的遺傳物質基因的轉移與重組基因突變遺傳變異的意義形態(tài)結構變異抗原性變異菌落的變異毒力變異耐藥性變異細菌的變異現(xiàn)象看我七十二變?。ㄒ唬┬螒B(tài)結構的變異1.細菌的L型變異：因胞壁缺陷，而呈多形性。2.細菌的特殊結構變異：莢膜（肺炎鏈球菌）、芽胞（炭疽芽孢桿菌）、鞭毛（變形桿菌H-O變異）也可發(fā)生變異。（二）菌落變異細菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型兩種。S型菌落表面光滑、濕潤、邊緣整齊。經(jīng)人工培養(yǎng)多次傳代后菌落表面邊為粗糙、干燥、邊緣不整齊，稱S—R變異。粗糙型菌落光滑型菌落（三）毒力變異毒力增強：無毒力的白喉棒狀桿菌，不致?。桓腥玖甩?棒狀噬菌體后變成溶原性細菌，獲得產(chǎn)生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力減弱：有毒菌株長期在人工培養(yǎng)基上傳代培養(yǎng)，可使細菌的毒力減弱或消失。如卡介苗(BCG)。

BCG：牛型結核桿菌（有毒株）

膽汁-甘油-馬鈴薯培養(yǎng)

13年，230次傳代

減毒株（BCG）基因型變異：BCG表型變異：細菌L型（四）耐藥性變異

耐藥性變異：細菌對某種抗菌藥物由敏感變?yōu)槟退幍淖儺?。有些細菌還表現(xiàn)為多重耐藥性。

從抗生素廣泛應用以來，細菌對抗生素耐藥的不斷增長是世界范圍內的普遍趨勢，給臨床治療帶來很大的困難，并成為當今醫(yī)學上的重要問題。基因型和表型變異的比較基因型變異表型變異基因結構變化未變可逆性不或極少可逆穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定環(huán)境影響涉及細菌數(shù)不受影響受影響個別全體細菌染色體質粒噬菌體轉位因子第一節(jié)細菌遺傳變異的物質基礎

（一）細菌染色體：dsDNA，3.2～5×106

bp復制快：105

bp/min

無組蛋白，無內含子，為連續(xù)基因單倍體：突變后更易表現(xiàn)（二）質粒質粒：是細菌染色體外能夠自主復制并控制細菌某些生物學性狀的環(huán)狀閉合雙鏈DNA。醫(yī)學上重要的質粒1.致育質粒（F質粒）編碼細菌的性菌毛。2.耐藥性質粒（R質粒）

編碼細菌對抗菌藥物的耐藥性。3.毒力質粒（Vi質粒）

編碼與該菌致病性有關的毒力因子。4.細菌素質粒

（Col質粒）

編碼細菌產(chǎn)生細菌素。質粒DNA的特征質粒具有自我復制的能力；質粒賦予細菌某些性狀特征；質?？勺孕衼G失與消除；質粒的轉移性；質粒可分為相容性與不相容性兩種。

（三）噬菌體（phage）1.概念

是侵噬細菌或真菌的病毒特點：具有嚴格的宿主特異性。我很敬業(yè)，我很專一！

噬菌體吸附大腸桿菌示意圖

2.噬菌體的形態(tài)與結構

基本形態(tài)：蝌蚪形、微球形和細桿形頭部核心：DNA或RNA衣殼：蛋白質尾部蛋白質與吸附宿主有關結構:復制噬菌體感染細菌的結果溶菌性周期毒性噬菌體溶原性周期前噬菌體溶原性細菌溫和噬菌體（四）轉位因子轉位因子：是存在于細菌染色體或質粒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中的位置，能從一個基因組轉移到另一基因組中。轉位因子有二類：插入序列(IS)和轉座子(Tn)。我是個活躍分子噢！1.插入序列（insertionsequence,IS）是最小的轉位因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關的基因區(qū)域，往往是插入后與插入點附近的序列共同起作用，可能是原細胞正常代謝的調節(jié)開關之一。

2.轉座子（transposon,Tn）長度一般超過2kb，除攜帶與轉位有關的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結構基因等。因此當Tn插入某一基因時，一方面可引起插入基因失活產(chǎn)生基因突變，另一方面可因帶入耐藥性基因而使細菌獲得耐藥性。轉座子可能與細菌的多重耐藥性有關。

IS(insertionsequence):750~1550

bp

兩端重復序列，與插入有關中心序列有轉位酶基因轉座子Tn(transposon):2000~25000

bp

兩端為IS中心序列有與轉位無關基因如：毒素基因、耐藥基因等常見的插入序列和轉座子ISbpTn耐藥或毒素基因IS1768Tn1

AP（氨芐青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四環(huán)素）IS41426Tn551Em（紅霉素）IS51195Tn681E.coliET（腸毒素）3.轉座噬菌體含有與轉位功能有關的基因和反向重復序列，可隨機整合到宿主菌染色體任何位置，導致宿主菌變異。說了這么多，嚴重記不?。￠_開心吧！第二節(jié)細菌遺傳變異的機制基因突變基因的轉移與重組轉化接合轉導溶原性轉換一基因突變與損傷后修復小突變（堿基置換；缺失；插入）

大突變（染色體畸變）（一）突變(mutation)：是細菌遺傳物質的結構發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導致細菌性狀的遺傳性變異。

突變(mutation)回復突變（backmutation）：恢復原有性狀的再次突變。自發(fā)突變（spontaneousmutation）：在自然條件下發(fā)生的突變。誘變（inducedmutation）：人為因素增加突變率。突變的分子機制(了解)小范圍突變----點突變1.堿基置換：在DNA復制時，一對堿基為另一對所取代或換位。

----轉換（transition）----嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所取代。

----顛換（transversion）----嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所取代。基因突變特點1.自發(fā)性和不對應性2.稀有性自然突變率極低。（10-6～10-9

）3.可誘發(fā)性4.獨立性突變是隨機的5.穩(wěn)定性6.可逆性恢復原先的表型，但不一定是原先的基因型（抑制基因：基因內抑制、基因間抑制）。彷徨試驗：隨機的、非定向的突變是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導作用。影印試驗(replicaplating)突變型細菌及其分離：

耐藥性突變型藥敏試驗營養(yǎng)缺陷突變型營養(yǎng)物質篩選條件致死性突變型溫度敏感試驗發(fā)酵陰性突變型乳糖發(fā)酵試驗重要的突變株1.營養(yǎng)缺陷型2.抗性突變株抗藥性、抗紫外線、抗噬菌體3.條件之死突變型4.毒力突變型DNA的損傷修復SOS誘導產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶，DNA復制時產(chǎn)生差錯。基因轉移(genetransfer)：外源性的遺傳物質由供體菌進入某受體菌細胞內的過程。基因重組(recombination)：轉移的基因與受體菌DNA整合在一起，使受體菌獲得供體菌某些特性。細菌的基因轉移和重組可通過轉化、接合、轉導、溶原性轉換和細胞融合等方式進行。二、基因的轉移和重組轉化（transformation）：受體菌直接攝取供體菌DNA片段并整合到自己的基因組中，從而獲得新的遺傳性狀的過程。艾弗里等人的實驗不僅揭開了“格里菲斯之謎”，并且在世界上第一次證明基因就在DNA上。

OswaldTheodoreAvery

（1877～1955）轉化的條件：（1）轉化的DNA片段的分子量要小于1×107，最多不超過10~20個基因。（2）受體菌只有進入感受態(tài)時才能攝取外源DNA。影響因素：供受菌基因型：同源性；親緣關系近，轉化率高感受態(tài)（competence）：生理活動過程中攝取轉化因子的最佳時期環(huán)境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促進轉化感受態(tài)的細菌：①表面有一種吸附DNA的受體；②感受態(tài)細菌一般出現(xiàn)在對數(shù)生長期的后期（維持幾分鐘至3~4h）。細菌的感受態(tài)可用人工誘導的轉化程序形成。人工感受態(tài)的轉化系統(tǒng)最適用于質粒和噬菌體的DNA。轉導（transduction）噬菌體媒介將供菌DNA轉給受菌分普遍性轉導和局限性轉導普遍性轉導(generalizedtransduction)完全轉導外源性DNA片段與受體菌的染色體整合，并隨染色體而傳代，稱完全轉導流產(chǎn)轉導外源性DNA片段游離在胞質中,既不能與受體菌染色體整合，也不能自身復制，稱為流產(chǎn)轉導

細菌的遺傳與變異細菌的遺傳與變異局限性轉導：溫和性噬菌體脫落錯誤：前噬菌體及兩邊的細菌DNA轉導性噬菌體：噬菌體DNA及細菌DNA普遍性轉導與局限性轉導的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉導局限性轉導轉導的遺傳物質供體菌染色體DNA任何部位或質粒供體菌DNA的特定部位轉導的后果完全轉導或流產(chǎn)轉導受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性轉導頻率受體菌的10-7轉導頻率較普遍轉導增加1000倍(10-4)接合（conjugation）通過性菌毛將供菌DNA轉給受體菌，受體菌獲得供體菌性狀接合性質粒F質粒、R質粒、Col質粒、毒力質粒等。（1）F質粒高頻重組菌(Highfrequencyrecombinant,Hfr)：F質粒能穩(wěn)定地被整合到染色體所形成的細菌。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-Hfr接合F-菌F-菌（接合狀態(tài)可自發(fā)解離或受外界因素影響中斷，很難獲完整F質粒）從Hfr菌中染色體上脫離下來的F質粒有時會攜帶相鄰的染色體基因或DNA片段，稱為F’質粒（該菌被稱為F’菌）。F+菌、Hfr、F’三種菌都有性菌毛，均可通過接合方式進行基因的轉移。

Ames試驗：（2）R質粒的接合細菌的耐藥性與耐藥性的基因突變及R質粒的接合轉移等有關。R質粒有耐藥傳遞因子(RTF)和耐藥決定子(r)兩部分組成。RTF功能與F質粒相似，R決定子能編碼對抗菌藥物的耐藥性。Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant

R因子的結構R質粒決定耐藥的機制：使細菌產(chǎn)生滅活抗生素的酶類R質?？刂萍毦淖兯幬镒饔玫陌胁课籖質?？煽刂萍毦毎麑λ幬锏耐ㄍ感匀茉赞D換（lysogenicconversion）

噬菌體DNA與菌染色體整合

受菌獲得新的性狀

如白喉桿菌：β-噬菌體-外毒素基因

不產(chǎn)毒白喉桿菌產(chǎn)毒白喉桿菌原生質體融合（cellfusion）

是兩種不同的細菌（或細胞）失去細胞壁成為原生質體后相互融合成一個重組體的過程，也稱原生質體融合