細(xì)菌的遺傳和變異細(xì)菌醫(yī)學(xué)微生物學(xué)

關(guān)于細(xì)菌的遺傳和變異細(xì)菌醫(yī)學(xué)微生物學(xué)遺傳性變異（基因型變異）非遺傳性變異（表型變異）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(xì)胞群體第2頁,共38頁，2024年2月25日，星期天細(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第3頁,共38頁，2024年2月25日，星期天形態(tài)結(jié)構(gòu)變異

3-6%食鹽

鼠疫耶氏菌多形態(tài)性

陳舊培基物

第4頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌

L型變異抗體或補(bǔ)體

(部分或完全失去胞壁)

第5頁,共38頁，2024年2月25日，星期天特殊結(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(diǎn)狀生長、單個菌落（O）鞭毛變異第6頁,共38頁，2024年2月25日，星期天毒力變異增強(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)

第7頁,共38頁，2024年2月25日，星期天耐藥性變異

細(xì)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。金黃色葡萄球菌有些細(xì)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)

第8頁,共38頁，2024年2月25日，星期天菌落變異

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的特異多糖第9頁,共38頁，2024年2月25日，星期天細(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)粒轉(zhuǎn)位因子第10頁,共38頁，2024年2月25日，星期天質(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第11頁,共38頁，2024年2月25日，星期天幾種重要的質(zhì)粒致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）耐藥質(zhì)粒毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）細(xì)菌素質(zhì)粒代謝質(zhì)粒第12頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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，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。第13頁,共38頁，2024年2月25日，星期天插入序列（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(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。IS

ISResistanceGene(s)Tn第14頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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）第15頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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。第16頁,共38頁，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的變異機(jī)制基因的突變和損傷后修復(fù)基因的轉(zhuǎn)移和重組第17頁,共38頁，2024年2月25日，星期天基因的轉(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(xì)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(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(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。第18頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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。第19頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)化試驗(yàn)第20頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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）第21頁,共38頁，2024年2月25日，星期天接合（conjugation）細(xì)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。第22頁,共38頁，2024年2月25日，星期天F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+第23頁,共38頁，2024年2月25日，星期天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(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)菌中。第24頁,共38頁，2024年2月25日，星期天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）決定子第25頁,共38頁，2024年2月25日，星期天轉(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)（generalizedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）第26頁,共38頁，2024年2月25日，星期天普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

generalizedtransduction

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，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉(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。第27頁,共38頁，2024年2月25日，星期天供體菌受體菌轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)菌DNA噬菌體DNA第28頁,共38頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共38頁，2024年2月25日，星期天結(jié)果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)未整合整合第30頁,共38頁，2024年2月25日，星期天局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restrictedtransduction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，噬菌體DNA整合在細(xì)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(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別的基因。第31頁,共38頁，2024年2月25日，星期天普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點(diǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)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)第32頁,共38頁，2024年2月25日，星期天溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）當(dāng)噬菌體感染細(xì)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(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、霍亂弧菌第33頁,共38頁，2024年2月25日，星期天基因來源轉(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lysogenicconversion噬菌體整合第34頁,共38頁，2024年2月25日，星期天細(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)用第35頁,共38頁，2024年2月25日，星期天在疾病的診斷、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