医学细菌的遗传变异与分类命名微生物的遗传变异与育种兽医微生物学课件

微生物的遗传变异与育种 理想的工业发酵菌种应符合以下要求 遗传性状稳定; 生长速度快,不易被噬菌体等异种微生物污染; 目标产物的产量尽可能接近理论转化率; 目标产物最好能分泌到细胞外,以降低产物抑制并利于 分离; 尽可能减少产物类似物的产量,以提高目标产物的产量 并利于分离; 培养基成分简单、来源广、价格低廉; 对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感; 对溶氧的要求低,便于培养及降低能耗。 v微生物是研究现代遗传学和其它许多 主要的生物学基本理论问题中最热衷的 研究对象研究对象。 v对微生物遗传规律的深入研究,不仅促 进了现代分子生物学现代分子生物学和生物工程学生物工程学的发 展,而且为育种工作育种工作提供了丰富的理论基 础,促使育种工作从不自觉到自觉、从低 效到高效、从随机到定向、从近缘杂交 到远缘杂交的方向发展。 研究微生物遗传学的意义 一、遗传与变异的概念 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity):亲代生物的性状在子代得到表现;亲代生物 传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点:具稳定 性。 遗传型(genotype):又称基因型,指某一生物个体所含有的全 部基因的总和;-是一种内在可能性或潜力。 遗传型 + 环境条件 表型 表型(phenotype):指生物体所具有的一切外表特征和内在特 性的总和;-是一种现实存在,是具一定遗传型的生物在 一定条件下所表现出的具体性状。 代谢 发育 概述 变异(variation):生物体在外因或内因的作用下,遗传物 质的结构或数量发生改变。变异的特点:a.在群体中以极 低的几率出现,(一般为10-610-10);b.形状变化的幅度大; c. 变化后形成的新性状是稳定的,可遗传的。 例如:粘质沙雷氏菌:在25下培养,产生深红色的灵杆 菌素;在37下培养,不产生色素;如果重新将温度降到 25,又恢复产色素的能力。 遗传与变异的概念 二、遗传变异的物质基础 |种质连续理论:1883-1889年间Weissmann提出 。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合 物。 |基因学说:1933年摩尔根(Thomas Hunt Morgan)发现了染色体,并证明基因在染色体上呈 直线排列,提出了基因学说,使得遗传物质基础的 范围缩小到染色体上。 |DNA是遗传变异的物质基础的证明:利用微生物 为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺炎球 菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与 重建试验),才使人们普遍接受核酸才是真正的遗 传物质。 经典试验1. 肺炎链球菌的转化试验 |加S菌DNA |加S菌DNA及DNA酶以外的酶 |加S菌的DNA和DNA酶 |加S菌的RNA |加S菌的蛋白质 |加S菌的荚膜多糖 活R菌 长出S菌 只有R菌 1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S 型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分, 并在离体条件下进行了转化试验: 只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型 。且DNA纯度越高,转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型 菌株的,是遗传因子。 分离后的S型细胞物质对R型细胞的转化 结论 细胞生物的遗传物质是双链DNA 病毒的乙醇物质可以是单链的或双链 的DNA或RNA, 即 :ssDNA,dsDNA,ssRNA或dsRNA 。 三、 DNA和RNA的分子结构和复制 遗传物质的复制-双链DNA的复制 (半保留复制) 密码子(coden):由3个核苷酸顺序决定,负载遗传信 息的基本单位 不对称转录:只有DNA双链的一股才作为有意义链被 转录,这种现象又称不对称转录。 起始密码子:AUG,甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸 终止密码子:UAA、UGA、UAG 遗传密码遗传密码 指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序 DNA与遗传密码 核外DNA的种类 核外染色体 真核生物 的“质粒” 原核生物 的质粒 线粒体 细胞质基因叶绿体 (质体)中心体 动 体 共生生物:卡巴颗粒 酵母菌的2m质粒 F因子 R因子 Col质粒 Ti质粒 巨大质粒 降解性质粒 真 核 生 物 的 染 色 体 DNA双螺旋结构 核小体 浓缩的染色质 中期染色体 原核生物的染色体 基因A基因B DNA 转录 基因A基因B mRNA 翻译 蛋白质A蛋白质B 蛋白质 原核生物的染色体与细胞质没有核膜分开, 因此三个过程紧密联系 外显子1外显子2内含子1内含子2 基因 X DNA 外显子1外显子2内含子1内含子2初始RNA转录物 转录 加工过程中内含子被切除 外显子1 外显子2成熟的mRNA 细胞核 转运到细胞质外 外显子2外显子1 mRNA 翻译 蛋白质X 蛋白质细胞质 真 核 生 物 四四、质质 粒粒 质粒是细菌染色体外的遗传物质质粒是细菌染色体外的遗传物质, ,多为多为 环状双螺旋环状双螺旋DNADNA分子。质粒可以自身复分子。质粒可以自身复 制制, ,随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定 条件下条件下, ,质粒可以转移质粒可以转移, ,也可丢失。质粒是也可丢失。质粒是 自行复制单位自行复制单位, ,有的需与核质染色体的复有的需与核质染色体的复 制同步制同步, ,称为严紧型复制。称为严紧型复制。 质粒编码细菌各种重要的生物学性状 .编码性菌毛的质粒称致育质粒或F质粒; 编码细菌各种毒力因子的质粒称毒力质 粒或Vi质粒;而细菌对抗菌药物或重金属 盐类的抗性则有R质粒所决定.一种质粒 可同时具有几种编码功能. 质粒示意图 细菌的质粒 质粒图谱范例 几种代表性质粒: 1. F因子(fertility factor):又称致育因 子或性因子,62106Dalton,94.5kb,相当 于核染色体DNA2 的环状双链DNA,足 以编码94个中等大小多肽,其中1/3基因 (tra区)与接合作用有关。存在于肠细菌 属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球 菌、链球菌等细菌中,决定性别。 最初发现于痢疾志贺氏菌(Shigella dysenteriae),后来 发现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、 Pseudomonas和Staphylococcus中。 R因子由相连的两个DNA片段组成,即抗性转移 因子(resistence transfor factor, RTF )和抗性决定 R因子(r-determinant),RTF为分子量约为 11106Dalton,控制质粒copy数及复制,抗性决定 质粒大小不固定,从几百万到100106Dalton以上 。其上带有其它抗生素的抗性基因。 2. R因子(resistence factor) R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性: 汞(mercuric ion ,mer)四环素(tetracycline,tet )链霉素(Streptomycin, Str)、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素(Chlorampenicol, Cm)、夫西 地酸(fusidic acid,fus) 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。 |产大肠杆菌素因子。 |大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所 分泌的细菌素,能通过抑制复制、转录 、转译或能量代谢等而专一地杀死其它 肠道细菌。其分子量约 41048104Dalton。大肠杆菌素都是 由Col因子编码的。 |凡带Col因子的菌株,由于质粒本身编 码一种免疫蛋白,从而对大肠杆菌素有 免疫作用,不受其伤害。 3. Col因子(colicinogenic factor) v降解性质粒 只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质 粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码,从 而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源 。这些质粒以其所分解的底物命名,例如有 分解CAM(樟脑)质粒,XYL(二甲苯)质粒,SAL( 水杨酸)质粒,MDL(扁桃酸)质粒,NAP(奈)质 粒和TOL(甲苯)质粒等。 4. 降解性质粒 |即诱癌质粒。 |Ti质粒长200kb,是一个大型质粒。当前 ,Ti质粒已成为植物遗传工程研究中的重要 载体。一些具有重要性状的外源基因可借 DNA重组技术设法插入到Ti质粒中,并进 一步使之整合到植物染色体上,以改变该 植物的遗传性,达到培育植物优良品种的 目的。 5. Ti质粒(tumor inducing plasmid) |是近年来在Rhizobium(根瘤菌属)中发现的 一种质粒,分子量为200300106 Dalton,比一 般质粒大几十倍到几百倍,故称巨大质粒,其上 有一系列固氮基因。 6. 巨大质粒(mega质粒) 五、转座因子和毒力岛 ( (一一) )转座因子转座因子 近年来发现微生物的某些近年来发现微生物的某些DNADNA片段作为片段作为 一个独立单位可以在染色体上移动一个独立单位可以在染色体上移动, ,此种此种 移动甚至发生在不同种细菌之间。这种可移动甚至发生在不同种细菌之间。这种可 移动的移动的DNADNA片段称之为转座因子。细菌片段称之为转座因子。细菌 的转座因子有三种类型的转座因子有三种类型: :插入序列、转座插入序列、转座 子以及某些特殊的噬菌体。子以及某些特殊的噬菌体。 (二)毒力岛 毒力岛是毒力岛是2020世纪世纪9090年代提出的一个新年代提出的一个新 概念。毒力岛是指病原菌的某个或某些概念。毒力岛是指病原菌的某个或某些 毒力基因群毒力基因群, ,分子结构与功能有别于细菌分子结构与功能有别于细菌 染色体染色体, ,但位于细菌染色体之内但位于细菌染色体之内, ,因此称因此称 之为之为“岛岛”。其生物学意义尚不清楚。其生物学意义尚不清楚, ,推推 测其与细菌的毒力变异有关。测其与细菌的毒力变异有关。 第一节 常见的细菌变异现象 |形态、结构变异 |毒力变异 |耐药性变异 |菌落变异 |生化特性变异 1.形态结构变异 | 3-6 食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培基 形态结构变异 | 青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去 胞壁) 正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型 形态结构变异 |特殊结构的变异 42-43 炭疽杆菌失去形成芽胞能力, 毒性降 低 10-20天 变形杆菌(H) 0.1 石炭酸 (O) 迁徙生长 单个菌落鞭毛变异 连续通过易感动物 和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。 例如魏氏梭菌与八叠球菌共生时毒力变强, 无毒的白喉棒状杆菌被温和-噬菌体感染后 产生白喉毒素,成为有毒细菌。 增强毒力的方法 2.毒力变异 毒力变异 | 棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱毒力的方法 通过非易感动物 例如:马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育成 弱毒株;猪丹毒苗GC42系将强毒株通过豚鼠 传370代后又通过鸡传42代育成弱毒。 在较高温度下培养。强毒炭疽 42.5下 培养弱毒 在含有某些特殊化学物质的培养基中培养 。著名的 卡介苗BCG 在含有抗血清,噬菌体或抗生素的培养基中 培养。 长期的人工培养。 在特殊气体条件下培养。 如无荚膜炭疽芽胞苗是半强毒株在含50 血清的培养基上,在50 CO2的条件下选育 的。 通过基因工程的方法。去除毒力基因可获 得无毒力株。 3.耐药性变异 | 细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。 |金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的 14 上升至目前的80 。 |有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物,即 多重耐药性,甚至产生药物依赖性。 | 含链霉素培基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 长期培养 4.菌落变异 光滑型粗糙型变异 S型(smooth)菌落:光滑,湿润,边缘整齐。 R型(rough)菌落:菌落表面粗糙,枯干,边缘 不整齐。 一般来说,SR毒力由强变弱,但炭疽杆菌,结 核分支杆菌, 正常菌落为R型S型,毒力减弱 R菌落 S菌落 D菌落的变异 |当细菌接触某些化学物质时如CuSO4, LiCl形成细小菌落叫D菌落。(dwarf clone, 侏儒菌落) 5.生化特性变异 乳糖操纵子 第二节 细菌变异的机制 一、突变一、突变( ( mutation mutation ) ) 指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。 染色体畸变细胞学上可以看到染色体的变 基因突变细胞学上看不到遗传物质的变化 =突变体(mutant) 发生了突变的微生物细胞或菌株 =野生型(wild type) 从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的 原始菌株 (一)突变的特点 不对应性:突变的性状与突变原因之间无直接的 对应关系。 自发性:突变可以在没有人为诱变因素处理下自 发地产生。 稀有性:突变率低且稳定。 独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。 可诱发性:诱变剂可提高突变率。 稳定性:变异性状稳定可遗传。 可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变称 为正向突变(forward mutation),从突变株回到野生型的 过程则称为回复突变或回变(back mutation或reverse mutation)。 |变量试验 又称波动试 验或彷徨试 验。 |1943年 ,S. E. Luria 和M. Delbrck 根据统计学 原理,设计 了左方的实 验。 1. 变量试验fluctuation test 2.涂布试验 原理与变量试验相同,方法更为简便,且 可计算突变率。 (二) 突变机制 诱变剂(mutagen):凡能提高突变率的 任何理化因子,就称为诱变剂. 种类:诱变剂的种类很多,作用方式多 样。即使是同一种诱变剂,也常有几种 作用方式。 诱发突变 1.碱基置换(substitution) |定义:对DNA来说,碱基的置换属于一种染色体的微小损伤 (microlesion),一般也称点突变(point mutation)。它只 涉及一对碱基被另一对碱基所置换。 |分类:转换(transition),即DNA链中的一个嘌呤被另一个 嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换; 颠换(transversion),即一个嘌呤被一个嘧啶,或 是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。 对某一具体诱变剂来说, 即可同时引起转换与颠 换,也可只具其中的一种 功能。 亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用 HNO2 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) HNO2 腺嘌呤(A) 次黄嘌呤(H) HNO2 鸟嘌呤(G) 黄嘌呤(X) 这些反应及形成物均可在DNA复制中产生 影响,主要是使碱基对发生转换。 碱基转换的分子机制以亚硝酸为例 若干诱变剂的作用机制及诱变功能 诱变诱变因素在DNA上的初级级效应应遗传遗传效应应 碱基类类似 物 掺掺入作用AT=GC双向转换转换 羟羟 胺与胞嘧啶嘧啶起反应应GCAT的转换转换 亚亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用 交 联联 AT=GC双向转换转换 缺失 烷烷化剂剂 烷烷化碱基（主要是G） 烷烷化磷酸基团团 丧丧失烷烷化的嘌呤 糖-磷酸骨架的断裂 AT=GC双向转换转换 ATTA的颠换颠换 GCCG的颠换颠换 巨大损伤损伤（缺失、重复、倒位、易位 ） 丫啶类啶类碱基之间间相互作用 双链变链变形码组码组移动动（或） 紫外线线 嘧啶嘧啶的水合物 形成嘧啶嘧啶的二聚体 交 联联 GCAT转换转换 码组码组移动动（或） 电电离辐辐射 碱基的羟羟基化核降解 DNA降解 糖-磷酸骨架的断裂 丧丧失嘌呤 AT=GC双向转换转换 码组码组移动动（或） 巨大损伤损伤（缺失、重复、倒位、易位 ） 加热热C脱氨基CGTA转换转换 Mu噬菌体结结合到一个基因中间间码组码组移动动 2.移码突变 |frame-shift mutation 或 phase-shift mutation,指诱 变剂使DNA分子中增加(插入)或缺失一个或少数几个核苷酸, 从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一 类突变。 |由移码突变所产生的突变株,称为移码突变株移码突变株(frame- shift mutant)。与染色体畸变相比,移码突变也只能算是DNA 分子的微小损伤。 |丫啶类染料,包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶 等,以及一系列称为ICR类的化合物,都是移码突变的有效诱变 剂。 能诱发移码突变的几种代表性化合物 u引起移码突变的诱变剂:主要是吖啶类染料,如吖 啶黄、吖啶橙等等。 u这类化合物都是平面型的三环分子,它们的结构 与一个嘌呤嘧啶对十分相似。 丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变图示 3.染色体畸变(chromosomal aberration) |某些理化因子,如X射线等的辐射及烷化 剂、亚硝酸等,除了能引起点突变外,还会 引起DNA的大损伤(macrolesion)染色 体畸变,它包括: z染色体结构上的变化: z缺失(deletion) z重复(duplication) z易位(translocation) z倒位(inversion) z染色体数目的变化 染色体结构上的变化 |分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。 |染色体内畸变:只涉及一条染色体上的变化, z如发生染色体的部分缺失或重复时,其结果可造 成基因的减少或增加; z如发生倒位或易位时,则可造成基因排列顺序的 改变,但数目却不改变。 z倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转 180后,重新插入到原来染色体的原位置上,从而使其 基因顺序与其它的基因顺序相反; z易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺 向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。 |染色体间畸变:指非同源染色体间的易位易位。 自发突变机制 |自发突变是指在没有人工参与下生物体自然 发生的突变。 |几种自发突变的可能机制 |微生物自身有害代谢产物的诱变效应 z过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢 产物。它对Neurospora(脉孢菌)有诱变作用,这种 作用可因同时加入过氧化氢酶而降低,如果在加入 该酶的同时又加入酶抑制剂KCN,则又可提高突变率 。这就说明,过氧化氢很可能是“自发突变”中一 种内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易 出现自发突变株,可能也是同样的原因。 环出效应 |即环状突出效 应。有人提出,在 DNA的复制过程中 ,如果其中某一单 链上偶然产生一 个小环,则会因其 上的基因越过复 制而发生遗传缺 失,从而造成自发 突变。 二、基因重组 |定义:凡把两个不同性状个体内的遗传基因 转移到一起,经过遗传分子间的重新组合,形成 新遗传型个体的方式,称为基因重组(gene recombination)或遗传重组。 |作用:重组可使生物体在未发生突变的情况 下,也能产生新遗传型的个体。 生长快、产量 低 生长长慢、产产量 高 基因重组组 生长长快、产产量高 细菌的基因重组 |基因重组的方式 z转化 z转导 z接合 z原生质体融合 定义:受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体 菌的游离DNA片段,并把它整合到自己的基因组中,而获得 部分新的遗传性状的基因转移过程,称为转化。转化后的的 受体菌称为转化子(transformant)。 有关名词: 受体菌:recipient/receptor,转化基因的接受者 供体菌:donor,转化基因的提供者 转化因子:来自供体菌的DNA片段 转化子:transformant,将转化基因重组进入自身染色 体组的重组子 (一)、转化(transformation) 1、转化及其发现 转化 受体细胞要处于感受态. 感受态:competence,受体细胞能从环境吸取外源DNA片 段并实现其转化的一种生理状态 供体DNA片段(转化因子)大小适宜,分子量一般为1 107 D 左右 菌株间的亲缘关系密切 2、转化发生的条件 3、转化的类型 根据感受态建立的方式,可以分为: 自然遗传转化natural genetic transformation 人工转化artificial transformation 人工转化 人工转化是通过人为诱导的方法,使细胞具有 摄取DNA的能力,或人工地将DNA导入细胞内。 方法: CaCl2处理细胞,使其成为能摄取外源DNA的 感受态状态. 电穿孔法electroporation:用高压脉冲电流击 破细胞膜,或击成小孔,使各种大分子(包括 DNA )能通过这些小孔进入细胞。 可转化的性状 荚膜多糖的合成 专一性酶的合成 专一性蛋白质的合成 抗药性 混合培养 (二)、转导(transduction) J.Lederberg等(1952)在Salmonella typhimurium中发现 的。 1.转导及其发现 定义:以温和噬菌体为为媒介,将供体细细胞的DNA片 段携带带到受体细细胞中,通过过交换换与整合,从而使后 者获获得前者部分遗传遗传 性状的现现象,称为转导为转导 。获获 得新遗传遗传 性状的受体细细胞,称转导转导 子。 转导 溶原性转换溶原性转换 因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使因前噬菌体基因插入寄主的基因组而使 后者获得一些新性状的现象后者获得一些新性状的现象. . 2.转导的种类 完全普遍转导 普遍转导 流产普遍转导 转导 低频转导 局限转导 高频转导 普遍性转导 |概念:受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发 生配对、交换和整合,也不迅速消失,而只是进行转录和转译( 性状表达),这种现象就称为流产转导。 |现象:发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后,只能将这 段外源DNA分配给一个子细胞,而另一子细胞仅获得供体基因 的产物酶,在表型上表现出轻微的供体菌特征,每经过一次 分裂,就受到一次稀释. 流产转导 局限性转导 gal bio galbio galbio gal bio bio gal 普遍性转导与局限性转导的区别 区别要点普遍性转导局限性转导 基因转导发生的时期裂解期溶原期 转导的遗传物质供体菌染色体DNA任 何部位或质粒 噬菌体DNA及供体菌 DNA的特定部位 转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌 DNA特定部位的遗传 特性 转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转 导增加1000倍(10- 4) (三)、接合 供体与受体细细胞 直接接触,借性菌 毛传递传递 DNA,在受 体细细胞中发发生交 换换、整合,使之获获 得供体菌的遗传遗传 性状的现现象,称为为 接合。通过过接合 而获获得新性状的 受体细细胞就称接 合子。 (四)、原生质体融合protoplast fusion |概念:通过人为方法,使遗传性状不同的两细胞的 原生质体发生融合,并进而发生遗传重组以产生同 时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子(fusant)的 过程,称为原生质体融合。 |适用范围:各种生物细胞都能进行原生质体融合, 包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和 人体的不同细胞。 |意义:70年代后发展的一种育种新技术,继转化、 转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段 。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行,还 能做到属间、科间甚至更远缘的微生物或高等生物 细胞间的融合。 |发展点:有关原生质体融合的遗传机制,尚未研究 清楚,目前还在探索中。 l原生质体融合的优点: 可以提高重组率 双亲可以少带标记或不带标记 可进行多亲本融合 有利于不同种间、属间微生物的杂交 通过原生质体融合提高产量 原生质体融合的主要步骤 |选择亲株 制备原生质体原生质体融 合 原生质体 再生 筛选优良性状的 融合重组子 三、细菌遗传变异的实际意义 |诱变育种 |在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 |在测定致癌物质中的应用 |在流行病学中的应用 |在基因工程中的应用 诱变育种:是用物理或化学的诱变剂使诱变对 象内的遗传物质(DNA)的分子结构发生改变,引 起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌 株的一种育种方法。 l诱变育种具有极其重要的实践意义 。当前发酵工业和其他微生物生产 部门所使用的高产菌株,几乎毫无例 外地都是通过诱变育种而明显提高 其生产性能的。 1. 诱变育种 诱变育种的基本过程 选择选择合适的出发菌株 制备待处理的菌悬液 诱变处理 筛选 保藏和扩大试验 1.出发菌株的选择 出发菌株用来育种处理的起始菌株 出发菌株应具备: 对诱变剂的敏感性高; 具有特定生产性状的能力或潜力; 出发菌株的来源; 自然界直接分离到的野生型菌株: 历经生产考验的菌株: 已经历多次育种处理的菌株: 2.制备细胞悬液 要求: 菌体处于对数生长期,并使细胞处于同步生长; 细胞分散且为单细胞,以避免表型迟延现象 (phenotypic lag); 方法: 玻璃珠打散10-15min; 加.3吐温80(表面活性剂) 用无菌脱脂棉过滤。 制备: 物理诱变剂生理盐水(0.85NaCl) 化学诱变剂缓冲液 浓度: 细菌、放线菌 108个/ml 霉菌、酵母菌 106个/ml 表型迟迟延现现象:指某一突变变在DNA复制和细细胞分裂后,才 在表型上显显示出来,造成不纯纯的菌落。 3.诱变处理 (诱变剂的作用: 提高突变的频率 扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变或负突变移动 (剂量的表示法:不同种类和不同生长阶段的微生 物对诱变剂的敏感程度不同,所以在诱变处理前,一 般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线 ,选择合适的处理剂量。致死率是最好的诱变剂 相对剂量的表示方法。 (最适剂量的选择:产量性状的育种中多倾向于低 剂量(致死率的7080) 诱变处诱变处 理方式： 单单一因子处处理： 复合因子处处理： 先后使用 同时时使用 单单一因子重 复使用 两种以上因素 2.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 |形态、结构、染色性、生化特性、抗 原性及毒力等方面的变异,使得诊断复杂 化 |耐药菌株日益增多,因此以药敏实验为 指导 |减毒菌株和无毒株可制备成疫苗 3.在测定致癌物质中的应用 |凡能诱导细菌发生突变的物质都有可 能是致癌物质。 4.在流行病学中的应用 |分子生物学分析方法已被用于流行病 学调查 z质粒指纹图(PEP) z对噬菌体的敏感性,对细菌素的敏感 性 5.在基因工程中的应用 |基因工程是根据遗传变异中细菌可因 基因转移和重组而获得新性状的原理设 计的 z切取目的基因连接到载体上 转移到工程菌内,大量表达目的基因产物 z目前已大量生产胰岛素、干扰素、多 种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫 苗等生物制品 基因工程 1. 基因工程总体策略 2. 目标基因的克隆与鉴定 3. 宿主和载体 4. 重组蛋白的生产 基因工程总体策略 基因工程指用人为的方法将所需要的某 一供体生物的DNA提取出来,在适当的条件下 用适当的酶切割后,把它与载体DNA分子连接 起来形成具有自我复制能力的DNA分子复 制子,并将它转移到宿主细胞中进行扩增和表 达。 重组蛋白的生产品种、菌株改良遗传基因分析 蓝-白选择 活性筛选 |微生物分类学(Taxonomy) 是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成 条理清楚的各种分类单元或分类群(Taxon)的科学 |分类学的任务 |分类(Classification):是指根据相似性或亲缘关系, 将一个有机体放在一个单元中。 | 命名(Nomenclature):是按照国际命名法规给予有 机体一个科学的名称 | 鉴定(Identification):是指确定一个新分离物是否 归属于某个已命名的分类单元的过程。 第三节 细菌的分类与命名 命名的任务是为一个新发现的微生物确定一个新 学名,亦即当你详细观察和描述一个未知菌种后,经过认 真查找现有的权威性分类鉴定手册,发现这是一个以往 还未记载过的新种,这时,就得按微生物的国际命名法规 给以一个新的学名。 一、细菌在生物中分类地位 目前公认“四界分类系统” 动物界 植物界 原核生物:细菌、放线菌、螺旋体、 生物 原生生物界 霉形体、立克次氏体、衣原体 真核生物:真菌、藻类、原虫 病毒界:病毒 二 细菌的分类层次 |界(Kingdom) | 门(Phylum or Division) | 纲(Class) | 目(Order) | 科(Family) | 属(Genus) | 种(Species) | 种是最基本的分类单位。 |但分类单元之间科加入亚门、亚纲、亚目、亚科等 次要分类单位。种以下又可分为亚种、变种、型、菌 株等 1.种和属的概念 |种(species)是细菌分类的基本单位。 |生物学性状基本相同的细菌群体构成一个菌种; |同一菌种的各个细菌,虽性状基本相同,但在某些方 面仍有一定差异,差异较明显的称亚种( subspecies,subsp.)或 变种(variety, var.),差异小的则为 型(type) 。 |性状相近关系密切的若干菌种组成一个菌 属(genus)。 2.微生物亚种以下的变型分类 |亚种以下 z 生物变型表示特殊的生化或生理特征 z 血清变型表示抗原结构不同 z 致病变型表示某些寄主的专一致病性 z 噬菌变型表示对噬菌体的特异性反应 z 形态变型表示特殊的形态特征 3.菌株 |对不同来源的同一菌种的细菌称为该菌的 不同菌株(strain) 。 |具有某种细菌典型特征的菌株称为该菌的 标准菌株(standard strain)或模式菌株(type strain) Corynebacterium pekinenese nov.sp.AS1.299 (北京棒杆菌 AS 1.299, 新种)。 在新种发表前,其模式菌株的培养物 就应存放在一个永久性的菌种保藏机构 中,并允许人们能从中取得。 三、细菌的命名法 |拉丁文双命名法 |属名+种名(中文的命名次序适与拉丁文相反) |Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌; |Escherichia coli 大肠埃希菌; |Neisseria meningitidis 脑膜炎奈瑟菌等 | 常见菌通用的俗名 |tubercle bacillus,结核杆菌; typhoid bacillus伤寒杆菌; |泛指某一属细菌,不特指其中某个菌种,则可在 属名后加sp.(单数)或spp.(复数) |如Salmonella sp. 表示为沙门菌属中的细菌 1.俗名与学名 每一种微生物都有一个自己的名字,名 字有俗名(common name)和学名(scientific name)两种。俗名指普通的、通俗的、地区 性的名字,具有简明和大众化的优点,但往往 涵义不够确切,易于重复,使用范围局限。 例如“结核杆菌”(tubercle bacillus,俗名)用于表示 Mycobacterium tuberculosis(结核分枝杆菌,学名);以此 类推有:“绿脓杆菌”用于表示Pseudomonas aeruginosa ( 铜绿假单胞菌),“白念菌”表示 Candida albicans(白色假 丝酵母),“金葡菌”表示 Staphylococcus aureus(金黄色 葡萄球菌) 学名则指一个菌种的科学名称,它是按 照国际细菌命名法规命名的、国际学 术界公认并通用的正式名字。 有关学名的若干规定与常识: 属(或亚属)名:是一个表示该种微生物主要特 征的名词或用作名词的形容词,单数,其第一个 字母应大写。其词源可来自拉丁词、希腊词或 其他拉丁化的外来词,也可以组合方式形成。 如 Bacilllus(芽抱杆菌属)可写成“B”,Streptomyces( 链霉菌属)可缩写成“S”, Pseudomonas(假单胞菌属)可缩写成“P ”,Aspergillus(曲霉属)可写成“A”等。如果有可能产生 混淆,也可写两至三个字母,例如“Bac.”(Bacillus),“Ps ”(Pseudomonas)和“Pen”( Penicillium 青霉属)等 。 种的加词:代表一个种的次要特征,同样由拉丁词 、希腊词或拉丁化的外来词所组成。字首一律小写( 即使它是由某一人名衍化而来,首字母也不应大写) 。它可以是一个形容词或名词。在出版物中,种的加 词与属名一起均应排成斜体。 在实际工作中,有时手头筛选到一个有用的菌种, 其属名很易确定,但种名还未确定。在这种情况下,当 发表论文或进行学术交流时,其种的加词暂时可以用 “SP”(正体字)代替。例如“Bacillus sp.”即表示一个 尚未定出种名的芽孢杆菌,可译为“一种芽孢杆菌”。同 样,“Bacillus spp”(Spp 为 species 复数的简写) 表示 一批尚未定种名的芽孢杆菌, 故可译为“若干芽孢杆菌 ”。 学名的发音:按规定,学名均应按拉丁字母发音规 则发音。事实上,英、美等国学者经常按自己的文种 来对学名发音,影响颇大,且已习惯成自然。 变种(variety, var) 变种是亚种(subsp.)的同义词,因易引起 混乱,故国际细菌命名法规(1975)已规 定它在命名法中没有地位,且不主张使用。 型 在亚种以下的“型”(form)曾用于表示细 菌菌株,但目前已废除。目前尚在使用的是 以“型”作后缀使用,例如生物变异型(biovar) 、化学型(chemoform)等(见下表 )。 在上述各菌株符号中,有的是随意的,有的是研究 机构的名称如“BF”为“北纺”(北京纺织工业局科学 研究所)的缩写,有的则是菌种保藏机构的缩写,如 AS即代表Academia Sinica(中国科学院),ATCC即代 表American Type Culture Collection(美国模式菌种保 藏中心)等等。 四 微生物的分类技术水平 |微生物分类中使用的技术水平 z 细胞形态水平 z 细胞组分水平 z 蛋白质水平 z 基因组水平 五 微生物的分类方法 1.经典分类鉴定法 z形态特征:个体 群体 z 生理生化特征:营养要求(碳源,氮源,生 长因子);代谢产物(种类,产量,显色反应等);酶( 产酶种类,反应特性等) z生态学特征:生长温度,对氧需要,酸碱要求, 宿主种类等 z血清学反应 z噬菌体的敏感性 z其他 微生物的分类方法 2.数值分类法又称阿得逊氏法 (Adansonian classification) | 以两两菌株的形态、生理生化特征,对环境 的反应和忍受性及生态特征为依据 | 由计算机计算两者之间的总近似值,列出相 似值矩阵,将相似度高的菌株列在一起,然后将 矩阵图转换成树状谱 微生物的数值法分类 微生物的分类方法 3.化学分类法(Chemotaxonomy) 根据微生物细胞的特征性化学 组成分对微生物进行的分类方法 微生物分类方法 4.遗传学分类方法 |DNA中G+C含量百分比分析 细菌含量变化范围在25 75 ,放线 菌在37 51 。2 种之间差异超过10 ,肯 定不是同一个种 |DNA-DNA杂交 测定杂合的百分数,如同一种,应为 100 |DNA-rRNA杂交和16SrRNA寡核苷酸的序列 分析 分析后作出相似性图,关系近的集中到 一起,关系远的在图上占据不同的位置 六 细 菌 分 类 系 统 |最有代表性和最有影响的细菌分类系统 伯杰氏细菌鉴定手册 (Bergeys Manual of Determinative Bacteriology) 1923年, 1925年, 1930年, 1934年, 1939年, 1948 年, 1957年, 1974年分别出版了第一至第八版 ,1994年出了第九版 以形态、生理生化、G + C mol 、生态分布 等特征为主 第九版伯杰氏系统细菌学手册简介 1、和以前的版本相比,在新版中,增加了许多新科、新属和新种 。为了使发表的材料能及时反映新的进展,并考虑读者使用的方 便,将手册分成4卷,各卷的主要内容如下; z第1卷:一般医学和工业方面重要的革兰氏阴性细菌 。 z第2卷:放线菌以外的革兰氏阳性细菌。 z第3卷:古细菌、蓝细菌及其他革兰氏阴性细菌。 z第4卷: 放线菌。第1卷及第2卷相继于1984年和1886 年出版,其余2卷于1989年出版。 z伯杰氏手册自从1923年出版第1版,直至1974年第8版 ,均使用伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)名称。第9版更名为 伯杰氏系统细菌学手册。 第九版伯杰氏系统细菌学手册简介 2、新的版本,在“细菌分类”一章中,专题论述了近代 发展起来的一些新的分类方法,如数值分类、核酸在细 菌分类中的应用、遗传学方法、血清学和化学分类等。 。 3、手册新版的一个突出变化是鉴定方法的革新。新版 在表型特征基础上,以DNA资料对属、种的分类地位给予 决定性的判断。将DNA中G+C mol含量的测定、DNA杂 交、RNA寡核苷酸的顺序分析、细胞化学分析、数值分 类等方法应用到细菌的分类学上,改变了过去细菌分类 过多的依赖人为因素的局面。 伯杰氏系统细菌学手册 (Bergeys Manual of Systematic Bacteriology) second edition 2001 |以生理生化、G + C mol 、系统发 育地位等为主体现了现代分子生物 学的研究成果 The End 现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学”或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、华中科技大学、郑州大学等学校。 中医即中国传统医药学，是 现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学” （高血压心脏病糖尿病）或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，（传染病丙肝乙肝甲肝）形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌） 华中科技大学、郑州大学等学校。 （肺血液血小板红血球白血球） 中医即中国传统医药学，是形成于数千年前的中国，是建立在人们与疾病长期斗争的经验总结及阴阳五行、八纲脏腑辨证基础上，运用朴素辩证法及思辨推理方法，认识机体、自然、疾病三者关系，发展起来的（传染病丙肝乙肝甲肝）一门以“功能人”包括功能脏器为概念的独特的医学哲学理论体系。（肺炎青霉素肝炎） 在治疗上，除了药物外，还有针灸、推拿气功、（高血压心脏病糖尿病）耳针等特殊疗法，它是世界传统医学中最完善的一种医学理论体系。它为人类尤其为中国人民（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌） 健康和民族繁衍做出了巨大贡献。 （肺血液血小板红血球白血球） 西医学是最近三四百年来建立在解剖学、生物学及现代科学技术基础上、发展起来的一门以“解剖人、肉体人”为概念的、新兴的现代医学科学理论体系。主要采用科学实验方法，从宏观到微观，直至目前的分子基因层次水平，发展极为迅速，超过其它任何一门医学科学，成为世界医学史上的主流。 可见中西医学，一个是以“功能人”为概念的独特的哲学医学理论体系，一个是以“解剖人、肉体人”为概念的新兴的现代医学科学理论体系，二者都不是以完整人为研究对象的科学，从理论讲二者都不是科学的，势必影响各自发展。事实也证明这一切，（高血压心脏病糖尿病）中医长期停滞不前、（高血压心脏病糖尿病）疗效也不确实。西医尽管发展到目前的基因分子层次，但疾病发病率居高不下，对绝大部分疾病发病原因认识不清、发病机理弄不明 白，治疗受到制约，在小小SARS、禽流感面前竟束手无策，在糖尿病、癌症、心脑血管疾病、尿毒症等相当多疾病面前更是不得不求助或借助中医治疗。一个是疗效不确实，一个是有些甚至相当多疾病无法治疗，这就是中西医学结合的缘由。然而，由于二者是两套理论、两股道上跑的车（肺血液血小板红血球白血球），风马牛不相及，从理论上讲就没有结合的可能，只是形式上的融合罢了。（肺炎青霉素肝炎） 故出现西医对治疗不了的疾病只好求助中医，而中医则往往采用西医诊断中医治疗，以及中西治疗法一块用的局面。 （高血压心脏病糖尿病）至于（传染病丙肝乙肝甲肝）循证医学、比较医学、后现代医学、行为医学等所谓“医学”，都称不上一门独立的医学科学，关于这一点在灵魂医学有关章节中将有相关点评。 总之，目前以中西医学为主的世界各种医学科学都存在不完整性的瑕疵，即都是以不完整的人为研究对象的医学科学，故不能解决目前存在于中西医学甚至人文社会科学史上一切疑难模糊问题，成为阻碍医学科学前进的羁绊。的确，要解决目前存在于中西医学甚至人文社会科学上一切疑难模糊问题，显然已完全超出了中（肺血液血小板红血球白血球）西医学所涉及的范畴，我们必须跳出中西医学的理论框架，建立起一个新的医学理论体系 - 东方医学和西方医学（即西医）的融合形成现代系统医学。 该体系所涉及的一切问题不管从广度上，还是从深度上，（高血压心脏病糖尿病）都应该远远超过现有的中西医学理论，并将现有中西医学理论纳入自己的理论框架范围之内。为了肩负起这一历史使命，原创人生、医学理论体系（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌） 灵魂医学 soul medicine 应运而生，她不但从宏观上或战略上圆满解释并解决了存在于人类医学及人文社会科学史上的一切疑难模糊问题，而且还能够使人们得以启迪人生（传染病丙肝乙肝甲肝），不得不重新认识人类自身、不得不重新认识人类赖以生存的这个多维世界。（肺炎青霉素肝炎） 医学化验 医学定义（medicine），是处理人健康定义中人的生理处于良好状态相关问题的一种科学，以治疗预防生理疾病和提高人体生理机体健康为目的（高血压心脏病糖尿病）狭义的医学只（肺血液血小板红血球白血球）是疾病的治疗和机体有效功能的极限恢复，广义的医学还包括中国养生学和由此衍生的西方的营养学。现在世界上医学主要有西方微观西医学和东方宏观中医学两大系统体系。（传染病丙肝乙肝甲肝）医学的科学性在与应用基础医学的理论不断完善和实践的验证，（肺炎青霉素肝炎） 例如生化、生理、微生物学、解剖、病理学、药理学、统计学、流行病学，中医学及中医技能等，来治疗疾病与促进健康。虽然东西方由于思维方式的不同导致研究人体健康与外界联系及病理机制的宏观微观顺序不同，但在不远的将来