细菌的遗传与变异浙江大学.ppt

细菌的遗传与变异 林旭瑷 副教授 浙江大学医学院,掌握内容：细菌的遗传物质；基因转移与重组方式的种类及定义；噬菌体及其相关概念。 熟悉内容：细菌的变异类型；噬菌体与宿主菌相互关系。 了解内容：细菌的变异现象；细菌遗传变异研究的实际意义。,遗传（heredity）： 变异（variation）： 基因型变异（genotypic variation） 表型变异（phenotypic variation）,基因型和表型变异的比较,BCG：牛型结核杆菌（有毒株） 胆汁-甘油-马铃薯培养 13年，230次传代 减毒株（BCG） 基因型变异：BCG 表型变异：细菌L型,第一节 细菌的变异现象,形态、结构变异：细菌L型 、H-O变异 抗原性变异 菌落变异： S-R变异 毒力变异 耐药性变异,一、形态结构变异,L型变异 青霉素、溶菌酶 - 正常形态细菌 L型细菌 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁) 芽孢变异 42-43 - 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天 鞭毛变异（H-O变异） 0.1%石炭酸 - 变形杆菌 点状生长、单个菌落 （O） 迁徙生长（H）,二、菌落变异,在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 原因：失去LPS的特异多糖,三、毒力变异,增强 感染棒状杆菌噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),四、耐药性变异,细菌对某种抗菌药物从敏感变成耐药的变异 金黄色葡萄球菌 MRSA 有些细菌还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 含链霉素培养基 痢疾志贺菌 痢疾志贺菌依链株 长期培养,第二节 细菌的遗传物质,细菌染色体 质粒 噬菌体 转座子,dsDNA，3.2-5106 bp 按一定构型反复回旋而成的松散网状结构 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现,细菌染色体（chromosome）,质粒（plasmid）,复制能力 控制某些性状 转移能力 相容性与不相容性 丢失或消除,功能：F质粒性菌毛；Vi质粒毒力 R质粒耐药；Col质粒细菌素,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 个体微小，可以通过细菌滤器 无细胞结构，由衣壳（蛋白质）和核酸组成 只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物 噬菌体分布极广，有菌即有噬菌体,噬菌体（bacteriophage）,1. 噬菌体结构,头部 核心：DNA 或 RNA 衣壳：蛋白质,尾部 蛋白质 与吸附宿主有关,噬菌体的复制,2.噬菌体类型 1.毒性噬菌体：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。 2.温和噬菌体或溶原性噬菌体：噬菌体基因组整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解。,溶菌性周期,毒性噬菌体在宿主菌内的增殖过程（复制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟释放等3个阶段。,溶原性周期,温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，成为前噬菌体。并随细菌复制而复制，随细菌的分裂而分配到子代细菌染色体中。,溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌。 温和噬菌体可以自发或在有些因素的诱导下，整合的前噬菌体可以从染色体上脱离，进入溶菌性周期。 溶原性：温和噬菌体具有的这种产生成熟子代 噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期， 而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。,溶原性转换 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。 例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理：由于-棒状杆菌噬菌体DNA携带白喉毒素基因，其感染白喉棒状杆菌后，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。,转位因子（transposable element）,是一类不依赖于同源性重组可以在细菌的基因组（染色体、质粒、噬菌体）中从一个位置转移到另一个位置上的独特DNA片段，也称为跳跃基因（jumping genes）或移动基因（movable genes）。 包括：插入序列（IS） 转座子（transposon, Tn） Mu 噬菌体,插入序列 (insertion sequence, IS)：750-1550 bp 两端有反式重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因，没有其他基因,转座子 (transposon, Tn): 2-25 kb，两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 如：毒素基因、耐药基因等,常见的插入序列和转座子,Mu 噬菌体：是一类具有转位作用的温和噬菌体， 可随机插入宿主菌的DNA中。,基因突变是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构变化，分为点突变和多点突变。 基因突变是生物变异的主要原因，也是生物进化的主要因素。,第三节 细菌变异的机制,一、基因突变,基因突变规律： 自发突变与诱发突变 彷徨试验 突变率：自发10-1010-6，诱发10-610-4 突变与选择 影印试验 回复突变与抑制突变 野生型 突变型,二、基因转移与重组,转移：供体菌DNA转移给受体菌的过程 重组：进入受体菌的外源DNA能够复制，导致其基因型发生改变成为重组体或重组菌,转化（transformation） 受体菌直接摄取外源性DNA（供菌死亡时释放或人工方法提取的DNA）并整合到自己的基因组中，获得新的遗传性状的过程。,肺炎链球菌的转化试验,影响转化的因素： 供受菌基因型：亲缘关系越近，转化率越高 感受态（competence）：生理活动过程中摄取转化因子的最佳时期 环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化,接合（conjugation） 两个细菌接触，供体菌通过性菌毛将DNA直接转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的过程 。,F质粒（fertility factor, 致育因子）,接触：细胞质沟通 转移：F质粒进入F菌，1分钟完成 复制：F菌转为F菌,Hfr（高频重组菌株）：,F质粒与染色体整合形成Hfr 具有高频转移自身染色体至F-菌的功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低，很少使受菌成为F菌 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图,Hfr转移细菌染色体过程,R质粒 耐药传递因子（RTF）：编码性菌毛 r决定因子：决定耐药,转导（transduction） 以噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。,普遍性转导 generalized transduction,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。,被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分,局限性转导 restricted transduction,特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。 溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。 其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。,所转导的只限于供体菌上个别的基因,普遍性转导与局限性转导的区别,溶原性转换（lysogenic conversion） 溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的性状。,原生质体融合 （protoplast fusion）,将两种不同细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。,诊断困难 HO变异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 治疗困难：耐药 预防：BCG,第四节 细菌遗传变异 在医学上的实际意义,Ames试验检测致癌物,以细菌为模型检测可疑致癌物的常用方法 突变菌在诱变剂的作用下，可能发生回复突变