细菌遗传与变异.ppt

第一篇微生物学基础 第5章细菌遗传与变异BacterialGenetics 教学大纲 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 问题 微生物的概念及种类 医学微生物学的主要研究内容是什么 第一节与细菌遗传相关的物质 细菌染色体质粒噬菌体转座子 细菌染色体 细菌染色体chromosome一条环状双螺旋DNA长链按一定构型反复回旋而成的松散网状结构 毒力岛 Pathogenicityisland 指病原菌的某个或某些毒力基因群 其分子结构与功能不同于细菌染色体 但位于染色体内 故称之 毒力岛最早是用来描述泌尿道致病性大肠杆菌的两个相对分子质量很大的 编码许多毒力相关基因的 不稳定的染色体DNA片段 近年来人们发现在许多病原性细菌中都存在着毒力岛 毒力岛的定义也有了较大的改变 毒力岛具有以下特点 1 编码细菌毒力基因簇的一个相对分子质量较大的 20 100kb左右 染色体DNA片段 2 一些毒力岛的两侧具有重复序列和插入元件 但是也可以没有 3 毒力岛往往位于细菌染色体的tRNA基因位点内或附近 或者位于与噬菌体整合有关的位点 肠致病性大肠杆菌 EPEC 的LEE毒力岛就位于转运RNAselC位点 4 毒力岛DNA片段的G Cmol 密码使用和宿主细菌染色体有明显差异 有的比宿主细胞的G Cmol 明显高 有的明显低 5 毒力岛编码的基因产物许多是分泌性蛋白和细胞表面蛋白 如溶血素 菌毛和血红素结合因子 一些毒力岛编码细菌的分泌系统 如 型分泌系统 信息传导系统和调节系统 6 一种病原菌可以有一个或几个毒力岛 7 一部分学者认为 细菌的毒力岛应该包括位于噬菌体和质粒上的 与细菌的毒力有关的 其G C百分比和密码使用与宿主细胞明显不同的DNA片段 8 毒力岛可能与新发现的病原性细菌有关 在沙门氏菌中已经发现了5个毒力岛 如果鼠伤寒沙门氏菌的SPI 1毒力岛发生了突变 经口感染 对小鼠的毒力可降低15 50倍 但是如果经过腹腔途径感染 则毒力没有明显降低 这说明 SPI 1毒力岛主要与肠道粘附和侵袭有关 经过腹腔途径感染 使鼠伤寒沙门氏菌逃避了肠道屏障 SPI 1毒力岛的作用就表现不出来 而SPI 2毒力岛则不同 如果SPI 2毒力岛发生了突变 即使经过腹腔途径感染 伤寒沙门氏菌对小鼠的毒力也降低了10000倍 就不能够引起全身性感染 三 细菌的 型分泌系统 型分泌系统 type secretionsystem TTSS 是一个由多组分蛋白复合体形成的跨膜通道TTSS与动植物的许多革兰氏阴性病原菌毒力因子的分泌有关编码TTSS的基因通常位于毒力岛上 约有20 30个 质粒 特点自主复制双股闭合环状DNA分子编码某些表型可丢失和转移分类表型F质粒 R质粒 Vi质粒 噬菌体 phage 是侵噬细菌或真菌的病毒蝌蚪形 球形 杆状 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 噬菌体感染细菌的结果 溶菌性周期毒性噬菌体溶原性周期前噬菌体溶原性细菌温和噬菌体 溶菌周期 吸附阶段生物合成阶段释放阶段 转座子 转座子transposon Tn细菌DNA内一段核苷酸序列 能在质粒之间 质粒与染色体之间自行转移位置 是细菌菌体内可移动的遗传物质 第二节细菌的变异现象 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 主要的变异类型 形态结构变异抗原性变异菌落形态变异毒力变异耐药性变异 有荚膜的肺炎球菌 无荚膜的肺炎球菌 细菌形态结构变异 S型菌落 R型菌落 细菌菌落形态变异 卡介苗 BCG 卡 介 Calmette G rin 二氏将有毒力的牛型结核分枝杆菌在含胆汁 甘油和马铃薯的培养基上经13年传230代 得到毒力减弱而抗原性稳定的菌株 用于结核病的预防 第三节细菌变异机制 突变 细菌的变异机制基因突变细菌基因的转移和重组1 基因突变 mutation 遗传物质结构发生突然改变基因突变类型 基因突变 点突变染色体畸变 范围大突变株 野生株 耐药性菌株在接触药物前已出现 抗菌药物的作用只是选择耐药株 基因转移和重组 基因转移供体菌DNA转移给受体菌的过程基因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方式转化 接合 转导 溶原性转换 原生质体融合 转化transformation 肺炎链球菌的转化试验 转化 受体菌直接摄取供体菌DNA片段并整合到自己的基因组中 从而获得新的遗传性状的过程 噬菌体吸附大肠杆菌示意图 噬菌体裂解大肠杆菌示意图 噬菌体感染细菌的结果 溶菌性周期毒性噬菌体溶原性周期前噬菌体溶原性细菌温和噬菌体 普遍性转导 完全转导和流产转导普遍性转导模式图 局限性转导 普遍转导 装配错误局限转导 脱落错误 接合conjugation F质粒 fertilityplasmid 雄性菌 F 雌性菌 F F质粒接合转移模式图 接合conjugation 概念 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 转导transduction 概念 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 溶原性转换Lysogenicconversion 溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获新遗传性状 原生质体融合Protoplastfusion 细菌形成原生质体后 在聚乙二醇作用下可以使两个细菌细胞发生融合 高频重组株 Hfr F质粒如整合到细菌染色体上时 则该细菌能以较高的频率转移染色体基因 与受体菌F 的染色体重组 F质粒在末端 F 菌获的F质粒的机会和很少 第四节细菌遗传学的应用 在诊断 治疗和预防方面的应用检测致癌物质在流行病学方面的应用在基因工程方面的应用 例1 曲线a表示使用诱变剂X前青霉菌菌株数和青霉素产量之间的关系 曲线b c d表示使用诱变剂X后菌株数和产量之间的关系 下列说法正确的是 A 由a变为b c d体现了变异的多方向性B X决定了青霉菌变异方向 加快了变异频率C 在X作用下青霉菌可能发生基因突变 基因重组D b是最符合人们生产要求的变异类型 第四节改变毒力的方法 增强毒力的方法 回归易感动物 本动物或实验动物 减弱毒力的方法长时间在体外连续培养传代 如病原菌在体外人工培养基上连续多次传代在高于最适生长温度条件下培养 如炭疽 号疫苗是将炭疽杆菌强毒株在42 43 培养传代育成在含有特殊化学物质的培养基中培养 如卡介苗是将牛型结核分支杆菌在含有胆汁的马铃薯培养基上每15天传1代 持续传代13年后育成 病原微生物的致病性与毒力 go 减弱毒力的方法续 在特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽孢苗是在含50 CO2的条件下选育的 通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗是将强致病菌株通过豚鼠370代后 又通过鸡42代选育而成 通过基因工程的方法 如去除毒力基因或用点突变的方法使毒力基因失活 可获得无毒力菌株或弱毒菌株 在含有抗血清 特异噬菌体或抗生素的培养基中培养 也都能使病原微生物的毒力减弱 山东畜牧兽医职业学院 毒力因子的调节 病原菌的侵袭受多种环境因素的调节 氧浓度 渗透压 PH值 生长阶段等因素通过调节侵袭相关基因的表达影响细菌 温度铁钙渗透压 分类系统 纲 目 科 属 种属 Genus genera 具有若干共性的种的组合 与其他属有明显的差异 种 Species 微生物分类的基本单元 是一群性质相似的菌株 与其他菌株群体有明显差异 菌株 Strain 是不同来源的某一种细菌的纯培养物 同一种细菌有许多菌株 其主要性状应完全相同 2 细菌的命名国际细菌命名法规 TheInternationalCodeofNomenclatureofBacteria 双名法 每一种细菌的拉丁名称由属名和种名二部分组成 属名第一个字母必须大写 其余均小写 如大肠杆菌的学名 Escherichiacoli Ecoli 在现代细菌分类