细菌的遗传变异(1).ppt

第5章细菌的遗传变异 目的要求 1 掌握 细菌基因转移与重组 转化 接合 转导 溶原性转换 原生质体融合的概念及机制 2 熟悉 细菌的变异现象 细菌遗传变异在医学上的意义 遗传 heredity 子代与亲代的生物学性状基本相同 且代代相传 遗传保证了物种的稳定性 变异 子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异 变异产生新的物种 有利于物种的进化 基因型变异 遗传性变异 表型变异 非遗传性变异 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 基因型和表型变异的比较 基因型变异 表型变异 基因结构 变化未变 可逆性 不或极少可逆 稳定性 稳定不稳定 环境影响 涉及细菌数 不受影响受影响 个别全体 一 形态结构变异鼠疫耶尔森氏菌 含3 6 NaCl琼脂培养 多形态性 衰退型 第一节细菌的变异现象 L型变异 细胞壁缺陷型 生物学特性 多形性 革兰阴性 高渗培养 生长缓慢 荷包蛋样菌落 可回复 A 原细菌型菌落B 荷包蛋样L型菌落C 颗粒型L型菌落D 丝状型L型菌落 葡萄球菌丝状L型菌落 葡萄球菌丝状L型菌落回复后 荚膜变异 肺炎链球菌荚膜 体外长期培养 失去荚膜芽胞变异 炭疽杆菌 经42 10 20天 失去芽胞 毒力减弱鞭毛 H O 变异 变形杆菌 含10 的培养基上生长 失去鞭毛 二 菌落变异 S R变异 光滑型 S型 粗糙型 R型 三 毒力的变异毒力降低或消失 如卡介苗毒力增强 如白喉棒状杆菌四 耐药性变异细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受 第二节细菌的遗传物质 1 细菌的染色体 环状 dsDNA 相对较小 4 2 106bp 4000个基因复制快 105bp min无组蛋白 无内含子 为连续基因单倍体 突变后更易表现 2 质粒 plasmid 细菌染色体外的遗传物质 环状闭合的双股DNA 可编码许多重要的生物学性状 质粒DNA的特性具有自我复制能力紧密型质粒 松弛型质粒质粒能编码某些特定性状可自行丢失与消除可在细菌间转移 分相容性与不相容性两种 种类致育质粒或称F质粒结合耐药性质粒可分为接合性耐药质粒 R质粒 和非接合性耐药质粒 耐药毒力质粒或Vi质粒编码与该菌致病性有关的毒力因子 毒力细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素 细菌素代谢质粒编码产生与代谢相关的许多酶类 3 转座因子是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列 这种转座作用可发生在染色体 质粒上或染色体与质粒之间 分类 1 插入序列 insertionsequence IS 750 1550bp两端重复序列 与插入有关中心序列有转位酶基因 2 转座子 transposon Tn 2000 25000bp两端为IS中心序列有与转位无关基因如 毒素基因 耐药基因等 常见的插入序列和转座子 ISbpTn耐药或毒素基因 IS1768Tn1AP 氨苄青霉素 IS21327Tn6Kan 卡那霉素 IS31300Tn10Tet 四环素 IS41426Tn551Em 红霉素 IS51195Tn681E coliET 肠毒素 4 整合子 integron In 是一种运动性DNA分子 具有独立结构可捕获和整合外源性基因 使之转变成为功能性基因表达单位 定位于细菌染色体 质粒或转座子上基本结构 两端为保守末端 中间为可变区 含一个或多个基因盒整合子含有3个功能元件 重组位点 整合酶基因 启动子通过转座子或接合性质粒 使多种耐药基因在细菌中进行水平传播 5 噬菌体基因组 形态结构 蝌蚪形衣壳 蛋白质核酸 dsDNA 分布广 有菌就有噬菌体宿主特异性 流行病调查 分型参与细菌变异 转导 溶原性转换 基因转移 genetransfer 外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程 基因重组 generecombination 转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程 供体菌 donor 受体菌 recipient 第三节基因的转移和重组 一 转化 transformation 供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取 使受体菌获得新的性状 条件 受体菌与供体菌DNA有同源性 感受态 受体菌能摄取外源DNA片段的生理状态 感受态一般出现在细菌对数生长期的后期 持续时间约3 4小时 小鼠体内肺炎链球菌的转化试验 转化因子 transformingprinciple 在转化过程中 转化的DNA片段称为转化因子 分子量小于107 最多不超过10 20个基因 感受态 competence 二 接合 conjugation 细菌通过性菌毛 将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程 F质粒 fertilityfactor 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质粒与染色体整合具有结合和转移功能细菌染色体转移频率高 F质粒低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 1 耐药传递因子 编码性菌毛 2 耐药决定因子 耐药 三 转导 transduction 以温和噬菌体为载体 将供体菌的一段DNA转移到受体菌内 使受体菌获得新的性状 1 普遍性转导前噬菌体脱离溶原性细菌增殖时 误装入细菌DNA 故该噬菌体感染受体菌时 则将供体菌DNA带入受体菌内 完全转导流产转导 普遍性转导模式图 局限性转导模式图 2 局限性转导 前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差 将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌 使受体菌的遗传性状发生改变的过程 普遍性转导与局限性转导的区别 四 溶原性转换 是宿主菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段而获得新的遗传性状 五 原生质体融合两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理 失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程 基因的转移和重组模式比较 第四节基因突变 突变 指细菌遗传物质DNA结构发生突然而稳定的改变 导致细菌发生遗传性变异 一 基因突变的规律 1 突变率 细菌都可自发突变 但频率较低 突变率约10 9 10 6 加入诱导剂 紫外线 X射线 烷化剂 亚硝酸盐等 突变率可提高100 1000倍 诱导突变 彷徨试验 随机的 非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生 噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用 彷徨试验示意图 2 突变与选择 突变是随机和不定向的 细菌染色体上数千个基因中哪个发生突变 导致何种突变均非外界因素所决定 外界因素只能起选择性作用 选择出突变株 3 回复突变野生型菌株 突变 突变型菌株 回复突变 与野生型菌株表型相同 基因型不一定相同 影印培养试验示意图 自发的 随机的 非诱导的药物仅起选择作用 二 突变的类型和机制 1 碱基置换 转换 嘌呤间 A G 嘧啶间 T C 颠换 嘌呤 嘧啶间 A T C G 2 碱基的插入或缺失 致密码子错误 3 转位因子的插入 诊断困难H O变异 如伤寒沙门菌鞭毛S R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 第五节