细菌学第五章.ppt

第五章细菌的遗传与变异 细菌与其他生物一样 通过遗传与变异促进物种的发展 遗传 是亲代与子代的相似性 它使细菌性状保持相对稳定 是物种存在的依据 变异 是亲代与子代以及子代细菌之间的不相似性 是物种进化 发展的根据 第一节细菌遗传的物质基础第二节细菌常见的变异现象第三节细菌变异的机制第四节研究细菌遗传变异的意义 第一节细菌遗传的物质基础 基因组质粒转座因子毒力岛 一 基因组 细菌的基因组位于核体 是遗传的物质基础 核体又称为染色体 由两条双螺旋DNA组成 含有细菌的遗传基因 控制细菌的遗传和变异 细菌染色体以半保留复制的方法进行复制新形成的子代DNA双链分子与亲代的完全相同 所携带的遗传信息亦完全相同 故遗传性状亦相同 如果在DNA的复制过程中 子代DNA发生了改变 便会出现变异 二 质粒 是能自主复制的双链环状DNA分子 他们在菌体中以独立于染色体之外的方式存在 理论上讲 所有的细菌株系都含有质粒 质粒可以丢失 也可以转移 按不同的分类方法 可以将质粒分为不同的种类 按功能不同 质粒可分为 致育质粒或F质粒编码细菌的性菌毛 具有F质粒的细菌具有性菌毛 为雄性菌 反之 则为雌性菌 F质粒与细菌的有性结合有关 毒力质粒或Vi质粒编码细菌的各种毒力因子 如致病性大肠杆菌在粘膜上定居以及产生毒素的能力可有不同质粒编码 其中K质粒编码对黏膜有黏附活性的菌毛 ST质粒编码耐热肠毒素 LT质粒编码不耐热肠毒素R质粒 决定细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性 Col质粒 决定产生细菌素的质粒 控制细菌素的合成 一个质粒可以同时具有几种编码功能 按转移特性不同 质粒可分为 接合性质粒它使细菌有致育性 并在细菌之间接触时 从一个菌体转移到另外一个菌体 如 F质粒 非接合性质粒不能在细菌之间转移 但是有的可以通过以噬菌体为载体或直接进入另一个细菌而转移 非接合性质粒也可与接合性质粒结合 随接合性质粒而转移 附加体即 结合到染色体上的质粒 称为附加体 穿梭载体是一类特殊的质粒 可以在种属关系差异较大的微生物中转移 如 在大肠杆菌 原核 与酵母 真核 之间转移 三 转座因子 近年来发现的微生物的某些DNA片段作为一个独立的单位可在染色体上移动 这种移动甚至可以发生在不同种细胞之间 这种可移动的DNA片段称之为 转座因子 四 毒力岛 是指分子结构与功能有别于细菌的染色体 但位于染色体之内的 病原菌的某个或某些毒力基因群 称之为 毒力岛 毒力岛虽然是染色体的DNA片段 但两端往往具有重复序列与插入元件 G C 及密码使用与染色体有明显差异 分子量较大 多为30 40Kb 也有达100Kb者 1 细菌形态和结构变异细菌正常的形态和结构 在一定的条件下可以发生改变 如 衰老型的细菌形态会发生改变 一些细菌的结构也会改变 有细胞壁的可变为无细胞壁的L型 有特殊结构的细菌 荚膜 鞭毛 芽孢等 会失去这些特殊结构 其形态也相应会发生改变 另外 细菌这些结构的改变 可进而引起抗原性变化 第二节细菌变异常见的类型 2 菌落形态的变异指在一定条件下 光滑型菌落 S型 菌落表面光滑 湿润 边缘整齐 可变为粗糙型 菌落表面粗糙 枯干 边缘不整齐 即 S R变异 这种变异常伴随S型抗原的丧失和病原菌毒力由强到弱等性状的改变 3 抗性变异 耐药性变异 是一类能抵抗有害理化因素的突变型 根据其抵抗的对象分为 抗紫外线 抗噬菌体及抗药等 这些变异型细菌十分常见 且极易分离 一般只需在含有抑制生长浓度的某药物 相应的理化因素 和相应的噬菌体平板上涂上大量的细菌群 经过一定的时间培养 即可获得 但细菌对抗菌药物的耐药性并不全是遗传因子发生了变化 而是类似于诱导酶的产生 如培养枯草杆菌或蜡样芽孢杆菌在含少量青霉素的培养基中 可诱导这些细菌产生青霉素酶而破坏青霉素 金黄色葡萄球菌抗青霉素的原因亦如此 4 代谢变异 营养型变异 即 营养缺陷型变异 是由于基因突变引起代谢过程中某种酶的合成能力丧失的突变型 5 毒力变异病原菌的毒力可有强变弱 亦可由弱变强 6 抗原变异 第三节细菌变异的机制 基因突变基因转移 一 基因突变 指细胞的遗传物质DNA 或RNA 中的核苷酸顺序发生了稳定的可以遗传的变化 基因突变简称突变 是变异的一种 细菌的基因突变 根据发生变异的范围大小 可分为2种 1 染色体畸变 指染色体的一大段发生了缺失 重复 插入 易位和倒置 2 点突变 是相应基因上的DNA链中一个或少数几个核苷酸对的改变 包括 碱基对置换和移码 因缺失或插入而造成的移码 碱基对置换又分为 转换和颠换 转换是 嘌呤与嘌呤之间 以及嘧啶与嘧啶之间的转变 颠换为 嘌呤与嘧啶之间的转变 由于单个碱基的插入或缺失造成移码突变 半胱丝氨谷氨缬氨改变半胱精氨赖氨亮氨DNATGCTCGCAAGTTGATGCCGCAAGTTG 读码框 插入或缺失会造成其下游三联体密码子错读 生成完全不同的肽链 二 基因转移 细菌基因的转移与重组的主要形式有 转化转导接合原生质体融合转染 1 转化 指受体菌直接由外界环境中摄取供体细菌的游离DNA 并将其整合于自身的基因组中 从而获得供体菌的遗传信息的过程 转化过程示意图 1 转化 1 转化 2 转导 以温和型噬菌体为媒介 将供体菌的DNA片段携带到受体菌 通过交换与整合 使受体菌获得供体菌的部分遗传性状 称为转导 获得新遗传性状的受体菌 叫转导子 3 接合 指 个完整的细菌细胞通过性菌毛直接接触 由供体菌将质粒DNA转移给受体菌的过程 接合性的质粒主要有 F质粒 R质粒 Col质粒 4 原生质体融合是指通过人为的方法 使遗传性状不同的两个细菌细胞的原生质体发生融合 进而发生遗传重组 产生同时具有双亲性状 遗传性稳定的融合子的过程 如单抗的制备 5 转染指受体菌从噬菌体 获取 的过程 单克隆抗体的制备过程 第四节研究细菌遗传变异的意义 疾病诊断疾病防治基因工程 一 疾病诊断 在临床细菌学检验中 要做出正确的诊断 不仅要熟悉细菌的典型特性 还要了解细菌的变异规律 1 细菌的个体变化 炭疽杆菌对猪为局部感染 在其咽喉部多呈不典型的竹节状 菌体弯曲 且粗细不均 猪丹毒杆菌在慢性猪丹毒的病猪心脏病变内 即 心内膜疣状物 的菌不呈杆状 而为长丝状 鞭毛的丧失 变形杆菌在普通琼脂上 可形成鞭毛而呈扩散的弥漫性薄膜状生长 称为H型细菌 在普通琼脂中加入0 1 石炭酸后 变形杆菌生长 个体无鞭毛 菌落不扩散 此为局限性孤立菌落 称为O型菌落 2 细菌的群体变化 菌落 R及R 型变异 二 疾病防治 抗药菌株的出现 使抗菌治疗无效 当治疗细菌性疾病时 经药敏试验的方法选择敏感药物 Kirby Bauer法试验程序 弱毒疫苗的培育 用于预防 由人工致弱 目前人工致弱的菌株 布氏羊型5号菌苗 是将强毒马尔他布氏杆菌通过鸡致弱育成 卡介苗是牛分支杆菌在含胆汁的马铃薯培养基中反复传代 代 历时 年育成 目前的研究是使用基因工程的方法 选择毒力基因 改变它 缩短了弱毒疫苗培育的时间 二 疾病防治 三 基因工程 基因水平的遗传工程 是用人工的方法将所需要的某一供体生物的DNA分子提取出来 在离体的条件下进行切割后 与载体DNA分子连接起来 然后与载体一起导入某一受体细胞 让外源DNA在受体细胞中安家落户 通过正常的复制和表达 从而获得新物种的一种新育种技术 利用遗传工程获得的有 胰岛素 脑菲肽 卵清蛋白 干扰素等 应用基因工程技术还可以制备新型诊断试剂或疫苗 或多价疫苗 本章小结 细菌遗传的物质基础包括核体 质粒 转座因子和毒力岛 细菌质粒是独立于染色体之外的细菌的DNA 编码细菌生命非必需的基因 根据不同的性质可将质粒分为不同的类型 各有其不同的生物学意义 毒力岛是结构和功能有别于细菌的染色体 但又位于染色体之内的细菌的某个或某些毒力基因群 其主要作用是编码细菌的毒力因子 细菌常见的基因转移是细菌发生大的变异的一种变异机制 其包括多个类型 细菌细菌常见的变异类型 在疾病诊断 疾病的防治及基因工程方面均具有重要意义 本章参考复习题 1 概述细菌遗传变异的物质基础 2 质粒有哪些主要特点及类型 3 试述毒力岛的概念及特点 4 细菌常见的变异类型有哪些 5 在自然条件下细菌的基因转移重组主要方式有哪几种 6 什么叫转化 试述转化的一般过程 细菌的分类系统与动 植物一样 也有纲 目 科 属 种 最基本的单元为种 其次为属 属 是具有共性的若干种的组合 应与其它属有明显差异 种 是微生物学分类的基本单元 可以认为是一群性质相似的菌株 它与其它菌株群体有明显的差异 菌株 是不同来源的某一种细菌的纯培养物 第六章细菌的分类与命名 细菌的命名依据国际细菌命名法规的规定 学名用拉丁文