细菌的遗传变异

第 5 章,细菌的遗传与变异,遗传（heredity）：微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代性状基本相同，且代代相传。 变异（variation）：子代与亲代/子代与子代间性状出现差异,细菌的变异现象,一、形态、结构变异二、毒力变异三、耐药性变异四、菌落变异,一、形态结构变异,3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态性 陈旧培基物,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),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 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌落（O）,二、毒力变异,增强： 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 产生白喉毒素 减弱： 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌 卡介苗BCG 13年(230代),三、耐药性变异,概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。 多重耐药菌株及药物依赖性菌株，如 含链霉素培基痢疾杆菌 依链株 长期培养,四、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，伴其他性状改变。如：毒力变异,基因型和表型变异的比较,基因型变异（遗传）,表型变异（非遗传）,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,第一节 细菌的遗传物质,一、细菌的遗传物质, 细菌染色体：dsDNA，3.25106 bp 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,质粒（plasmid）：,复制能力编码能力丢失或消除转移能力相容性,F质粒转移；Vi质粒毒力R质粒耐药；细菌素质粒 Col质粒代谢质粒-酶，分解乳糖能力,转坐因子：一段具有转位特性的独立DNA序列插入序列IS (insertion sequence): 7501550 bp 两端重复序列，与插入有关，中心序列有转位酶基因 特点：简单,转座子Tn (transposon): 200025000 bp 两端为IS 中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因、耐药基因等特点：复杂,常见的插入序列和转座子,IS bp Tn 耐药或毒素基因,IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素）,IS2 1327 Tn6 Kan（卡那霉素）,IS3 1300 Tn10 Tet（四环素）,IS4 1426 Tn551 Em（红霉素）,IS5 1195 Tn681 E.coli ET（肠毒素）,整合子（integron，In）：运动性的DNA分子，具独特结构，可捕获和整合外源性基因，转变为功能性基因的表达单位。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,噬菌体（bacteriophage）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,毒性噬菌体，温和性噬菌体，溶原性细菌，溶原状态，前噬菌体，溶源周期 溶菌周期,第三节 基因的转移和重组细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行,转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌DNA,类型 基因来源 转移方式,转化 供菌 受菌摄入,接合 供菌 通过性菌毛,转导 供菌 噬菌体媒介,溶原性转换 噬菌体 前噬菌体,一 转化（transformation）： 受菌主动摄取外源性DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取DNA,影响因素：供受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高感受态（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,二 转导（transduction） 噬菌体媒介 将供菌DNA片段转给受菌，从而获得遗传性状普遍性转导和局限性转导,概念：前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，增殖后，装配时发生错误，将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，形成转导噬菌体。当它感染另一宿主菌，则将细菌的染色体注入受体菌内。包装错误： 任何部位细菌DNA片段特征转导性噬菌体： 宿主菌DNA， 无噬菌体DNA受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状,普遍性转导：,结果- 完全转导- 流产转导,局限性转导restricted transduction,概念： 前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，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。当其感染受体菌后，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。特点：所转导的只限于供体菌上的基因，故又称特异性转导。,局限性转导：温和性噬菌体,脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA,普遍性转导与局限性转导的区别,三 接合（conjugation） 通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状,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 具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低（位于末端，随时中断。 F-很少转变F+ ） 受体菌获得供体菌性状 利用Hfr的此特性，进行基因定位，绘制基因图,Hfr转移细菌染色体过程,R质粒耐药传递因子： 编码性菌毛 耐药决定因子：耐药性 传染性耐药因子，不同种属,健康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。与多重耐药性有关。耐药质粒可从一个细菌转移到另一个细菌中。超级细菌NDM-1,一种新的“耐药基因”“超级病菌”是指含有NDM-1酶的细菌。 NewDelhimetallo-lactamase1（新德里金属内酰胺分解酶）。 这种酶可分解-内酰胺环结构，由于目前为止临床最常用的抗生素，都含有-内酰胺环结构，因此携带这种酶的细菌可以使几乎所有抗生素失效 。超级细菌包括大肠杆菌、克雷伯氏菌和为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。滥用抗生素催化出强大耐药性 。迅速鉴别感染者，隔离治疗，医疗用具必须彻底消毒，医护人员必须常常用消毒皂液洗手,四 溶原性转换（lysogenic conversion） 噬菌体DNA与菌染色体整合 受菌获得新的性状 如白喉杆菌：-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌,小结,第四节 基因突变,影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用,突变的性质：突变率：10-610-9自发突变与诱发突变突变与选择回复突变与抑制突变,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。,突变型细菌及其分离： 耐药性突变型 药敏试验 营养缺陷突变型 营养物质筛选 条件致死性突变型 温度敏感试验 发酵阴性突变型 乳糖发酵试验,第五节 细菌遗传变异在医学上的实际意义,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,影响细菌学诊断：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，生化反应改变预防耐药菌株的扩散：治疗困难：耐药 制备菌苗：预防：BCG,检测致癌物：Ames试验：,http:/www.yjscn