医学微生物5章ppt课件

1、第第5 5章章 细菌的遗传和变异细菌的遗传和变异Heredity and Variation Heredity and Variation of Bacteriaof BacteriaHigher Education PressHigher Education Press遗传遗传heredity：遗传物质从亲代传给子代，使得亲：遗传物质从亲代传给子代，使得亲代与子代类似。代与子代类似。变异变异variation：亲代与子代之间，以及子代不同个：亲代与子代之间，以及子代不同个体之间，存在的某些差别。体之间，存在的某些差别。基因型变异基因型变异genotypic variation：遗传物质发生改

2、动：遗传物质发生改动引起的变异。引起的变异。表型变异表型变异phenotypic variation：外界环境条件的作：外界环境条件的作用引起的变异。用引起的变异。Higher Education PressHigher Education Press第一节第一节 细菌遗传与变异的物质根底细菌遗传与变异的物质根底 核酸是细菌遗传的物质根底，核酸是细菌遗传的物质根底，细菌的遗传物质是以染色体和染色体外细菌的遗传物质是以染色体和染色体外的遗传物质方式包括质粒和转位因子的遗传物质方式包括质粒和转位因子存在的。另外噬菌体也是影响细菌遗传存在的。另外噬菌体也是影响细菌遗传变异的重要遗传物质。变异的重要遗

3、传物质。 基因基因genegene：是一段可转录：是一段可转录的的DNADNA序列，含编码区和非编码区。序列，含编码区和非编码区。Higher Education PressHigher Education Press 微生物基因组学微生物基因组学microbial genomics：是经过对微：是经过对微生物基因组进展测序，并对一切序列进展研讨的学科。生物基因组进展测序，并对一切序列进展研讨的学科。其有利于：其有利于： 微生物的分类微生物的分类 发现抗微生物的药物靶点发现抗微生物的药物靶点 发现与微生物的致病和毒力相关的基因发现与微生物的致病和毒力相关的基因 挑选出制备疫苗的分子挑选出制备疫

4、苗的分子Higher Education PressHigher Education Press一、细菌的染色体一、细菌的染色体 染色体染色体chromosome是细菌主要的遗是细菌主要的遗传物质，由一条闭合环状的双链传物质，由一条闭合环状的双链DNA分子构分子构成，严密缠绕成较致密的不规那么小体，该成，严密缠绕成较致密的不规那么小体，该小体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有小体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有核蛋白，约含核蛋白，约含5 000个基因。个基因。Higher Education PressHigher Education Press 致病岛致病岛pathogenicity is

5、land：即指编码细菌毒力：即指编码细菌毒力因子的基因簇，为染色体上一些相对分子质量较大的因子的基因簇，为染色体上一些相对分子质量较大的DNA片段，编码整合酶、转位酶等，其两侧往往具有反复序列片段，编码整合酶、转位酶等，其两侧往往具有反复序列和插入序列，可以程度转移或丧失，其和插入序列，可以程度转移或丧失，其DNA片段的片段的G + C百分比和密码运用与宿主菌具有明显差别，一种病原菌可百分比和密码运用与宿主菌具有明显差别，一种病原菌可同时具有一个或几个致病岛。有的细菌失去致病岛那么致同时具有一个或几个致病岛。有的细菌失去致病岛那么致病性下降或消逝。如泌尿道致病性大肠埃希菌就有病性下降或消逝。如

6、泌尿道致病性大肠埃希菌就有8个，主个，主要编码要编码溶血素、菌毛、细胞坏死因子等。溶血素、菌毛、细胞坏死因子等。Higher Education PressHigher Education Press二、质粒二、质粒 质粒质粒plasmid是一种独立于染色体外，是一种独立于染色体外，能进展自主复制的遗传因子，主要存在于细菌能进展自主复制的遗传因子，主要存在于细菌和真菌等多种微生物细胞中。质粒通常以共价和真菌等多种微生物细胞中。质粒通常以共价闭合环状的超螺旋双链闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞分子存在于细胞中。质粒不仅与细菌遗传物质的转移有关，也中。质粒不仅与细菌遗传物质的转移有关，也与

7、某些细菌的致病性，以及细菌的抗药性等有与某些细菌的致病性，以及细菌的抗药性等有关。关。Higher Education PressHigher Education Press1. 质粒的特性质粒的特性质粒具有自我复制的才干质粒具有自我复制的才干所编码的基因产物赋予细菌某些性状所编码的基因产物赋予细菌某些性状质粒可自行丧失与消除质粒可自行丧失与消除质粒的转移性质粒的转移性不相容性与相容性不相容性与相容性 Higher Education PressHigher Education Press2常见的质粒类型常见的质粒类型1F质粒质粒fertility plasmid：与致育性有关的质粒，：与致育

8、性有关的质粒，F的含义是致育性，即具有编码性菌毛和介导细菌之间接合的的含义是致育性，即具有编码性菌毛和介导细菌之间接合的才干。才干。 Higher Education PressHigher Education Press2耐药质粒耐药质粒resistance plasmid：能使细菌对抗生素、：能使细菌对抗生素、化学药物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。根据耐药质粒化学药物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。根据耐药质粒能否经过接合而转移，分为接合型和非接合型耐药质粒，接能否经过接合而转移，分为接合型和非接合型耐药质粒，接合性耐药质粒又称合性耐药质粒又称R质粒质粒R质粒质粒=RTF + r，非接合

9、性耐药，非接合性耐药质粒又称质粒又称r质粒。质粒。RTF： 耐药转移因子耐药转移因子 r 决议子：决议子： 耐药决议子耐药决议子 Higher Education PressHigher Education Press3Col质粒质粒Col plasmid：是编码大肠菌素的质粒。大：是编码大肠菌素的质粒。大肠菌素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭肠菌素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭作用的蛋白质类抗菌物质。作用的蛋白质类抗菌物质。4毒力质粒毒力质粒virulence plasmid：决议细菌毒素的基因，：决议细菌毒素的基因，如致病性大肠埃希菌的如致病性大肠埃希菌的ST

10、质粒质粒 、LT质粒等。质粒等。 5代谢质粒代谢质粒metabolic plasmid：携带能降解某些基质：携带能降解某些基质的酶的基因。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物的酶的基因。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单方式。降解成能被其作为碳源和能源利用的简单方式。Higher Education PressHigher Education Press三、转位因子三、转位因子 转位因子转位因子transposable element是指可是指可以转移本身位置的一段以转移本身位置的一段DNA序列。转位因子可序列。转位因子可以从染色体或质粒等内部的一

11、个位置转移到另以从染色体或质粒等内部的一个位置转移到另一个位置，一个位置， 或者在染色体、质粒、噬菌体等之或者在染色体、质粒、噬菌体等之间转移。间转移。 原核生物中的转位因子，可分为两类：原核生物中的转位因子，可分为两类： 1. 插入序列插入序列 2. 转座子转座子Higher Education PressHigher Education Press 插入序列插入序列insertion sequence , IS：分子小，只携带：分子小，只携带与转位功能有关的基因。与转位功能有关的基因。 转座子转座子transposon , Tn：长度普通超越：长度普通超越2 kb，除携带，除携带与转位有关

12、的基因外还携带其他基因如耐药性、毒素基因与转位有关的基因外还携带其他基因如耐药性、毒素基因等。等。Higher Education PressHigher Education Press第二节第二节 基因突变及其修复基因突变及其修复一、基因突变的特性一、基因突变的特性1. 种类种类 突变突变mutation是指生物体的遗是指生物体的遗传物质核酸的构造发生了忽然而稳定的传物质核酸的构造发生了忽然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发变化。突变可导致微生物的某些性状发生遗传性变异。生遗传性变异。Higher Education PressHigher Education Press 突变包括基

13、因突变和染色体畸变。突变包括基因突变和染色体畸变。 1基因突变：是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基基因突变：是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，的置换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，所以又称为点突变。所以又称为点突变。2染色体畸变：是指大段染色体的缺失、反复、易位和倒染色体畸变：是指大段染色体的缺失、反复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质构造的改动。位，即较大范围内遗传物质构造的改动。Higher Education PressHigher Education Press2. 基因突变的共同特性基因突变的共同特性1自发

14、性和不对应性自发性和不对应性 2稀少性稀少性 ：自发突变率：自发突变率10-910-6 。3可诱发性可诱发性 4独立性独立性5稳定性稳定性6可逆性：未发生突变的原始菌株称为野生可逆性：未发生突变的原始菌株称为野生株，经突变后性状改动了的菌株称为突变株。株，经突变后性状改动了的菌株称为突变株。Higher Education PressHigher Education Press二、自发突变的证明二、自发突变的证明 细菌突变的自发性可以用动摇实验或影细菌突变的自发性可以用动摇实验或影印培育实验来证明。印培育实验来证明。动摇实验动摇实验Higher Education PressHigher Ed

15、ucation Press影印培育实验影印培育实验Higher Education PressHigher Education Press三、三、 DNADNA损伤的修复损伤的修复1. 1. 光修复光修复2. 2. 切除修复切除修复3. 3. 重组修复重组修复4. SOS4. SOS修复等修复等 Higher Education PressHigher Education Press第三节第三节 常见的几种细菌突变体常见的几种细菌突变体1 1抗性突变体抗性突变体2 2条件致死突变体条件致死突变体3 3营养缺陷型突变体营养缺陷型突变体4 4毒力突变体：如卡介苗毒力突变体：如卡介苗 Bacillu

16、s Bacillus Calmette-Guerin, BCGCalmette-Guerin, BCG系系CalmetteCalmette和和GuerinGuerin 19231923年将有毒的牛结核分枝年将有毒的牛结核分枝杆菌培育于含甘油、胆汁和马铃薯的培杆菌培育于含甘油、胆汁和马铃薯的培育基上，经育基上，经1313年年230230次传代后成为弱毒的次传代后成为弱毒的活菌疫苗，广泛用于结核病的预防。活菌疫苗，广泛用于结核病的预防。 Higher Education PressHigher Education Press第四节第四节 基因转移与重组基因转移与重组 基因转移基因转移gene tr

17、ansfergene transfer：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。菌的过程。 基因重组基因重组recombinationrecombination：转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一同，使整合在一同，使受体菌获得供体菌的某些特性。受体菌获得供体菌的某些特性。 细菌的基因转移和重组方式：细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导。转化、接合、转导。Higher Education PressHigher Education Press一、转化一、转化 转化转化transformation指来自供体菌游指来自供体菌游离的离的

18、DNA片段直接进入并整合入受体菌基因片段直接进入并整合入受体菌基因组中，使受体菌获得部分新的遗传性状的过组中，使受体菌获得部分新的遗传性状的过程。程。Higher Education PressHigher Education Press二、接合二、接合 经过性菌毛供体菌与受体菌直接接触，遗经过性菌毛供体菌与受体菌直接接触，遗传物质自供体菌转移入受体菌，使后者获得前传物质自供体菌转移入受体菌，使后者获得前者的部分遗传性状的过程称为接合者的部分遗传性状的过程称为接合conjugation。介导接协作用的质粒称为接。介导接协作用的质粒称为接合性质粒。合性质粒。Higher Education Pr

19、essHigher Education PressF+：即含：即含F质粒，编码性菌毛，该菌称雄性菌。质粒，编码性菌毛，该菌称雄性菌。 F + F -的接合：的接合： F+F-F+F-F+F+F+F+Higher Education PressHigher Education Press Hfrhigh frequency recombination：F质粒整合到细质粒整合到细菌染色体上，该菌称高频重组菌。该细菌能使受体细菌高频菌染色体上，该菌称高频重组菌。该细菌能使受体细菌高频地重组外源基因到染色体上，从而提高染色体基因的转移。地重组外源基因到染色体上，从而提高染色体基因的转移。Higher

20、Education PressHigher Education Press F 因子：因子：Hfr的的F质粒可以从宿主菌的染色体上解离，重质粒可以从宿主菌的染色体上解离，重新变为游离的新变为游离的F质粒，质粒， 但解离时有时会带下一小段宿主菌的染但解离时有时会带下一小段宿主菌的染色体，我们将携带了宿主菌一部分染色体的色体，我们将携带了宿主菌一部分染色体的F质粒，称质粒，称F因子。因子。F因子也有致育性。因子也有致育性。HfrFHigher Education PressHigher Education Press三、转导三、转导 以温暖噬菌体为媒介，将供体菌的遗以温暖噬菌体为媒介，将供体菌的遗

21、传物质转移入受体菌，使受体菌获得供体传物质转移入受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，这种方式称为转导菌的部分遗传性状，这种方式称为转导transduction。经过转导而获得新遗传。经过转导而获得新遗传性状的受体菌称为转导子。性状的受体菌称为转导子。 转导分为两类：普遍性转导和局限性转导分为两类：普遍性转导和局限性转导转导Higher Education PressHigher Education Press 普遍性转导普遍性转导generalized transduction：经过噬菌体：经过噬菌体可将供体菌任何可将供体菌任何DNA片段转移至受体菌的转导。片段转移至受体菌的转导。Hig

22、her Education PressHigher Education Press 局限性转导局限性转导specialized transduction：经过噬菌体：经过噬菌体将供体菌特定的基因转移给受体菌的转导。将供体菌特定的基因转移给受体菌的转导。Higher Education PressHigher Education Press 溶原性转换溶原性转换lysogenic conversion ：溶原性噬菌体的基：溶原性噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改动，这因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改动，这种景象称为溶原性转换。种景象称为溶原性转换。 经过溶

23、原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：白喉棒经过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：白喉棒状杆菌状杆菌白喉毒素；链球菌白喉毒素；链球菌致热外毒素；肉毒梭致热外毒素；肉毒梭菌菌肉毒毒素；产气荚膜梭菌肉毒毒素；产气荚膜梭菌毒素。毒素。 原生质体交融原生质体交融protoplast fusion ：是指将两种细菌经：是指将两种细菌经处置失去细胞壁成为原生质体后进展相互交融的过程。处置失去细胞壁成为原生质体后进展相互交融的过程。Higher Education PressHigher Education Press第五节第五节 细菌遗传变异在医学上的运用细菌遗传变异在医学上的运用1. 在诊断、治疗和预

24、防方面的运用在诊断、治疗和预防方面的运用2. 在检测致癌物质方面的运用在检测致癌物质方面的运用3. 在流行病学方面的运用在流行病学方面的运用4 .在重组在重组DNA技术中的运用技术中的运用Higher Education PressHigher Education Press第六节第六节 细菌耐药性细菌耐药性 细菌耐药性细菌耐药性bacterial bacterial resistanceresistance是细菌产生对抗生素不敏是细菌产生对抗生素不敏感的景象。感的景象。一、耐药性的种类一、耐药性的种类 1. 1. 固有耐药固有耐药intrinsic intrinsic resistancer

25、esistance：又称天然耐药性，是由：又称天然耐药性，是由细菌的种属特性所决议的，可预测。细菌的种属特性所决议的，可预测。2. 2. 获得性耐药获得性耐药acquired acquired resistanceresistance：是由染色体突变，或由：是由染色体突变，或由质粒等介导产生的。质粒等介导产生的。Higher Education PressHigher Education Press二、细菌的耐药机制二、细菌的耐药机制 1. 产生灭活酶产生灭活酶 由染色体或质粒等介导编码由染色体或质粒等介导编码-内酰胺酶。该酶使内酰胺酶。该酶使-内酰胺环裂解而使该抗内酰胺环裂解而使该抗生素丧失抗菌作用。生素丧失抗菌作用。 2. 抗菌药物作用