医学微生物学：4 遗传与变异 细菌耐药 1

1、2022-4-251/49第第三三章章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异教学要求：教学要求：掌握：掌握：1.细菌变异的机制；细菌变异的机制； 2.温和噬菌体的特性、与宿主的关系温和噬菌体的特性、与宿主的关系熟悉：细菌的变异现象、遗传变异的物质基熟悉：细菌的变异现象、遗传变异的物质基础、噬菌体的生物学特性、毒性噬菌础、噬菌体的生物学特性、毒性噬菌体的复制周期体的复制周期2022-4-252/49遗传遗传(heredity)：各种微生物的性状保持相对各种微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代的生物学性状基本相同，稳定，子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。且代代相传。变异变异(variatio

2、n)：子代与亲代以及子代与子代子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。之间的生物学性状出现差异。遗传性变异遗传性变异 (genotypic variation)：基因结构基因结构改变改变性状改变性状改变, 可以传给子代。可以传给子代。表型变异表型变异(phenotypic variation)：基因结构未基因结构未改变改变, 不能遗传。不能遗传。 2022-4-253/49细菌的变异现象细菌的变异现象： ( (一一) ) 菌落变异：菌落变异：S-R变异变异( (二二) ) 形态形态与与结构变异：结构变异： 多形态性变异多形态性变异 细菌细菌L L型变异型变异 特殊结构变异特殊结构变异

3、( (H-O变异等变异等) )( (三三) )耐药性变异：耐药性变异：对某种抗菌药物耐药对某种抗菌药物耐药 多重耐药性变异多重耐药性变异 药物依赖性变异药物依赖性变异( (SD株株) )( (四四) )毒力变异：毒力变异：增强增强( (白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌) ) 减弱减弱( (卡介苗卡介苗) )2022-4-254/49 3-6%食盐食盐鼠疫杆菌鼠疫杆菌多形态性多形态性(衰残型衰残型)。 琼脂培基琼脂培基2022-4-255/49 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌- - L L型变异型变异 抗体或补体抗体或补体 ( (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁) )正常霍乱弧

4、菌正常霍乱弧菌霍乱弧菌霍乱弧菌L L型型2022-4-256/49 棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌 获得白喉毒素获得白喉毒素 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌 卡介苗卡介苗 13年年(230代代)2022-4-257/49第第一一节节 细菌细菌基因组基因组 遗传物质遗传物质DNA(基因基因)：染色体染色体质粒质粒染色体外遗传物质染色体外遗传物质 噬菌体噬菌体可移动元件可移动元件插入序列插入序列转座子转座子整合子整合子2022-4-258/49一、一、细菌基因组的主要组成细菌基因组的主要组成（一）（一）染色体染色体(chromosome):1

5、. 多为一条染色体多为一条染色体 2. 环状双螺旋结构，按一定构型反复回环状双螺旋结构，按一定构型反复回旋而成松散结构旋而成松散结构3. 除除rRNA基因外，绝大多数基因为单基因外，绝大多数基因为单拷贝，很少有重复序列拷贝，很少有重复序列2022-4-259/494. 具有连续的基因结构，无内含子，转具有连续的基因结构，无内含子，转录后形成的录后形成的RNA分子不需加工剪切，分子不需加工剪切，边转录边翻译成多肽边转录边翻译成多肽5. 双向复制双向复制2022-4-2510/49( (二二) )质粒质粒(plasmid)： 1. .概念：概念：是细菌染色体外的环状闭合的是细菌染色体外的环状闭合的

6、DNA小体小体,可自我复制，也可自行丢失或经可自我复制，也可自行丢失或经人工处理消除，控制细菌某些特定的遗人工处理消除，控制细菌某些特定的遗传性状。传性状。2022-4-2511/492. .分类：分类： 1) 按传递方式分类：按传递方式分类： 接合性质粒：接合性质粒：带有与接合传递有关的基因带有与接合传递有关的基因(tra基因等基因等), ,分子量较大分子量较大, ,40-100kb, 如如F质粒质粒, ,R质粒质粒 非接合性质粒：非接合性质粒：分子量较小分子量较小，多在多在15kb以以下，通过共存的接合质粒诱动或转导传递下，通过共存的接合质粒诱动或转导传递2022-4-2512/492)

7、按拷贝数分类：按拷贝数分类：紧密型质粒紧密型质粒(stringent P) ：大质粒，拷贝数大质粒，拷贝数 1-2个个，一般为一般为40-100kb，与染色体复制同步。与染色体复制同步。 松驰型质粒松驰型质粒(relaxed P) ：小质粒小质粒,拷贝数多拷贝数多(20-60个个)，一般为，一般为15kb以下，可随时复制，以下，可随时复制，与染色体复制无关。与染色体复制无关。3). 按相容性分类：按相容性分类：不相容性：不相容性：结构相似、密切相关的质粒不能结构相似、密切相关的质粒不能稳定地共存于同一个宿主内的现象稳定地共存于同一个宿主内的现象 2022-4-2513/494) 按生物学性状分

8、类：按生物学性状分类：( (1) )致育质粒致育质粒（F质粒质粒, fertility plasmid) 编码性菌毛，介导细菌间的接合传递编码性菌毛，介导细菌间的接合传递( (2) )耐药性质粒耐药性质粒（resistance plasmid) R质粒：质粒：通过细菌间的接合进行传递，通过细菌间的接合进行传递， G-菌多见菌多见 r质粒：质粒：通过噬菌体在细菌间转导进行通过噬菌体在细菌间转导进行传递，传递，G+菌多见菌多见( (3) )毒力质粒毒力质粒（Vi质粒质粒, virulence plasmid) 编码与细菌致病性有关的毒力因子编码与细菌致病性有关的毒力因子2022-4-2514/49

9、（三）（三）噬菌体噬菌体 (bacteriophage，phage)是感染细菌、真菌等微生物的病毒。是感染细菌、真菌等微生物的病毒。2022-4-2515/49二、细菌基因组中主要的特殊结构二、细菌基因组中主要的特殊结构1. 插入序列插入序列(insertion sequence IS)：长度不超过长度不超过2Kb，末端都有一段反向重复序列末端都有一段反向重复序列(IR)，只有插入只有插入功能功能,不带其他遗传信息。不带其他遗传信息。IS ISResistance Gene(s) IS ISVirulence Gene(s)TransposaseABCDEFGGFEDCBA2. 转座子转座子(

10、transposon Tn)：结构较复杂结构较复杂，长度超长度超过过2Kb。Tn两端的两端的IR具有插入功能具有插入功能,中心序列带有中心序列带有遗传信息，如耐药性基因、毒力基因及其他结构遗传信息，如耐药性基因、毒力基因及其他结构基因等。基因等。2022-4-2516/49转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP（氨苄青霉素）氨苄青霉素）Tn4AP、SM(链霉素链霉素)、Su（磺胺）磺胺）Tn5Km（卡那霉素）卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧苄氨嘧啶）、甲氧苄氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）氯霉素）Tn10Tc（四环素）四环素）Tn551Em（红霉素）

11、红霉素）Tn971EmTn1491大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）2022-4-2517/493. 整合子整合子 (integron, In)：是细菌基因组中的可移动是细菌基因组中的可移动DNA整合元件整合元件具有通过位点特异性重组来捕获并结合具有通过位点特异性重组来捕获并结合基因盒的能力基因盒的能力。2022-4-2518/492022-4-2519/49突变突变(mutation)：细菌遗传物质的结构发生细菌遗传物质的结构发生突突 然而稳定的改变，导致遗传性变异。然而稳定的改变，导致遗传性变异。l点突变：点突变：小突变或基因突变，一个碱基小突变或基因突变，一个碱基对对的置换

12、、的置换、 插入或缺失引起，常指碱基置换。插入或缺失引起，常指碱基置换。l 多点突变多点突变: 大突变或染色体突变大突变或染色体突变, 两个碱基两个碱基对以上的变化对以上的变化, 涉及广泛的染色体重排涉及广泛的染色体重排, 发生发生易位、重复或缺失等。易位、重复或缺失等。第第二二节节 细菌细菌基因突变基因突变2022-4-2520/491. 自发自发突变和突变和诱发诱发突变：突变：突变率突变率：10-610-9 诱变剂：诱变剂：. 物理因素：紫外线物理因素：紫外线(UV)、高温、辐射等；高温、辐射等；.化学因素：丝裂霉素化学因素：丝裂霉素C、黄曲霉素黄曲霉素BI等。等。一、一、基因基因突变突变

13、规律规律2022-4-2521/492022-4-2522/492. 突变与选择突变与选择：突变是自发的，选择是人为的。突变是自发的，选择是人为的。3. 回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变：正向突变正向突变回复突变回复突变抑制突变抑制突变野生型野生型突变型突变型2022-4-2523/49二、二、突变突变型细菌及其分离型细菌及其分离1. 抗抗性突变性突变型型: 抑制敏感菌抑制敏感菌;2. 营养缺陷型突变营养缺陷型突变型型：3. 条件致死性突变型：条件致死性突变型：温度敏感突变株温度敏感突变株(temperature-sensitive mutant Ts): 低温低温28-35(容纳性温度容

14、纳性温度)复制增殖复制增殖 高温高温3740(非容纳性温度非容纳性温度)死亡。死亡。4. 发酵阴性性突变型：发酵阴性性突变型：2022-4-2524/49第三节第三节 基因转移与重组基因转移与重组 遗传物质由供体菌转入到受体菌并发遗传物质由供体菌转入到受体菌并发生整合生整合, 使受体菌获得新的性状特征。使受体菌获得新的性状特征。 转化转化 接合接合 转导转导 溶原性转换和原生质体融合溶原性转换和原生质体融合2022-4-2525/49一、一、转化转化(treansformation)：受体菌直接摄取供体菌受体菌直接摄取供体菌游离的游离的DNA获得获得新的遗传性状的过程称为转化。新的遗传性状的过

15、程称为转化。2022-4-2526/49二、二、接合接合(conjugation)：细菌通过性菌毛沟通，将遗传物质细菌通过性菌毛沟通，将遗传物质(质粒质粒)从供体菌从供体菌转移给受体菌。其类转移给受体菌。其类型有：型有：1. F质粒的接合：质粒的接合：质粒传递；质粒传递；质粒整合质粒整合高频重组菌株高频重组菌株(Hfr)2022-4-2527/492022-4-2528/492. R质粒的接合：质粒的接合：R质粒的组成：质粒的组成：耐药传递因子耐药传递因子(RTF)：功能与功能与F质粒相质粒相似，可编码性菌毛，并通过接合转移。似，可编码性菌毛，并通过接合转移。耐药决定子耐药决定子(r决定子决定

16、子)：编码对抗菌药：编码对抗菌药物的耐药性。物的耐药性。2022-4-2529/49三、三、转导转导(transduction)：以温和噬菌体为载体，将供体菌的以温和噬菌体为载体，将供体菌的DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。的遗传性状。两种类型：两种类型：1. 普遍性转导：普遍性转导：转导供体菌染色体上的任何转导供体菌染色体上的任何部分部分(裂解期复制、装配误差裂解期复制、装配误差)。2. 局限性转导：局限性转导：转导供体菌染色体上的特定转导供体菌染色体上的特定基因基因(DNA分离偏差分离偏差)。2022-4-2530/492022-4-25

17、31/492022-4-2532/49四、四、溶原性转换溶原性转换和原生质体融合和原生质体融合1. 溶原性转换溶原性转换（lysogenic conversion)：指噬指噬菌体基因整合于细菌染色体上，使细菌处菌体基因整合于细菌染色体上，使细菌处于溶原状态并获得新性状。于溶原状态并获得新性状。 -棒状噬菌体棒状噬菌体白喉毒素基因；白喉毒素基因； 链球菌链球菌红疹毒素；红疹毒素；2022-4-2533/492.原生质体融合原生质体融合(protoplast fusion)：两种两种 细菌失去细菌壁成为原生质体后细菌失去细菌壁成为原生质体后相互融合，可获得多种不相互融合，可获得多种不 同表型的重组

18、融同表型的重组融合体合体 。2022-4-2534/491.1.形态变异形态变异在在细菌学细菌学诊断诊断2. 细菌耐药性变异与控制细菌耐药性变异与控制3. 毒力变异与疾病控制毒力变异与疾病控制4. 流行病学分析方面的应用流行病学分析方面的应用5. 检测致癌物质方面的应用检测致癌物质方面的应用6. 基因工程基因工程方面方面的应用的应用 第第五五节节 细菌遗传变异在医学上的细菌遗传变异在医学上的意义意义2022-4-2535/49第四章第四章 细菌的耐药性细菌的耐药性教学要求：教学要求：掌握：细菌耐药性的概念及耐药机制掌握：细菌耐药性的概念及耐药机制2022-4-2536/49抗菌药物抗菌药物(a

19、ntibacterial agents)：具有具有 杀菌和抑菌活性、供全身杀菌和抑菌活性、供全身应用的各种抗生素和化学合成药物。应用的各种抗生素和化学合成药物。耐药性耐药性(antibiotic resistance) ：细菌对某些抗生素由敏感到耐受细菌对某些抗生素由敏感到耐受的改变。的改变。2022-4-2537/49药物敏感试验（药敏）药物敏感试验（药敏） 指测定抗菌药物在体外对某种细菌有指测定抗菌药物在体外对某种细菌有无抑制作用的方法。无抑制作用的方法。 1药敏测定方法药敏测定方法(1)稀释法稀释法(试管稀释法、微量稀释法、琼试管稀释法、微量稀释法、琼脂稀释法脂稀释法) (2)扩散法（纸

20、片法）扩散法（纸片法）2022-4-2538/492药敏结果的判断药敏结果的判断(1) 稀释法药敏结果的判断稀释法药敏结果的判断 最低抑菌浓度最低抑菌浓度( (minimal inhibitory concentration MIC) )：以抑制细菌生长为标准以抑制细菌生长为标准。 最低杀菌浓度最低杀菌浓度( (minimal bactericidal concentration MBC) )：以杀灭细菌为标准以杀灭细菌为标准, ,应使活菌总应使活菌总数减少数减少99.9%以上以上。2022-4-2539/49(2) 扩散法扩散法(纸片法纸片法)药敏结果的判断药敏结果的判断 敏感：敏感：指被检

21、菌株引起的感染，可用该药指被检菌株引起的感染，可用该药 常用剂量治疗。常用剂量治疗。中介：中介：被检菌株抑菌环的直径介于敏感与被检菌株抑菌环的直径介于敏感与 耐药之间，用药要慎重。耐药之间，用药要慎重。耐药：耐药：该药的常用剂量不能抑制被检菌株该药的常用剂量不能抑制被检菌株, 临床治疗无效。临床治疗无效。2022-4-2540/492022-4-2541/49第一节第一节 抗菌药物的种类及其作用机制抗菌药物的种类及其作用机制一、抗菌药物的种类一、抗菌药物的种类(一一) b b-内酰胺类内酰胺类(b b-lactams) ：均含均含 b b-内酰胺环，内酰胺环，有青霉素类、头孢菌素类等。有青霉素

22、类、头孢菌素类等。 (二二) 大环内酯类大环内酯类(macrolides)：红霉素类等红霉素类等( (三三) ) 氨基糖苷：氨基糖苷：有链霉素、庆大霉素等。有链霉素、庆大霉素等。(四四) 四环素类：四环素类：(五五) 氯霉素类：氯霉素类：(六六) 化学合成的抗菌药物：化学合成的抗菌药物：磺胺类、喹诺磺胺类、喹诺酮酮类类2022-4-2542/49二、抗菌药物的作用机制二、抗菌药物的作用机制l 干扰细菌胞壁的合成：干扰细菌胞壁的合成： b b-内酰胺类药内酰胺类药l 影响细胞膜的功能：影响细胞膜的功能：多年菌素类多年菌素类l 影响蛋白质的合成：影响蛋白质的合成：氨基糖甙类、大环内酯类氨基糖甙类、

23、大环内酯类l 影响核酸的代谢：影响核酸的代谢：利福平、喹诺龙类。利福平、喹诺龙类。2022-4-2543/49第二节第二节 细菌的耐药机制细菌的耐药机制 一、细菌耐药性的遗传机制一、细菌耐药性的遗传机制（一）固有耐药性（一）固有耐药性 细菌对某种抗菌药物的天然耐药性。细菌对某种抗菌药物的天然耐药性。始终如一，由细菌的种属所决定的。始终如一，由细菌的种属所决定的。（二）获得耐药性（二）获得耐药性 对药物敏感的细菌中出现了耐药性。对药物敏感的细菌中出现了耐药性。2022-4-2544/491. 染色体突变：染色体突变：细菌的自发突变，药物选择性细菌的自发突变，药物选择性压力有利于耐药突变株的存活。

24、联合用药和轮压力有利于耐药突变株的存活。联合用药和轮换用药可防止耐药菌株的存活。换用药可防止耐药菌株的存活。2. 可传递的耐药性：可传递的耐药性：l 质粒介导的耐药性质粒介导的耐药性:耐药质粒通过接合、转耐药质粒通过接合、转导和转化等方式传递。导和转化等方式传递。l 转座因子介导的耐药性：转座因子介导的耐药性：Tn转移位置插入转移位置插入某一基因时某一基因时,使细菌产生耐药。使细菌产生耐药。l 整合子介导的耐药性整合子介导的耐药性2022-4-2545/49（三）多重耐药性（三）多重耐药性 l 多重耐药性：多重耐药性：对三类以上的抗生素耐药。对三类以上的抗生素耐药。l 交叉耐药性：交叉耐药性：对机制相似的抗生素耐药。对机制相似的抗生素耐药。l 泛耐药性：泛耐药性：对临床常规使用的抗生素均耐药。对临床常