细菌遗传变异

1、 第三章第三章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异Bacterial Genetics 细菌子代与亲代之间生物学细菌子代与亲代之间生物学性状相似的现象。性状相似的现象。 细菌子代与亲代之间生物学性状细菌子代与亲代之间生物学性状存在着程度不一的差异现象。存在着程度不一的差异现象。基本概念基本概念遗遗 传传Heredity:变变 异异Variation: 遗传性（基因型）变异：遗传性（基因型）变异：o不受环境因素影响不受环境因素影响 o基因结构的改变基因结构的改变o不可逆、可遗传的不可逆、可遗传的 非遗传性（表型）变异：非遗传性（表型）变异：o受环境因素影响受环境因素影响o基因结构未改变基因结构未改

2、变o可逆、不可遗传可逆、不可遗传 第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象o形态结构的变异形态结构的变异o抗原性变异抗原性变异o菌落变异菌落变异 o毒力变异毒力变异o耐药性变异耐药性变异 一、一、形态结构的变异形态结构的变异o形态变异形态变异 鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌适宜适宜3NaCl卵圆形卵圆形多形态（球形、多形态（球形、亚铃型）亚铃型）oL型变异型变异 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶 细菌细菌 L型菌（细胞壁缺型菌（细胞壁缺 陷型细菌陷型细菌）o荚膜变异：荚膜变异： 营养营养/易感机体易感机体 形成荚膜形成荚膜 肺炎链球菌肺炎链球菌 反复普通培养基反复普通培养基 不形成荚膜不形成荚膜o鞭毛变异：鞭毛

3、变异： 普通培养基普通培养基 有鞭毛有鞭毛 H菌落菌落变形杆菌变形杆菌 H-O变异变异 0.1石炭酸石炭酸 无鞭毛无鞭毛 O菌落菌落o芽孢变异芽孢变异 42 炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌 失去芽孢、毒力减弱失去芽孢、毒力减弱 20d二、毒力变异：二、毒力变异： 有毒有毒/强毒强毒 无毒无毒/弱毒弱毒三、耐药性变异：三、耐药性变异： 如：如： 痢疾杆菌依链株痢疾杆菌依链株 耐药金黄色葡萄球菌耐药金黄色葡萄球菌四、菌落变异四、菌落变异 陈旧培养基长期培养陈旧培养基长期培养光滑型菌落光滑型菌落 粗糙型菌落粗糙型菌落 （S型）型） 或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内 （R型）型）原因：失去原因：失去

4、LPS的特异性寡糖重复单位的特异性寡糖重复单位第二节第二节 细菌变异的物质基础细菌变异的物质基础1. 染色体（染色体（chromosome） 2. 质粒质粒 （plasmid）3.噬菌体噬菌体4.转位因子转位因子一、细菌染色体（一、细菌染色体（chromosome）o环状、双股、超螺旋环状、双股、超螺旋DNA长链，不含组长链，不含组 蛋白，无核膜。蛋白，无核膜。o长长13002000um，分子量，分子量3109左右，左右，4288个基因。个基因。o无内含子，双向复制。无内含子，双向复制。o病原菌有致病岛。病原菌有致病岛。 二、二、质质 粒粒 (plasmid）o 细菌染色体外的遗传物质，环状闭

5、合的双股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可编码许多重要的生物学性状 几种重要的质粒：几种重要的质粒： 致育质粒（致育质粒（F质粒）质粒） 耐药质粒（耐药质粒（R质粒）质粒） 毒力质粒（毒力质粒（Vi质粒）质粒） 细菌素质粒（细菌素质粒（Col质粒）质粒） 代谢质粒代谢质粒n具有自我复制能力：紧密型质粒；具有自我复制能力：紧密型质粒； 松弛型质粒。松弛型质粒。n编码的基因产物赋予细菌某些性状编码的基因产物赋予细菌某些性状 特征。特征。 n可自行丢失与消除。可自行丢失与消除。n可在细菌间转移：接合和非接合质粒可在细菌间转移：接合和非接合质粒n分相容性与不相容

6、性两种。分相容性与不相容性两种。特特 点点三、噬菌体三、噬菌体(bacteriophage,phage) 1. 是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的物的病毒病毒。 2. 个体微小，可以通过滤菌器，电镜观察个体微小，可以通过滤菌器，电镜观察 3. 没有完整的细胞结构没有完整的细胞结构 4. 专性细胞内寄生的微生物专性细胞内寄生的微生物 生物学性状生物学性状 1. 形态与结构：形态与结构： 三种形态：三种形态： 蝌蚪形蝌蚪形 微球形微球形 丝形丝形 噬菌体的化学组成噬菌体的化学组成 核酸核酸 ： DNA 或或 RNA 蛋白质。蛋白质。核酸核酸外壳外壳尾壳

7、尾壳尾髓尾髓尾刺尾刺尾板尾板尾丝尾丝尾领尾领噬菌体的结构组成噬菌体的结构组成2. 培养特性培养特性 严格的寄生性和高度的特异性严格的寄生性和高度的特异性3. 抗原性抗原性4. 抵抗力：比细菌的繁殖体强抵抗力：比细菌的繁殖体强噬菌体与宿主的相互关系噬菌体与宿主的相互关系 宿主细胞溶解（溶菌周期）宿主细胞溶解（溶菌周期）两种结局两种结局 宿主细胞呈溶原状态（溶原性周期）宿主细胞呈溶原状态（溶原性周期） 毒性噬菌体毒性噬菌体 溶菌周期溶菌周期两种噬菌体两种噬菌体 温和噬菌体温和噬菌体 溶菌周期溶菌周期 溶原周期溶原周期吸附吸附穿入穿入生物合成生物合成组装、成熟组装、成熟释放释放温和噬菌体（温和噬菌体

8、（temperate phage） 噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，不引起细菌裂解。不引起细菌裂解。 前噬菌体（前噬菌体（prophage） 溶原性细菌（溶原性细菌（lysogenic bacterium） 溶原性周期和溶菌性周期溶原性周期和溶菌性周期 溶原性转换溶原性转换 温和噬菌体温和噬菌体前噬菌体前噬菌体温和噬菌体的溶原性周期和溶菌性周期温和噬菌体的溶原性周期和溶菌性周期吸附吸附 穿入穿入 噬菌体噬菌体DNA与细与细 菌染色体整合菌染色体整合随细菌染色体随细菌染色体的复制而复制的复制而复制 生物合成生物合成 组装、成熟、组装、成熟、释放细菌裂解死亡

9、细菌裂解死亡脱离脱离吸附吸附整合整合穿入穿入prophage: 整合在细菌基整合在细菌基因组中的噬菌体基因组因组中的噬菌体基因组溶原性细菌溶原性细菌 转位因子转位因子 概念概念 存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒DNA 分子上的一段特异性分子上的一段特异性核苷酸序列片段，能在核苷酸序列片段，能在DNA分子中移动。分子中移动。 种类：种类：o插入序列插入序列（IS）：）：是最小的转位因子，长度不是最小的转位因子，长度不超过超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，插入后与插入位点附近的序列共同基因区域，插入后与插入位点附近的序列共同起作用。起作用

10、。o转座子转座子（ Tn）：）：长度一般超过长度一般超过2kb，除携带与除携带与转位有关的序列外，还带有某些结构基因；因转位有关的序列外，还带有某些结构基因；因此当此当Tn插入某一基因时，可引起细菌性状的变插入某一基因时，可引起细菌性状的变化。化。o转座噬菌体或前转座噬菌体或前噬菌体：是一些具有转座功能噬菌体：是一些具有转座功能的溶原性噬菌体。的溶原性噬菌体。 细菌变异的机理细菌变异的机理Mechanism of Bacterial Variation突变突变（Mutation）2. 基因的转移与重组基因的转移与重组（gene transfer and recombination一、突变一、突

11、变 mutation 细菌基因结构发生突然而稳定的改变，细菌基因结构发生突然而稳定的改变，导致细菌遗传性状的变异。包括基因突变导致细菌遗传性状的变异。包括基因突变和染色体畸变。一般细菌的自发突变率是和染色体畸变。一般细菌的自发突变率是10-610-9。 突变是随机的、不定向的。突变是随机的、不定向的。 突变的性质：突变的性质：l突变率：突变率：10-610-9 自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变l突变与选择突变与选择 l具有相对稳定性具有相对稳定性l回复突变回复突变 突变野生型与突变性突变野生型与突变性突变与选择突变与选择 Ames试验：试验：检测环境致癌物质检测环境致癌物质二、转移和重组二

12、、转移和重组转移：供菌提供转移：供菌提供DNA；受菌接受；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌重组：受菌获得供菌DNA 转化（转化（transformation）：）： 受菌主动摄取外源性受菌主动摄取外源性DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取供菌死亡时释放或人工方法提取DNAintoF.Griffiths transformation test 影响因素：影响因素：l供受菌基因型：供受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高同源性；亲缘关系近，转化率高l感受态（感受态（competence）：）： 生理活动过程中摄取生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期转化因子的最佳时期 l环境因素：环境因素：M

13、g2、Ca2等可促进转化等可促进转化接合接合conjugation 细菌通过性菌毛相互连接沟通，将细菌通过性菌毛相互连接沟通，将供体菌的遗传物质转移至受体菌，使受供体菌的遗传物质转移至受体菌，使受体菌获得新的遗传性状的过程。体菌获得新的遗传性状的过程。lF质粒（质粒（fertility factor, 致育因子）致育因子）F+F_Sex piliF+F+F_Electron Micrograph of Bacterial Sex PiliF+F_F_Sex piliThree bacteria (20,000) in the process of conjuga-ting. Clearly e

14、vident are the sex pili forming mu-tual conjugation bridges between a donor ( upper cell ) and two recipients (two lower cells). lHfr（高频重组菌株）：（高频重组菌株）：oF质粒与染色体整合质粒与染色体整合o具有结合和转移功能具有结合和转移功能o细菌染色体转移频率高，细菌染色体转移频率高，F质粒低质粒低o受体菌获得供体菌性状受体菌获得供体菌性状o用于绘制基因图用于绘制基因图转导转导transduction 以噬菌体以噬菌体 ( temperate phage )为

15、媒为媒介介 ，将供体菌的一段，将供体菌的一段DNA转移至受体菌转移至受体菌中，使受体菌获得新的遗传性状的过程。中，使受体菌获得新的遗传性状的过程。 溶源性转换溶源性转换 温和噬菌体温和噬菌体 ( temperate phage ) 侵入侵入细菌，以前噬菌体细菌，以前噬菌体 (prophage)的形式与细的形式与细菌染色体发生重组，导致细菌遗传性状发菌染色体发生重组，导致细菌遗传性状发生改变的过程。生改变的过程。原生质体融合原生质体融合Protoplast fusiono细菌形成原生质体后，细菌形成原生质体后，在在聚乙二醇聚乙二醇作用下可作用下可以使两个细菌细胞发以使两个细菌细胞发生融合。生融合。诊断困难诊断困难 HO变异：如