细菌遗传变异(4)课件

1、关于细菌的遗传变异 (4)第一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 遗 传（heredity）变 异（variation）基因型变异 表型变异 遗传与变异是所有生物的共同生命特征 子代与亲代生物学性状基本相同,且代代相传子代与亲代,子代与子代的生物学性状出现差异 第二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月基因型和表型变异的比较基因型变异表型变异基因结构 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 全体第三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 第一节 细菌的变异现象1.形态结构变异 细菌L型变异: 荚膜变异(capsule): 肺

2、炎链球菌 特殊结构变异 芽胞变异(spore):炭疽杆菌 鞭毛变异(flagellum): H-O变异-失去鞭毛的变异 第四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月2.毒力变异： (Virulence) 毒力 ：BCG（卡介苗） 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代) 毒力 ：白喉杆菌溶原化第五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3.耐药性变异: (Drug-resistance) 细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。 金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14%上升至目前的90%。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性

3、。 含链霉素培基痢疾杆菌 依链株(耐药菌株) 长期培养第六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月4.菌落变异：(Colony) 特点：S-R变异常伴有其他性状的变异（毒力，抗原性等）而造成全面的变异菌落由光滑（S）型变为粗糙（R）型 如肠道杆菌 S-R变异失去LPS的特异多糖第七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月细菌染色体 (chromosome)染色体外的遗传物质：（一）质粒 (plasmid) （二）噬菌体（phage ）（三）转座因子 (transposable element)第二节 细菌的遗传物质第八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第九张，PPT共六十三页，创作

4、于2022年6月 致病岛（pathogenicity island,PAI） 在病原菌的基因组内，存在着一组与毒力相关的DNA序列。表达产物包括粘附素、毒素等。第十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月（一）质粒（plasmid）1.本质： 能自主复制的染色体外遗传物质，为环状闭合的双链DNA。 染色体外的遗传物质第十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月2.质粒DNA基本特性：A.可自我复制；是一个复制子 B.质粒DNA编码的基因产物能赋予细菌 些性状特征：致育性、耐药性、致病性等 C.质粒可自然丢失与消除 自然丢失率10-210-8；可用高温、紫外线等除去第十二张，PPT共六十三

5、页，创作于2022年6月D.质粒 具有转移性： 接合性质粒 通过性菌毛进行基因传递 非接合性质粒经接合性质粒诱动 或经载 体(噬菌体)进行基因传递E.质粒具有相容性和不相容性第十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3. 分类： 根据质粒基因编码的生物学性状 致育质粒/F (fertility) 质粒 编码性菌毛 耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或 重金属盐类的耐药性 毒力质粒/Vi (virulence) 质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子 第十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月（二）噬菌体（phage）Definition：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病

6、毒；Characteristics： 个体微小，可以通过细菌滤器； 无细胞结构，主要由衣壳（蛋白 质）和核酸组成；核酸单一寄生特异第十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月1.形态与结构 噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数噬菌体呈蝌蚪形。第十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月结构：由头部和尾部组成；第十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月化学组成：蛋白质与核酸；核酸类型：为DNA或RNA，大多数DNA噬菌体的DNA为线状双链；噬菌体具有抗原性；抵抗力：比一般细菌繁殖体强。第十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第十九张，PPT共六十三页，创作

7、于2022年6月毒性噬菌体的复制周期 毒性噬菌体 （Virulent phages） 在宿主菌内的增殖过程（复制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟释放等三个阶段。 毒性噬菌体 第二十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月毒性噬菌体的溶菌周期（Lytic life cycle）吸附穿入生物合成 成熟释放第二十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 溶原性噬菌体(Lysogenic phage)： 感染宿主菌后不增殖，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解，其基因整合于细菌基因组中，随细菌的基因组复制而复制的噬菌体。温和/溶原性噬菌

8、体第二十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月前噬菌体 (prophage): 整合在细菌染色体上的噬 菌体基因.溶原性细菌 (lysogenic bacteria): 带有前噬菌体的 细菌.溶原性（Lysogeny）：温和噬菌体具有的这种产生成熟子代噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。温和噬菌体第二十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。温和噬菌体第二十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 溶原性转换： 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。例如白喉

9、棒状杆菌产生白喉毒素的机理 温和噬菌体第二十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月溶原性细菌的特点： 1. 可正常繁殖，但其子代含前噬菌体； 2. 对相应噬菌体具有免疫性； 3. 可产生溶原性转换（噬菌体本身的基因 转给宿主菌的转递方式）； 4. 其溶原状态可自发或诱导终止； 第二十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月（三）转座因子本质：2.转移方式： 通过自身编码产生的转座酶导致 其转移或移位第二十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月3. 种类：插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的转位因子，2kb 重复序列Transposase Gene重复

10、序列转座子（transposon, Tn） 2kb，除携带转座基因外，还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。IS ISResistance Gene(s)复合转座子复杂转座子第三十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第三十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月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）第三

11、十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第三节 细菌基因的转移和重组转移：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 前噬菌体原生质体融合原生质体融合第三十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月一、转化（transformation） 受菌直接摄取供体菌DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取DNA 例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。第三十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月小鼠体内肺炎链球菌转化试验死亡死亡第三十五张，PPT共六十三页，创作于2

12、022年6月二、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主要接合性质粒： F质粒、R质粒、Col质粒、 Vi质粒第三十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）第三十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月存在形式：F+ 菌-含游离的F质粒F 菌-含带宿主菌基因的F质粒Hfr菌(high frequency recombinant)高频重组菌- F质粒整合于细菌染色体中F质粒（fertility factor, 致育因子）第三十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月F质粒存在的生理状态 第三十九张，

13、PPT共六十三页，创作于2022年6月大肠杆菌F质粒的各种存在状态间的转变F- 菌F+ 菌Hfr 菌F菌-lac与 F+菌接合丢失整合切离偏差切离 丢失整合与F菌接合第四十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月F F-作用：编码性菌毛转移：F质粒进入F菌，1分钟完成复制：F菌转为F菌第四十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月Hfr转移细菌染色体过程1.两者结合2.DNA一条链断开，染色体DNA经性菌毛进入F- 菌3.接合作用可随时中断（自发或外界因素），受体菌一般仍是F- 菌Hfr F-第四十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月Hfr（高频重组菌株）： F质粒与染色体整合

14、具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图第四十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月第四十四张，PPT共六十三页，创作于2022年6月F x F-F菌转为F菌， F菌仍然为F菌。第四十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 R质粒 作用：决定细菌的耐药性 结构：1.RTF (resistance transfer factor) 耐药传递因子-编码性菌毛，与复制、接合及转移有关 2.R determinant （r决定子）-编码对抗菌药物的耐药性 第四十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月结合游离耐药传递因子（RTF）r决定子

15、IS ISr决定子存在 a. 复合物形式：RTF- r决定子 b. 游离形式：两部分单独存在时无接合传递R质粒的功能耐药传递因子第四十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月三、转导（transduction） 噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导第四十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月毒性噬菌体，温和噬菌体 包装错误： 任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体： 供体菌DNA误装入噬菌体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（generalized transduction)第四十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月普遍性转导中外源

16、DNA的结果1.完全转导： 供体菌的DNA与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代2.流产转导(abortive transduction): 供体菌的DNA与受体菌染色体不能进行重组,转导的片断不能自身复制，也不能传代 第五十张，PPT共六十三页，创作于2022年6月局限性转导(restricted transduction)温和性噬菌体介导- 前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌,使受体菌遗传发生改变的过程.第五十一张，PPT共六十三页，创作于2022年6月局限性转导机制bio-生物素基因gal-糖苷酶基因正常切离偏差切离缺陷噬菌体正常噬菌体

17、前噬菌体第五十二张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 局限性转导与普遍性转导的主要区别 普遍性转导 局限性转导转导时间 温和噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期转导基因 供体菌染色体DNA的 噬菌体DNA及供菌染色 任何部位或质粒 体DNA的特定部位片断转导频率 低 高转导结果 完全转导 获得供体菌DNA 流产转导 特定部位的遗传特性 第五十三张，PPT共六十三页，创作于2022年6月四、溶原性转换（lysogenic conversion） 温和噬菌体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 产毒白喉杆菌第五十四张，PPT共六十三页，创作于20

18、22年6月五、原生质体融合 (protoplast fusion)A 细菌B 细菌A 原生质体B 原生质体重组融合体不同重组菌培 养聚乙二醇青霉素等第五十五张，PPT共六十三页，创作于2022年6月细菌基因转移与重组的几种方式比较方式 基因来源 转移机制转化 供体菌 直接摄取接合 雄性菌 性菌毛沟通普遍转导 供体菌 噬菌体介导局限转导 溶原菌 温和噬菌体介导溶原转换 温和噬菌体 温和噬菌体感染融合 原生质体 原生质体融合第五十六张，PPT共六十三页，创作于2022年6月1.疾病的诊断与防治诊断困难 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，生化反应改变治疗困难：耐药 预防：BCG2.测定致癌物3.流行病学研究4.基因工程中的应用第四节 细菌遗传变异在医学中的意义第五十七张，PPT共六十三页，创作于2022年6月 检测致癌物 细菌突变的诱因往往是化学物质，这种致变物质一般均有致癌的可能性，因此采用细菌作为模型来进行可疑致癌物的筛选。第五十八张，PPT共六十三页，创作于2022年6月Ames试验过程:组氨酸营养缺陷株含组氨酸培养基缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基含待测化学物接 种回复突变株无待测化学物缺组氨酸培养基第五十九张，PPT共六十三页，创作于2022年6月正常细胞致癌物质诱导肿瘤细胞组氨酸营养缺陷株诱导化学物质 95%回复突变