2022年医学专题-第五章-细菌的遗传和变异

第五章

细菌(xìjūn)的遗传与变异基础医学部免疫学与病原生物学教研室

何海根电活O) 手机/p>

网络综合教学平台：81E-mail：hzhhg@126.com第一页，共五十二页。一、变异(biànyì)的现象第二页，共五十二页。1．形态(xíngtài)与结构的变异（1）形态(xíngtài)变异鼠疫(shǔyì)耶尔森菌30～60g/LNaCl琼脂培养基多形性Yersiniapestis第三页，共五十二页。有荚膜的肺炎(fèiyán)链球菌无荚膜的肺炎(fèiyán)链球菌（2）荚膜变异(biànyì)长期人工培养第四页，共五十二页。（3）芽胞变异(biànyì)炭疽(tànjū)芽胞杆菌42℃，10～20天不产生(chǎnshēng)芽胞（芽胞）第五页，共五十二页。（4）鞭毛(biānmáo)变异普通(pǔtōng)变形杆菌1%石炭酸培养基不产生(chǎnshēng)鞭毛（鞭毛）（5）细菌的L型变异G＋菌高渗环境青霉素细胞壁缺陷的细菌（L型菌）（多形态性）第六页，共五十二页。牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基培养13年，230代2．毒力变异卡介苗卡密特（AlbertCalmette，1863-1933）第七页，共五十二页。3．耐药性变异(biànyì)痢疾志贺菌赖药菌株（对链霉素敏感）微量链霉素人工培养耐药菌株微量链霉素人工培养第八页，共五十二页。4．菌落(jūnluò)变异光滑(guānghuá)型菌落（S型）表面光滑，边缘整齐，湿润(shīrùn)有光泽长期人工培养粗糙型菌落（R型）表面粗糙，边缘不整齐，干燥无光泽第九页，共五十二页。S型菌落(jūnluò)R型菌落(jūnluò)第十页，共五十二页。二、细菌(xìjūn)的遗传物质第十一页，共五十二页。1.染色体拟核/类核（nucleoid）,一条(yītiáo)dsDNA

（1）较小，只有一个(yīɡè)复制启始位点；

细菌(xìjūn)染色体的特征（3）结构基因中没有内含子；

（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可由一个调节子所调控。

（4）大部分DNA用于编码蛋白质；

（5）基因重叠少；

（6）大多为单拷贝；

（7）具有各种功能的识别区域。

第十二页，共五十二页。质粒的主要(zhǔyào)特征：（1）能自我(zìwǒ)复制（2）编码(biānmǎ)某些重要的生物学性状（3）可自行丢失与消除（4）可经接合、转化、转导等方式转移（5）质粒的相容性与不相容性R质粒：耐药性F质粒：性菌毛细菌素质粒：细菌素Vi质粒：毒力2.质粒代谢质粒：酶第十三页，共五十二页。质粒电镜照片质粒独立于染色体外，能进行自主(zìzhǔ)复制的遗传因子。第十四页，共五十二页。编码(biānmǎ)性菌毛，介导细菌之间接合的能力。

几种(jǐzhǒnɡ)常见的质粒F质粒（fertilityfactor，致育因子(yīnzǐ)）重组区自主复制和不相容性区转移基因群区第十五页，共五十二页。耐药性质粒（resistancefactor，

R因子(yīnzǐ)）耐药性质粒（R质粒）耐药决定(juédìng)子（r-det）耐药传递(chuándì)因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）第十六页，共五十二页。是细菌基因组中的能改变自身(zìshēn)位置的一段DNA序列。分为(fēnwéi)两类转座因子：插入序列转座子（transposableelement）（1）概念(gàiniàn)及类型2.转座因子第十七页，共五十二页。插入序列

不带有表现任何(rènhé)性状的基因，只带有编码转移时所需要的转座酶的基因。（insertionsequence，IS）（反向(fǎnxiànɡ)重复序列）（转座酶）第十八页，共五十二页。转座子

携带转座基因携带其他结构(jiégòu)基因：抗药基因毒素基因抗金属基因（transposon，Tn）第十九页，共五十二页。转座子及携带(xiédài)的耐药性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 AP（氨苄青霉素）Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四环素）Tn551 Em（红霉素）Tn971 EmTn681 大肠埃希菌（肠毒素基因）转座子 携带耐药或毒素基因第二十页，共五十二页。3.整合(zhěnɡhé)子是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整合(zhěnɡhé)外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。4.噬菌体基因组第二十一页，共五十二页。三、基因(jīyīn)的转移和重组第二十二页，共五十二页。

基因转移(zhuǎnyí)（genetransfer）遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。

基因重组（generecombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起。外源性遗传物质

供体菌染色体DNA片段(piànduàn)质粒DNA噬菌体基因(jīyīn)第二十三页，共五十二页。1.

转化(zhuǎnhuà)受菌直接摄取(shèqǔ)供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。TransformationinBacteria/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html第二十四页，共五十二页。第二十五页，共五十二页。供菌的DNA片段(piànduàn)感受态的受菌Transformation转化(zhuǎnhuà)后的受菌第二十六页，共五十二页。转化因子与受菌表面(biǎomiàn)的DNA结合蛋白结合DNA单链进入(jìnrù)受菌细胞DNA双链中的一条(yītiáo)链被降解被转运到受菌染色体同源区与受菌染色体同源区发生置换性重组杂合DNA双链分子染色体复制转化型细菌转化的过程第二十七页，共五十二页。

供、受菌的基因型 两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高； 分子量小于10７，最多不超过10～20个基因

。

受菌的生理状态——感受态

是指受体菌能够从周围环境中吸收(xīshōu)外源性DNA片段进行转化的生理状态。环境因素

Ca2+、Mg2+、cAMP影响转化(zhuǎnhuà)的因素第二十八页，共五十二页。2.

接合(jiēhé)（conjugation）供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移(zhuǎnyí)入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。大肠埃希菌与肠道杆菌(gǎnjūn)接合（电镜扫描图）第二十九页，共五十二页。F质粒重组(zhònɡzǔ)区自主(zìzhǔ)复制和不相容性区转移(zhuǎnyí)基因群区第三十页，共五十二页。F质粒的接合(jiēhé)F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株第三十一页，共五十二页。高频(ɡāopín)重组菌株

整合有F质粒的菌株能够(nénggòu)高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。（highfrequencyrecombinant，Hfr）第三十二页，共五十二页。Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带(xiédài)一小段核染色体基因，这种特殊F质粒称为F＇质粒。

F’质粒

F＇质粒第三十三页，共五十二页。（1）F+和F－的接合(jiēhé)第三十四页，共五十二页。

F质粒在末端(mòduān)，F-菌获的F质粒的机会和很少。（2）Hfr和F－的接合(jiēhé)第三十五页，共五十二页。（3）F＇和F－的接合(jiēhé)第三十六页，共五十二页。R质粒的构成(gòuchéng)R质粒的接合(jiēhé)耐药决定子（r-det）耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）（R质粒）第三十七页，共五十二页。3.转导(zhuǎndǎo)通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换(jiāohuàn)重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。（transduction）第三十八页，共五十二页。转导(zhuǎndǎo)的类型局限转导普遍(pǔbiàn)转导完全(wánquán)转导流产转导第三十九页，共五十二页。通过完全缺陷(quēxiàn)噬菌体将供体菌基因组任何DNA片段转移受体菌的现象。（1）普遍性转导(zhuǎndǎo)（generalizedtransduction）第四十页，共五十二页。

完全转导

外源性DNA片段与受体菌的染色(rǎnsè)体整合并随染色体而传代。

流产转导外源性DNA片段游离在胞质中既不能与受体菌染色体整合，不能 自身复制，也不能传代。

普遍性转导(zhuǎndǎo)

两种结局(jiéjú)第四十一页，共五十二页。前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有宿主菌染色体基因的噬菌体基因组，经生物(shēngwù)合成后，组装成带有宿主菌染色体基因的噬菌体，当它再感染受菌时，可将供菌的基因带入受菌，而使受体获得供菌的的遗传性状。（restrictedtransduction）（2）局限性转导(zhuǎndǎo)第四十二页，共五十二页。galbioλ噬菌体DNA正常偏离galbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNA局限性转导(zhuǎndǎo)示意图第四十三页，共五十二页。普遍转导(zhuǎndǎo)：装配错误局限转导：脱离错误第四十四页，共五十二页。温和(wēnhé)噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。4.溶原性转换(zhuǎnhuàn)第四十五页，共五十二页。5.原生质融合(rónghé)将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此(bǐcǐ)融合的过程。第四十六页，共五十二页。四、基因突变(jīyīntūbiàn)第四十七页，共五十二页。基因突变(jīyīntūbiàn)是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化