噬菌体第细菌的遗传与变异第细菌的耐药性

噬菌体第细菌的遗传与变异第细菌的耐药性第1页，共86页，2023年，2月20日，星期四噬菌体(bacteriophage)

是感染细菌、真菌、放线菌、支原体、螺旋体等微生物的病毒。因其能使细菌裂解，故称为噬菌体。

第四章噬菌体第2页，共86页，2023年，2月20日，星期四噬菌体的特点个体微小，可以通过细菌滤器；需用电子显微镜观察；无细胞结构，主要由衣壳（蛋白质）和核酸组成；分布广泛；与细菌的变异密切相关；噬菌体具有严格的宿主特异性，只寄居于易感宿主菌体内，第3页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、噬菌体的生物学性状

其基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形三种；大多数呈蝌蚪形。第4页，共86页，2023年，2月20日，星期四第5页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、噬菌体的生物学性状结构：由头部和尾部组成；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6页，共86页，2023年，2月20日，星期四噬菌体的增殖（－）毒性噬菌体（virulentphage）

能在敏感细菌中增殖并引起细菌裂解的噬菌体称为毒性噬菌体，毒性噬菌体完成吸附、穿入、生物合成、装配、成熟与释放等过程，称为复制周期或溶菌周期，完成一个复制日期约需15～25min。第7页，共86页，2023年，2月20日，星期四第8页，共86页，2023年，2月20日，星期四

（二）温和性噬菌体

有些噬菌体感染敏感菌后不增殖子代噬菌体，而是将噬菌体的基因整合于细菌染色体中，成为细菌DNA的一部分。等细菌分裂时，噬菌体基因随同分裂传至两个子代细菌中，这种随着细菌分裂而传代的状态称为溶原状态。

形成溶原状态的噬菌体称为溶原性噬菌体或温和性噬菌体。整合在细菌DNA上的噬菌体基因称为前噬菌体，带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌。

第9页，共86页，2023年，2月20日，星期四温和噬菌体第10页，共86页，2023年，2月20日，星期四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。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。例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理第11页，共86页，2023年，2月20日，星期四细菌的鉴定与分型

噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型。分子生物学研究的重要工具

噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗

但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用。噬菌体的应用第12页，共86页，2023年，2月20日，星期四第13页，共86页，2023年，2月20日，星期四第4章细菌的遗传与变异第14页，共86页，2023年，2月20日，星期四

子代与亲代之间的生物学性状具有相似性，能代代相传。这种现象称为遗传；

在一定条件下，若子代与亲代之间出现差异则称为变异。第15页，共86页，2023年，2月20日，星期四变异遗传性变异（基因型变异）细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。非遗传性变异（表型变异）环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。第16页，共86页，2023年，2月20日，星期四第一节细菌的变异现象形态、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异第17页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、形态与结构的变异

3-6%NaCI

鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。

琼脂培基

第18页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、形态与结构的变异

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌─────→L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁)

正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型第19页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、形态与结构的变异特殊结构的变异

42-43℃炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

变形杆菌（H）1%石炭酸（O）迁徙生长单个菌落第20页，共86页，2023年，2月20日，星期四第21页，共86页，2023年，2月20日，星期四二、毒力的变异细菌的毒力变异表现为毒力的减弱或增强毒力减弱卡介苗（BCG）毒力增强白喉棒状杆菌第22页，共86页，2023年，2月20日，星期四三、耐药性变异细菌对某种抗菌药物可由敏感变成耐药耐药菌株赖药菌株多重耐药性菌株第23页，共86页，2023年，2月20日，星期四菌落变异

在陈旧培养基中长期培养

光滑型菌落─────→粗糙型菌落

S

或在有免疫力的人体内

R

第24页，共86页，2023年，2月20日，星期四第25页，共86页，2023年，2月20日，星期四第二节细菌遗传变异的物质基础一、细菌染色体dsDNA，3.2～5×106

bp

复制快：105

bp/min

无组蛋白，无内含子，为连续基因

单倍体：突变后更易表现

第26页，共86页，2023年，2月20日，星期四二、质粒DNA

①F（fertility）因子②R（(resistance

）因子③细菌素质粒④毒力质粒（virulence

）或VI质粒，第27页，共86页，2023年，2月20日，星期四第28页，共86页，2023年，2月20日，星期四质粒DNA的基本特征①质粒具有自我复制的能力。②质粒基因编码的产物赋予细菌某些性状特征。③质粒可自行丢失与消除。④质粒转移性。⑤质粒可分为相容性与不相容性两种。第29页，共86页，2023年，2月20日，星期四三、转座因子转座因子是存在于细菌染色体或质粒上一段特异核苷酸序列片段，它可在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因用移到另一个基因组中。第30页，共86页，2023年，2月20日，星期四

转座因子：IS(insertionsequence):

750-1550

bp

两端重复序列，与插入有关

中心序列有转位酶基因第31页，共86页，2023年，2月20日，星期四Tn(transposon):

2000~25000

bp

两端为IS中心序列有与转位无关基因如：毒素基因、耐药基因等第32页，共86页，2023年，2月20日，星期四整合子（integron，In）：定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒整合子含有3个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播四、整合子第33页，共86页，2023年，2月20日，星期四五、噬菌体第34页，共86页，2023年，2月20日，星期四第三节细菌变异的机制一、突变

突变是指遗传物质改变而引起的遗传型变异

自发突变诱发突变碱基置换移码第35页，共86页，2023年，2月20日，星期四第36页，共86页，2023年，2月20日，星期四第37页，共86页，2023年，2月20日，星期四二、细菌基因的转移与重组基因转移：外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞内的过程。基因转移中提供DNA的细菌为供体菌，而接受DNA的细菌为受体菌。外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体基因等。第38页，共86页，2023年，2月20日，星期四重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。

两个不同性状的细菌之间通过遗传物质的转移和重组，可以发生遗传变异。基因转移和重组的方式有接合、转化、转导和转换等方式。

第39页，共86页，2023年，2月20日，星期四1.转化(transformation):供体菌裂解游离的DNA片段转入某受体菌细胞内的过程。第40页，共86页，2023年，2月20日，星期四第41页，共86页，2023年，2月20日，星期四2.接合(conjugation)接合：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒，不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为非接合性质粒。第42页，共86页，2023年，2月20日，星期四第43页，共86页，2023年，2月20日，星期四接触：细胞质沟通转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成复制：F－菌转为F＋菌F质粒（fertilityfactor,致育因子）第44页，共86页，2023年，2月20日，星期四高频重组菌株（highfrequencyrecombinant

Hfr）：

F质粒与染色体整合,具有结合和转移功能，细菌染色体转移频率高，称之Hfr。

受体菌获得供体菌性状；F质粒转移频率低。

第45页，共86页，2023年，2月20日，星期四

R质粒

耐药传递因子：

编码性菌毛

r决定因子：耐药第46页，共86页，2023年，2月20日，星期四

是以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，是受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导

（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。3.转导(transduction)第47页，共86页，2023年，2月20日，星期四普遍性转导(generalizedtransduction)第48页，共86页，2023年，2月20日，星期四第49页，共86页，2023年，2月20日，星期四局限性转导(restrictedtransduction)第50页，共86页，2023年，2月20日，星期四4.溶原性转换(lysogenicconversion)当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时，而使细菌获得新的性状。第51页，共86页，2023年，2月20日，星期四原生质体融合：是将两种不同的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融合的过程。

原生质体融合后，二个完整的染色体合在一起形成二倍体。融合的二倍体细胞寿命很短，但此期间可获得具有亲代细胞许多特异性的重组体。

是一种有价值的实验工具。第52页，共86页，2023年，2月20日，星期四第四节细菌变异的应用在疾病的诊断及预防中的应用在基因工程方面的应用细菌耐药性变异与抗感染治疗第53页，共86页，2023年，2月20日，星期四第5章细菌的耐药性一、抗菌药物概念

1.抗菌药物

指对病原菌具有抑制或杀灭作用、用于预防和治疗细菌性感染的药物，包括抗生素和化学合成的药物。

2.抗生素

抗生素分子量小，低浓度就能发挥其生物活性，有天然和人工半合成两类。

第54页，共86页，2023年，2月20日，星期四一、抗菌药物的种类

（一）按抗菌药物化学结构和性质分类：

1.β-内酰胺类化学结构中含有β-内酰胺环的抗生素。

包括：

第一节抗菌药物的种类及其作用机制第55页，共86页，2023年，2月20日，星期四青霉素类：青霉素G、甲氧西林等。头孢菌素类：头孢唑啉等。头霉素：如头孢西丁。单环β-内酰胺类：如氨曲南。碳青霉素烯类：亚胺培南与西司他丁合用称泰能。β-内酰胺酶抑制剂：如舒巴坦、棒酸使酶失活。第56页，共86页，2023年，2月20日，星期四2.大环内酯类

红霉素、螺旋霉素等。3.氨基糖苷类

链霉素、庆大霉素4.四环素类

四环素、强力霉素等。5.氯霉素类

包括氯霉素、甲砜霉素。第57页，共86页，2023年，2月20日，星期四6.化学合成的抗菌药物磺胺类：磺胺嘧啶、复方新诺明等。

喹诺酮类：包括氟哌酸、环丙沙星等。7.其他

抗结核药物：利福平、异烟肼、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等。多肽类抗生素：多粘菌素类、万古霉素、杆菌肽、林可霉素和克林霉素等。第58页，共86页，2023年，2月20日，星期四（二）按生物来源分类

1.细菌产生的抗生素如多粘菌素和杆菌肽。

2.真菌产生的抗生素如青霉素及头孢菌素，现在多用其半合成产物。

3.放线菌产生的抗生素放线菌是生产抗生素的主要来源。其中链霉菌和小单孢菌产生的抗生素最多。常见的抗生素包括链霉素、卡那霉素、四环素、红霉素、两性霉素B等。第59页，共86页，2023年，2月20日，星期四

根据对病原菌的作用靶位，将抗生素的作用机制分为四类（表6-1）。

1.抑制细菌细胞壁合成

2.影响胞浆膜通透性（多粘菌素）

3.抑制蛋白质合成（大环内酯类、氨基糖甙类）

4.抑制核酸代谢：叶酸代谢；核酸合成（喹诺酮、磺胺类）三、抗菌药物的作用机制

第60页，共86页，2023年，2月20日，星期四表6-1抗菌药物的主要作用部位喹诺酮类林可霉素类氨基糖苷类酮康唑环丝氨酸利福平红霉素制霉菌素杆菌肽甲氧苄胺嘧啶四环素类两性霉素B万古霉素磺胺药氯霉素多粘菌素类β-内酰胺类核酸合成细胞蛋白合成细胞膜渗透性细胞壁第61页，共86页，2023年，2月20日，星期四抗菌药物作用机制总结图示第62页，共86页，2023年，2月20日，星期四第二节细菌的耐药机制一、细菌耐药性的概念二、细菌耐药性的遗传机制三、细菌耐药性的生化机制四、细菌耐药性的防治原则第63页，共86页，2023年，2月20日，星期四细菌耐药性（drugresistance）

亦称抗药性，是指细菌对某抗菌药物（抗生素或消毒剂）的相对抵抗性。耐药性的程度

用某药物对细菌的最小抑菌浓度（MIC）表示。临床上有效药物治疗剂量在血清中浓度大于最小抑菌浓度称为敏感，反之称为耐药。第64页，共86页，2023年，2月20日，星期四

遗传学上把细菌耐药性分为固有耐药性和获得耐药性。

(一)固有耐药（intrinsicresistance）

固有耐药性指细菌对某些抗菌药物的天然不敏感。也称为天然耐药性细菌，其耐药基因来自亲代，由细菌染色体基因决定，具有种属特异性。二、细菌耐药性的遗传机制第65页，共86页，2023年，2月20日，星期四

获得耐药性指细菌DNA的改变导致其获得耐药性表型。耐药性细菌的耐药基因来源于基因突变或获得新基因,作用方式为接合、转导或转化。可发生于染色体DNA、质粒、转座子等结构基因,也可发生于某些调节基因。在原先对药物敏感的细菌群体中出现了对抗菌药物的耐药性，这是获得耐药性与固有耐药性的重要区别。（二）获得耐药（acquiredresistance）第66页，共86页，2023年，2月20日，星期四

获得耐药性大多由质粒介导，但亦可由染色体介导的耐药性，如金葡菌对青霉素的耐药。

影响获得耐药性发生率有三个因素：药物使用的剂量、细菌耐药的自发突变率和耐药基因的转移状况。第67页，共86页，2023年，2月20日，星期四

(1)染色体突变：所有的细菌群体都会发生自发的随机突变，频率很低，其中有些突变赋予细菌耐药性。

(2)可传递的耐药性（突变基因水平转移方式：接合、转导、转化）

2.获得耐药性基因突变类型第68页，共86页，2023年，2月20日，星期四接合：细胞间通过性菌毛相互沟通，将遗传物质如质粒或染色质DNA从供体菌转移给受体菌。转导：以噬菌体及其含有的质粒DNA为媒介，介导供体菌耐药基因转移给受体菌内。金葡菌、链球菌获得耐药。转化：少数细菌可从周围环境中摄入裸DNA，并掺入到细菌染色体中。第69页，共86页，2023年，2月20日，星期四

可传递耐药性传播的三种结构形式：R质粒、转座子和整合子。①R质粒的转移：细菌中广泛存耐药质粒，质粒介导的耐药性传播在临床上占有非常重要的地位。多数细菌的质粒具有传递和遗传交换能力,细菌质粒能在细胞中自我复制,并随细菌分裂稳定地传递给后代，能在不同细菌间转移。

耐药基因转移能依靠质粒、转座子和整合子等可移动的遗传元件介导下，进行传播。第70页，共86页，2023年，2月20日，星期四

②转座子介导的耐药性：比质粒更小的DNA片段，可在染色体中跳跃，实现菌间基因转移或交换，使结构基因的产物大量增加，使宿主细胞失去对抗菌药物的敏感性。

③整合子（integron）与多重耐药：整合子是移动性DNA序列，可捕获外源基因并使之转变为功能性基因的表达单位。整合子在细菌耐药性的传播和扩散中起到重要的作用。同一类整合子可携带不同的耐药基因盒，同一个耐药基因又可出现在不同的整合子上，介导多重耐药。第71页，共86页，2023年，2月20日，星期四第72页，共86页，2023年，2月20日，星期四三、细菌耐药性的生化机制

钝化酶的产生

药物作用靶位的改变

抗菌药物的渗透障碍

主动外排机制

细菌自身代谢状态改变等第73页，共86页，2023年，2月20日，星期四（一）产生钝化酶使抗菌药物失效

钝化酶是耐药菌株产生的、具有破坏或灭活抗菌药物活性的某种酶，它通过水解或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性，如分解青霉素的酶或改变氨基糖苷类抗生素结构的酶。第74页，共86页，2023年，2月20日，星期四第75页，共86页，2023年，2月20日，星期四第76页，共86页，2023年，2月20日，星期四

①-内酰胺酶：

特异性水解打开药物分子结构中的β-内酰胺环，使其完全失去抗菌活性，又称灭活酶，由染色体和质粒介导。分青霉素型水解青霉素类；头孢菌素型水解头孢类和青霉素类。在G－杆菌中有两种：超广谱β-内酰胺酶（extendedspectrumβ-lactamase,ESBL）和AmpCβ-内酰胺酶。重要的钝化酶有以下几种：

第77页，共86页，2023年，2月20日，星期四

②氨基糖苷类钝化酶：

由质粒介导，其机制是通过羟基磷酸化、氨基乙酰化或羧基腺苷酰化作用，将相应的化学基团结合到药物分子上，使药物的分子结构发生改变，失去抗菌作用。

③氯霉素乙酰转移酶：

由质粒编码产生该酶，使氯霉素乙酰化而失去抗菌活性。第78页，共86页，2023年，2月20日，星期四

导致与抗生素结合的有效部位发生变异，影响药物的结合，对抗生素不再敏感，这种改变使抗生素失去作用位点和亲和力降低，但细菌的生理功能却正常。如青霉素结合蛋白改变导致对β-内酰胺类抗生素亲和力极低导致耐药。（二）药物作用靶位的结构和数量改变

——抗菌药不易与细菌结合第79页，共86页，2023年，2月20日，星期四（三）抗菌药物的渗透障碍

——药物不易进入菌体内

细菌细胞壁的障碍和/或外膜通透性的改变将严重影响抗生素进入细