微生物学课件4细菌遗传和变异

第四节细菌的遗传和变异遗传(heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其菌种得以保存。变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。细菌变异的概念细菌在繁衍过程中出现的子代与亲代间的性

状差异。可分为基因型变异(genotypicvariation)与表型变异(phenotypic

variation)。细菌基因型变异与表型变异的区别特点基因型变异表型变异基因结构改变有无可逆性极少常见稳定性强弱出现频率低高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有荚膜的肺炎球菌 无荚膜的肺炎球菌细菌形态结构变异形态结构变异L型变异正常形态细菌青霉素、溶菌酶L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁)H-O变异：细菌失去特殊结构变异变形杆菌（0.1%石碳酸）鞭毛形态结构变异毒力变异增强β棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素减弱胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌卡介苗13年(230代)耐药性变异细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。有些细菌还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。含链霉素培基痢疾杆菌 依链株长期培养菌落变异在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落S粗糙型菌落R原因：失去LPS的特异多糖细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质质粒 噬菌体和转位因子（一）染色体（chromosome）一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构；缺乏组蛋白，无核膜包裹；约含有5000个基因；双向复制，全过程约20min。（二）质粒（plasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。特征自我复制能力编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除转移性相容性和不相容性几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒（R质粒）毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒（Col质粒）代谢质粒概念：噬菌体（bacteriophage，phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。特征：1.个体微小，可通过滤菌器；结构简单（蛋白质和核酸）；只能在微生物细胞内复制增殖。分布：广泛。（三）噬菌体一：生物学性状形态蝌蚪形、微球形和丝形化学组成蛋白质与核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌体结构头部：蛋白质衣壳；内含DNA/RNA头部尾鞘尾部尾丝尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾丝、尾刺等。尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受体部位。三：噬菌体的种类毒性噬菌体（virulent

phage）能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体温和噬菌体（temperate

phage）/溶原性噬菌体（lysogenic

phage）噬菌体基因与宿主菌基因组整合，噬菌体基因随细菌DNA复制而复制，并随细菌的分裂而分配至子代细菌基因组中，细菌并不裂解。毒性噬菌体复制周期吸附穿入生物合成

成熟与释放温和噬菌体溶原性周期诱导前噬菌体（prophage）溶原性细菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：噬菌现象液体培养基 混浊 澄清固体培养基中，出现噬斑（plaque）五：噬菌体的应用细菌的鉴定与分型噬菌体与宿主菌的关系有高度特异性，可用于未知细菌的鉴定和分型。如应用伤寒沙门菌Vi噬菌体可将有

Vi抗原的伤寒沙门菌分成96个噬菌体型。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，而且容易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。在怀疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知噬菌体，37℃孵育6~8h，再测定该噬菌体的效价。辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染。概念：噬菌体（bacteriophage，phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。特征：1.个体微小，可通过滤菌器；结构简单（蛋白质和核酸）；只能在微生物细胞内复制增殖。分布：广泛。（三）噬菌体一：生物学性状形态蝌蚪形、微球形和丝形化学组成蛋白质与核酸（dsDNA）抗原性抵抗力二：噬菌体结构头部：蛋白质衣壳；内含DNA/RNA头部尾鞘尾部尾丝尾部：包括中空尾管、尾鞘、尾丝、尾刺等。尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受体部位。三：噬菌体的种类毒性噬菌体（virulent

phage）能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体温和噬菌体（temperate

phage）/溶原性噬菌体（lysogenic

phage）噬菌体基因与宿主菌基因组整合，噬菌体基因随细菌DNA复制而复制，并随细菌的分裂而分配至子代细菌基因组中，细菌并不裂解。毒性噬菌体复制周期吸附穿入生物合成

成熟与释放温和噬菌体溶原性周期诱导前噬菌体（prophage）溶原性细菌（lysogenic

bacterium）溶菌性周期四：噬菌现象液体培养基 混浊 澄清固体培养基中，出现噬斑（plaque）五：噬菌体的应用细菌的鉴定与分型噬菌体与宿主菌的关系有高度特异性，可用于未知细菌的鉴定和分型。如应用伤寒沙门菌Vi噬菌体可将有

Vi抗原的伤寒沙门菌分成96个噬菌体型。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，而且容易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。在怀疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知噬菌体，37℃孵育6~8h，再测定该噬菌体的效价。辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染。噬菌体的应用细菌的鉴定与分型噬菌体与宿主菌的关系有高度特异性，可用于未知细菌的鉴定和分型。如应用伤寒沙门菌Vi噬菌体可将有

Vi抗原的伤寒沙门菌分成96个噬菌体型。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，而且容易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。在怀疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知噬菌体，37℃孵育6~8h，再测定该噬菌体的效价。辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染。（四）转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。意义：①改变遗传物质的核苷酸序列②影响插入点附近基因的表达（失活）③直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组插入序列（insertion

sequence,

IS）–是最小的转位因子，＜2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域转座子（transposon,Tn）＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。ISISResistance

Gene(s)Tn转座噬菌体或前噬菌体–是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。细菌的变异机制基因的突变基因的转移和重组突变(mutation)：是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。发生（一）.突变自发突变（spontaneous

mutation)突变率低10-10——10-6诱发突变（induced

mutation)提高10-6——10-4野生株（wild

strain)没有发生突变的菌细胞表现型突变株（mutant

strain)突变后的菌细胞突变的类型点突变（point

mutation）只有一个碱基对的变化（置换、插入、缺失）多点突变（multiple

mutation）两个以上碱基对的变化（较大范围的染色体重排、倒位、重复、缺失等）诱变剂是能显著提高突变率的各种理化因素（UV、高温、辐射及化学诱变剂）基因突变规律随机性，不定向；稀少性具有相对稳定性；可发生回复突变（二）基因的转移和重组基因转移（gene

transfer）外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。重组（

recombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，整合入基因组中，使受体菌获得新的性状。感受态（competence）一般只有当受体菌处于一种特殊的生理状态时，才能具备从外界摄取大分子外源DNA

片段并进行整合的能力。转化试验ABCD接合（conjugation）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。接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+转导（transduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段

DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。普遍性转导（generalized

transduction）局限性转导（restricted

transduction）普遍性转导generalized

transduction前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA结果完全转导流产转导整合未整合局限性转导restricted

transduction或称特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，当噬菌体从溶源菌基因组上脱离时，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。普遍性转导与局限性转导的区别区别要点转导的遗传物质转导的后果普遍性转导供体菌染色体DNA任何部位或质粒完全转导或流产转导局限性转导噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位受体菌获得供体菌

DNA特定部位的遗传特性转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)溶原性转换（

lysogenic

conversion）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致细菌获得新的性状。–白喉棒状杆菌、A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenic

conversion噬菌体整合细菌遗传变异的实际意义在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用在流行病学中的应用在基因工程中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化耐药菌株日益增多，预防耐药性药敏实验早期足量要有一定疗程,联合用药不要滥用减毒菌株和无毒株可制备成疫苗在测定致癌物质中的应用凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。Ames实验–

伤寒沙门菌（his-）

（