兽医微生物第五章-细菌的遗传变异PPT课件

1、.,1,第五章 细菌的遗传变异 (Bacterial heredity and variation),主要内容： 一、细菌常见的变异现象 二、细菌遗传的物质基础 三、细菌变异的机制 四、研究细菌遗传变异的实际意义,.,2,第一节 细菌常见的变异现象,形态和结构的变异 菌落形态变异 毒力变异 耐药性变异 代谢变异 抗原性变异,.,3,1、形态和结构的变异 常见的有细胞壁缺陷变异 (细菌L型等)、荚膜变异或鞭毛变异等。,3-6%食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型) 琼脂培基,一、细菌常见的变异现象,.,4,1、形态和结构的变异,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)

2、,正常霍乱弧菌,霍乱弧菌L型,一、细菌常见的变异现象,.,5,形态结构变异,特殊结构的变异 42-43 炭疽杆菌失去形成芽胞能力, 毒性 10-20天 降低 变形杆菌（H） 1%石炭酸 （O） 迁徙生长 单个菌落,一、细菌常见的变异现象,.,6,2、菌落形态变异 菌落分为两种类型，即表面光滑、湿润，边缘整齐的光滑型（S型）菌落和表面粗糙、枯干，边缘不整齐的粗糙型(R型)菌落。在一定条件下，光滑型菌落可变为粗糙型，称为SR变异。SR变异，经常伴随着S型抗原的丧失和病原菌毒力由强变弱等性状的改变 。,一、细菌常见的变异现象,.,7,3、毒力变异：毒力增强或减弱,毒力是病原菌特有的一种生物学性状。在

3、自然条件下，不仅不同菌株的毒力有所不同，就是同一菌株在不同条件下也表现出不同的毒力。在某种传染病的发病初期，从患病动物体内分离出来的菌株毒力较强，然而在流行末期分离到的细菌毒力大为减弱。毒力强的菌株在体外连续传代改变培养条件后，毒力往往减弱，而通过易感动物又能便毒力减弱的菌株恢复毒力。,一、细菌常见的变异现象,.,8,4、耐药性变异,是对某种化学药物抗性的变异，如耐药性的产生。 另外细菌也可产生对致死物理因子抗性的变异，如对多种物理因素的抗性增强等，比如耐热性增强。,一、细菌常见的变异现象,.,9,5、代谢变异 主要引起营养缺陷型变异，即细菌丧失合成一种或几种营养成分的能力，无法在基本培养基上

4、正常生长繁殖的变异类型。这种突变对研究细菌代谢产物的生物合成途径很有用处。此外，营养型变异菌株可作为杂交、转化、转导和原生质体融合等研究中的标记菌种。,一、细菌常见的变异现象,.,10,6、抗原变异 由于环境条件的影响细菌抗原发生缺失或增加， 或者由于细菌基因突变的影响，而引起其抗原结构发生改变的变异类型。 常见的抗原变异有： 菌体抗原变异 鞭毛抗原变异 （H-O变异） 荚膜抗原变异,一、细菌常见的变异现象,.,11,二、诱发细菌变异的方法,诱发突变是应用人工方法使细菌增殖和复制DNA时出现“错误”，从而育成人类需要的细菌变异品系。,.,12,（一）物理方法 包括改变温度及辐射等。 （二）化学

5、方法 常用各种化学诱变剂。 （三）生物学方法 利用各种生物学的方法可诱使微生物发生变异，使细菌发生毒力等性状的改变，获得性能良好的菌株。,常用的诱变方法,.,13,第二节 细菌遗传的物质基础,1、 基因组 (genome) 细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。核体又称染色体(chromosome)是由两条环状双螺旋DNA长链组成，含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。细菌染色体DNA以半保留方式进行复制。故子代与亲代细菌的性状相同。倘若在DNA复制中，子代DNA发生改变，便会出现变异。,.,14,2、质粒 (Plasmid) 质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋DNA分子。质

6、粒可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需与核质染色体的复制同步，称为严紧型复制。编码细菌各种重要的生物学性状。,.,15,1 F质粒：编码性菌毛的质粒称致育质粒或F质粒 。 具有F质粒的细菌有性菌毛，为雄性细菌；无F质粒的细菌无性菌毛，为雌性细菌，该质粒与细菌的有性结合有关。,.,16,2 毒力质粒：编码细菌各种毒力因子的质粒统称毒力质粒或Vi质粒。 如致病性大肠杆菌在黏膜上定居及产生毒素的能力可由不同质粒编码，其中K质粒编码对黏膜具有黏附活性的菌毛，ST质粒与LT质粒分别编码耐热肠毒素和不耐热肠毒素。细菌对抗菌药物或重金属盐类

7、的抗性则由R质粒所决定。 一个质粒可同时具有几种编码功能。,.,17,3 R质粒：含有细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性基因的质粒，称为R质粒（resistance plasmid)。 由于R因子可通过接合的种、属不同的细菌间转移，因此有些痢疾杆菌即使未与药物接触过，但可自耐药的大肠杆菌获得R因子而耐药。,.,18,4 Col质粒：大肠杆菌素质粒（Col plasmid，或称Col因子）：携带有产生大肠杆菌素（colicin）酶系基因的质粒，赋予大肠杆菌产生大肠杆菌素的能力。 大肠杆菌素（colicin）是一种由E.coli 的某些菌株所分泌的细菌素，具有通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专

8、一地杀死其他肠道细菌的功能。 凡带Col质粒的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。,.,19,质粒可以在细菌间转移，当质粒从一个细菌转移至另一个细菌时，携带的性状也随之转移。质粒的转移不仅可以发生在同种、同属的细菌之间，有的甚至还可以在不同种属的细菌间进行。按其转移的特性时将质粒分为二类:接合性质粒与非接合性质粒。,.,20,2、穿梭载体 是一类特殊的质粒，可在某种属关系差异较大的微生物中转移，例如在大肠杆菌与酵母之间。利用它可携带质核或真核微生物的外源序列。,.,21,3、转位因子,转位因子 (transposable element) 细菌基因组中能

9、改变自身位置的DNA片段称之为转座因子。此种移动可发生在同一染色体上，也可发生在染色体之间或质粒之间，甚至染色体与质粒之间。 细菌的转位因子有三种类型: 插入序列（IS，insert sewuence） 转座子(Tn, transposon) Mu噬菌体(促变噬菌体, mutator phage),.,22,4、毒力岛(pathogenicity island，PAI) PAI是指病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之内，因此称之为“岛”。 这是20世纪80年代末德国学者Hacker等提出的一个新概念。,.,23,PAI特征：,1、分子量较大，通常为2

10、0100kb。 2、PAI虽然是染色体的DNA片段，但其G+Cmol%及密码使用与细菌染色体有明显差异 3、两端往往具有重复序列与插入元件，往往位于细菌染色体的tRNA位点内或附近，或位于与质粒、噬菌体整合有关的位点处。,.,24,第三节 细菌变异的机制,细菌是单细胞生物，以二分裂方式进行无性繁殖，子代只有从一个亲代获得遗传物质。细菌要发生变异，一种情况是基因发生突变，一种情况是两个不同性状细菌的基因可以转移到一起，经过基因间的重组，形成新的遗传型个体。,.,25,一、基因突变 基因突变简称突变，是变异的一种，指生物细胞遗传物质DNA分子结构突然发生了稳定的可遗传的变化。它是生物进化的一个重要

11、因素。 基因突变的种类： 细菌与一般生物细胞一样可发生突变，其突变也可按发生改变的范围大小，分为染色体畸变和点突变。,.,26,1、染色体畸变,染色体畸变（chromosomal aberration）是指染色体的一大段发生了变化。 包括染色体结构上的 缺失（delection） 重复（duplication） 插入（insertion） 易位（translocation） 倒置（inversion）,.,27,2、点突变,点突变（point mutation）是指DNA链上一个或少数几个碱基对的改变。 包括,碱基对的置换 （replacement） 因缺失或插入而造成的移码 (frame s

12、hift),转换（transition） 颠换（transversion）,.,28,二、基因转移,供体细菌直接或间接地将部分遗传物质单向传递给受体细菌，从而导致受体细菌发生基因重组的现象称为基因转移（transgenosis）。 细菌的基因转移和重组的主要形式有转化、转导、接合、原生质体融合和溶原性转换。,.,29,1、转化（transformation）,供体菌裂解后游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的遗传性状的过程称为转化。 感受态（competence） 受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子。细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附DNA的受体。,转化,.,31,2、转导

13、（transduction）,转导是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 局限性转导,.,32,普遍性转导（general transduction）,供体菌DNA的任何片段都有同等的机会被装入噬菌体外壳内,继而进入受体菌,故称普遍性转导。,噬菌体,普遍性转导模式图,普遍性转导,.,34,普遍性转导,完全转导（complete transduction） 外源性DNA片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而传代，称完全转导。 流产转导（abortive transduction） 外源性DNA片段不能重组到受体菌染色体上，由于不能自身复制，随

14、着细菌分裂供体DNA只能沿着单个菌体传递下去，称为流产转导。,.,35,局限性转导（restricted transduction）,局限性转导或特异性转导，由温和噬菌体介导，所转导的只限于前噬菌体两旁的供体菌染色体的基因。如噬菌体进入大肠埃希菌。,局限性转导,.,37,3、接合（conjugation）,接合是两个完整的细菌细胞通过性菌毛直接连接沟通，将质粒DNA从供体菌转移给受体菌的过程。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，主要包括F质粒和R质粒。,E. coli strains undergoing conjugation (TEM x27,700),F质粒的接合,.,

15、40,4、原生质体融合,是指以人工方法去除两个不同菌株细胞的细胞壁使其成为原生质体，试原生质体发生融合，形成双亲本菌株优良形状、稳定遗传的融合子（fusant），这一过程称为原生质体融合（protoplast fusion）。,.,41,5、溶原性转换,是指温和性噬菌体感染宿主后，噬菌体基因组与细菌的基因组整合，成为溶原性细菌，从而获得噬菌体编码的某些形状，但此细菌失去了前噬菌体，则其获得的这些形状也随之消失，称为溶原性转换（lysogenic conversion）。,.,42,第四节 细菌遗传变异研究的实际意义,1、理论意义： 用细菌进行的一系列遗传学实验，不仅揭示了细菌本身许多遗传变异的规律，而且推动整个分子遗传学的迅速发展。在微生物学领域内，细菌遗传变异的研究也有助于对其他有关问题的了解和发展，例如帮助了解微生物的起源和进化，微生物结构与功能的关系，原核生物性状的调节控制，以及推动微生物分类学的深入发展。,.,43,2、实践意义 在实践方面，细菌遗传变异的研究在以下若干方面也具有重大的实用意义。 1 疾病诊断 在临床细菌学检查工作中，要作出正确的诊断，不但要熟悉细菌的典型特性，还要了解细菌的变异规律。 2 疾病