医学微生物学6、遗传变异人卫

1、细菌的遗传和变异,遗传 (heredity): 子代与亲代的相似性 变异（variation): 子代与亲代的差异 基因型变异（genotypic variation） 遗传物质结构改变而引起 表型变异（phenotypic variation） 外界环境条件作用而引起,形态变异,3-6%食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培基,第一节 细菌的变异现象,L型变异,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 (部分或完全失去胞壁),特殊结构变异,42-43 炭疽杆菌失去形成芽胞能力, 10-20天 毒性降低,特殊结构变异,变形杆菌（H） 1%石炭酸（O） 迁徙生长 菌落样生长,菌落变异,陈旧培养

2、基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 S 失去LPS的特异性 R 多糖重复单位 S R变异为全面变异。,毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌卡介苗 13年(230代),耐药性变异,金黄色葡萄球菌耐PNC的菌株已从1946年的14%上升至目前的85%。 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。 含链霉素培基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 长期培养,第二节 细菌的遗传物质,一、细菌染色体（chromosome） 环状双螺旋的DNA长链、 按一定结构反复回旋成 松散的网状结构附着于 横隔中介体或细胞膜,特点,1. 相对

3、较小，只有一个复制起始位点 2. 结构基因多为单拷贝基因 3. 功能相关的基因高度集中成操纵子 4. 具有连续的基因结构，无内含子,转录 后的RNA无需剪切 5. 大部分基因具有编码功能，且编码序列多 无重叠 6. 具有各种功能的识别区（含有特殊顺序）,细菌染色体的复制 半保留复制,致病岛（pathogenicity island）, 位于致病菌染色体上 常为分子量较大（20100kbp）的基因群 毒力相关基因的外源性DNA片断 两侧往往含有重复序列或插入序列 其GC与密码使用与宿主菌染色体有明显差异,细菌染色体外的遗传物质，为环状、闭合的双股DNA；能自我复制；赋予细菌的某些重要的生物学性状

4、；并非细菌生命活动所必需，可以自然丢失，也可以在细菌间转移；具有相容性与不相容性。,二、质粒（plasmid),质粒的分类：,1、接合性质粒与非接合性质粒,2、严紧型质粒与松弛型质粒,3、相容性质粒与不相容性质粒,4、具质粒基因编码的生物学性状分,毒力质粒（Vi）； 细菌素质粒（col）等,致育性质粒（F）；耐药性质粒（R）,三、转座因子（tranponsable element) 细菌染色体或质粒DNA分子中一段特异的核苷酸序列片段，可在DNA分子中随机转移，但须依附于染色体或质粒同时复制。 主要有三类： 插入序列（IS） 转座子Tn 转座噬菌体（Mu噬菌体）,插入序列（insertion

5、sequence,IS）,- 最小的转位因子，长度不超过2kb,- 不携带任何与插入功能无关的基因区域,- 往往插入后与插入点附近序列共同起作用 可能是原细胞正常代谢的调节开关之一,- 转座子可能与细菌的多重耐药性有关,转座子（transposon,Tn）,- 长度2kb，除携带与转位有关的基因, 还携带多种结构基因,四、整合子（Integron，In) 一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转化为功能性基因的表达单位。可存在于染色体、质粒或转座子上，是细菌固有的遗传单位。,又称为整合子基因盒系统（integron -gene cassettes system）,组成

6、,中间的可变区域 1个或多个基因盒,3端保守区（3CS）,5端保守区（5CS）,整合子基因盒系统的结构,5,3,intI,gene2,gene1,整合子结构示意图,attI,A,B,C,P1,P2,attC,5CS,intI基因,编码整合酶integrase，催化基因盒整合至具有同源性的短序列（attI或attC）之间,外源基因整合位点attI,两个启动区域,据intI基因的不同，可将In分为六类,由3个ORF组成 qacE1 编码季胺类化合物耐药性 sul1 编码磺胺类药物耐药性 ORF5 功能不明,3CS,基因盒（gene cassettes） 可移动的小分子DNA，仅携带一个基因和一个特

7、异性重组位点（即attC），不含启动子 目前发现的基因盒携带的基因绝大多数为抗生素耐药基因,细菌的许多相关基因串联排列在染色体的特定部位，其上游有启动子和操纵基因序列，共同构成一个转录单位，称为操纵子。 其上游有调节基因控制操纵子的活动。,第三节 细菌基因表达的调节,一、抑制基因转录 1、阻遏蛋白：抑制基因转录的物质，有操纵基因结合区和诱导物结合区。 2、辅阻遏物：酶反应的终末产物或结构相似的化合物，与阻遏蛋白和操纵基因结合，抑制基因转录。,二、促进基因转录 分解物基因激活蛋白（CAP）能增强RNA聚合酶和启动子的结合，明显提高基因的转录与翻译。,一、突变 突变（mutation)遗传物质的结

8、构发生突 然而稳定的改变，包括置换、插入、缺失。 分为：点突变和染色体畸变 自然突变 诱发突变,第四节 细菌变异的机理,突变的规律,（1）稀有性、突变率低，但有可诱导性 （2）随机性、自发性，外界因素有助于 突变菌株的选择 （3）回复突变往往是表型回复,一）转化（transformation) 供体菌 受体菌,游离DNA 直接摄取,二、基因的转移与重组,条 件,供、受体菌具有同源性 转化因子分子量小于1X107，不超过10-20 基因 3. 受体菌处于感受态（对数生长期） 4. 环境中的Ca2+、Mg2+ 、cAMP等可维持DNA稳定性,感受态（competence）,细菌表面带有大量吸附DN

9、A的受体，包括DNA结 合蛋白、细胞壁自溶素、各种核酸酶 常出现在细菌的对数生长期，持续时间不一 低渗的氯化钙、冷休克可人工诱导感受态,过 程,二）接合（conjugation) 供体菌 受体菌,性菌毛,质粒或染色体DNA,凡是能通过接合方式转移的质粒称为 接合性质粒，包括F质粒、R质粒等,方式： 1) F+ F- 2 F+,Hfr菌株：高频重组菌株（High frequency of recombination) F质粒整合到染色体上,与染色体一起复制，整合后 的细菌能以高频率转移该菌染色体上的基因。 Hfr菌上的F质粒也可被正常切割，Hfr菌变为F+菌。,2）Hfr F - F-,3）F质

10、粒： Hfr菌上的F质粒被异常切割时，常带有染色 体上几个邻近的基因，可导致其再感染菌遗 传物质的改变，此为性导。,- 编码对抗菌药物的耐药性,4) R质粒的接合,- R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关,- R质粒的组成,- 编码性菌毛的产生,耐药传递因子（RTF）,耐药决定因子,- 几个转座子连接相邻排列,三）转导（transduction) 供体菌 受体菌,供体DNA 温和噬菌体,转导分为普遍性转导和局限性转导两类,1.普遍性转导（Generalized transduction） 裂解末期的装配错误所致，可转导供体菌的任一 基因片段。 分为：（1）完全转导 （2）流产转导,2.局限

11、性转导 溶原期的偏差脱落所致，只转导供体菌染色体上个别特定的基因片段。,四）溶原性转换（lysogenic conversion),导致细菌获得新的性状,温和噬菌体以前噬菌体的形式与细菌染色体发生重组,五）原生质体融合（protopast fusion),- 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,- 一种人工基因 转移系统，本质 上与基因转移 无关或关系很小,- 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合,三、变异机理小结： 突变： 基因的转移与重组： 供体菌 方式 受体菌 转化：游离的DNA片段 直接进入 接合：接合性质粒 以性菌毛为载体 转导：染色体或质粒DNA 以温和噬菌体为载体 溶原性转换 ： 前噬菌体直接整和 原生质体的融合,细菌的耐药性,获得性耐药,细菌耐药的机制,遗传机制,生化机制,固有耐药,染色体突变,可传递的耐药,接合，转化，转导,R质粒，转座子，整合子,第四节 细菌遗传变异在医学 上的实际意义,一、在传染病的诊、防、治上的应用 诊断疾病：形态、结构的变异。 治疗疾病：耐药性变异，选择敏感抗生素。 预防疾病：疫苗的制备。,二、在检测致癌物质方面的应用,凡能诱导突变的物质就有可能是致癌物质,三、在流行病学研究方面的应用,四、在基因工程上的应用, 将分子生物学的方法应用于流行病学调查, 追踪基