第4-5-6-噬菌体、细菌的遗传与变异2014.ppt

1、第四章 噬菌体,概念：是一类能感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒。,一. 形态与结构,使用电镜观察 蝌蚪型，微球型和细杆型 头部和尾部2部分组成,化学组成： 核酸 头部 蛋白质 尾部-蛋白质,抵抗力： 对理化因素的抵抗力较一般细菌强 75加热30min可被灭活 耐低温和冰冻,二、分类,毒性噬菌体：在宿主细菌内增殖，产生子代噬菌体，并裂解宿主。,温和噬菌体：不在宿主细菌内增殖，噬菌体基因与宿主细菌染色体整合，DNA随宿主分裂而复制。,第五章 细菌的遗传与变异,姚佳 病原生物学与免疫学教研室,任何生物都具有遗传和变异的特性 遗传：“遗留，传承” 子代与亲代之间生物学特征的相似性 变异：“

2、变化，差异” 子代与子代，子代与亲代之间生物学特征的差异,第一节 细菌遗传物质,三大经典实验,肺炎链球菌转化实验 噬菌体感染实验 Alfed Hershey和Martha Chase(1952)用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。 植物病毒重建实验 1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建实验，证明了RNA也是遗传物质的基础,一、微生物的主要遗传物质,（一）病毒的核酸 病毒的核酸类型多，按照其核酸类型，将病毒分为：dsDNA病毒、ssDNA病毒、+ssRNA病毒、-ssRNA病毒、dsRNA病毒、逆转录病毒。,（一）

3、细 菌 染 色 体 bacterial chromosome,是一个闭环双链DNA；基因结构连续，排列紧密，不含内含子。,（二）染色体以外的遗传物质,1、质粒（plasmid）,位于细菌细胞质中染色体外的遗传物质，是闭合环状双链DNA，能自主复制，所携带的遗传信息能赋予细菌某些非生命必需的生物学性状如性菌毛、耐药性和毒力等。,（1）有自我复制能力：紧密型质粒和松弛型质粒 （2）可自行丢失与消除 （3）质粒携带有多种遗传信息 （4）转移性 （5）质粒的相容性与不相容性,质粒的特征：,几种常见质粒：,2、转座因子（Transposable element）,是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA

4、序列，由其移动可引起插入突变、染色体畸变及基因的重排等，从而导致细菌遗传性状改变。 插入序列（Insertion sequence） 转座子 （Transposon）,3、前噬菌体,整合到细菌染色体上的噬菌体的基因组，携带有某些基因，有时可改变宿主的某些生物学性状，如棒状杆菌噬菌体 也可在不同细菌个体之间充当遗传物质转移的载体,是一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。 整合子定位于细菌的染色体和质粒或转座子上，与细菌的耐药性密切相关。,4、整合子（integron 、In）,第二节、 细菌的变异现象,1、形态结构变异 细菌L型在青霉素、溶

5、菌酶、补体等作用下，使菌细胞壁发生缺陷；细菌呈多态性，革兰染色阴性。 H-O变异细菌失去鞭毛,陈旧培基物 鼠疫杆菌 多形态性,变形杆菌（Proteus） 鞭毛变异，H-O变异 照片提供：島田俊雄博士,葡萄球菌- L 型菌落,葡萄球菌-回复后,2、毒 力 变 异,毒力增强 无毒的白喉棒状杆菌感染棒状杆菌噬菌体后成为有毒株。 毒力减弱 有毒菌株变异为弱毒或无毒 如：卡介苗 Bacillus of Calmette- Gerin，BCG ：是用于预防结核病的减毒活疫苗。,3、耐 药 性 变 异,细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌的耐药现象。 耐药菌：金葡菌95%耐青霉素 多重耐药菌：同时

6、耐受多种抗生素 抗生素依赖：志贺菌链霉素依赖株预防,4、菌 落 变 异,光滑型（smooth，S） 粗糙型 （rough，R） S-R 变异 S型菌株致病性强，一般新分离的菌株为S型。菌落发生变异后，细菌的理化特性、抗原性、生化能力、毒力等也可发生改变。,肺炎链球菌的S-R菌落变异,5、抗 原 性 变 异,宋内志贺菌的I相 II相 抗原变异的同时，细菌的致病性，免疫性也会发生相应改变。,第三节 细菌变异的机制,非遗传性变异是在其他客观条件下发生的适应环境的改变 遗传性变异涉及基因结构的改变 基因结构的改变通过基因突变、基因的转移与重组来实现。,一、基因突变,突变：一个核酸分子内一个或者几个核苷

7、酸发生可遗传的稳定改变。,1、点突变（Point Mutation）“小”变化 2、染色体畸变（Chromosome Aberration）“大”变化,（一）突变的类型和机制：,插入：,缺失：,转换：嘌呤嘌呤，嘧啶嘧啶,颠换：嘌呤嘧啶，嘧啶嘌呤,移码突变,（二）基因突变的特点,1、自发性：几率极低，约为10-610-9 可诱发性：利用理化因素诱导,2、随机性和不对应性：,彷徨实验,上述2个实验证明：突变是自发的和随机的，在接触抗菌药物或者噬菌体之前，突变就已经发生，噬菌体和抗菌药物只是充当了筛选的条件，而并非作为诱导的条件。,3、可逆性： 野生型菌株（突变）突变型菌株（回复突变）与野生型菌株表

8、型相同（基因型不一定相同） Ames实验：通过突变的可逆性筛选致癌物,Ames实验：,二、基因的转移与重组,基因转移(gene transfer)：外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。 基因重组(gene recombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程。 供体菌(donor)； 受体菌(recipient),一、转化（transformation）： 概念：供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。 条件：同源性 感受态,二、转导（transduction）： 概念：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

9、。 方式：普遍性转导 局限性转导,（1）普遍性转导 前噬菌体脱离溶原性细菌增殖时，误装入细菌DNA。故该噬菌体感染受体菌时，则将供体菌DNA带入受体菌内。 结果：完全转导 流产转导,百万分之一几率出现装配错误,（2）局限性转导（特异性转导） 前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌的过程,普遍性转导与局限性转导的区别,三、接合(conjugation)： 概念：细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。,能通过接合转移的质粒称为接合性质粒，而不能通过性菌毛传递的质粒称为非接合性质粒。 常见的接合性质粒：F质粒、 R质粒,1、F质粒的接合 带有

10、F质粒的称为F+菌，可以编码性菌毛 不带F质粒的称为F-菌，不能编码性菌毛 （1）F+ F- = F+ F+,F质粒整合到细菌的基因组上的细菌： 高频重组菌株（High frequency recombinant，Hfr）,（2）Hfr F- =Hfr + F-(含部分供体菌基因),Hfr菌中的F质粒有时会从染色体上脱离，脱离的质粒因带有相邻的其他基因组DNA，称为F质粒。带F质粒的细菌也可同F-发生接合，其方式同F+菌株。 （3）FF- = FF(不但含有F质粒，还含供体菌部分基因),2、R质粒的接合,接合型R质粒 （1）耐药传递因子RTF：编码性菌毛 （2）耐药决定因子 r-dir：耐药

11、非接合型R质粒 只有r-dir，以转化、转导方式传递,四、溶原性转换：是宿主菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段而获得新的遗传性状。,讨论：与转导的区别？,五、原生质体融合 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融合的过程。,第四节 细菌遗传变异在 医学上的实际意义,病原性诊断： L型细菌、HO变异、 SR变异 特异性防治： 卡介苗（BCG）及预防炭疽、鼠疫用疫苗。,1、在疾病诊断和防治中的应用,2、在检测致癌物质中的应用,3、在基因工程中的应用,生产重组胰岛素、重组干扰素、重组凝血因子、重组生长激素等。,小结,细菌遗传物质包括染色体及染色体以外的遗传物质如质粒、转

12、座因子、前噬菌体和整合子。 细菌的变异现象包括：形态结构变异，毒力变异，耐药性变异，菌落变异及抗原性变异。 细菌的变异机制主要有基因突变和基因的转移及重组。突变具有自发性、可诱发性、随机性、不对应性、可逆性等特点。 基因的转移及重组有转化、转导、接合、溶源性转换和原生质体融合等方式。,第六章 细菌的耐药性,第一节 抗菌药物的种类及作用机制,抗菌药物：抗生素或化学合成药物 抗生素：是生物在其生命活动中产生的，能在低微浓度下选择性抑制或影响它种生物功能的有机物质。 医用抗生素的要求 差异毒力、生物活性强、选择作用性：,根据化学结构分类： - 内酰胺类：青霉素、头孢菌素等。 化学特征 具有一个-内酰

13、胺环,抗生素的分类,氨基糖苷类：链霉素、卡那霉素、巴龙霉素 化学特征 由氨基糖与氨基环醇通过氧桥连接而成的苷类抗生素,抗生素的分类,链霉素,大环内酯类：红霉素、螺旋霉素、吉他霉素、阿维菌素等。 化学特征 具有一个由不少于12个碳原子并由内脂基团环化的大环。,红霉素,氯霉素：由委内瑞拉链丝菌产生。 属抑菌性广谱抗生素。 敏感菌有肠杆菌科细菌及炭疽杆菌、肺炎球菌、链球菌、李斯特氏菌等。衣原体、钩端螺旋体、立克次体也对本品敏感。 因对造血系统有严重不良反应，需慎重使用。,喹诺酮类：人工化学合成的杀菌剂 又称酮酸类或吡啶酮酸类，主要作用于革兰阴性菌的抗菌药物，对革兰阳性菌的作用较弱。,多肽类抗生素：多

14、粘菌素、万古霉素、杆菌肽、博来霉素。,二、抗菌药物的主要作用机制,抑制细胞壁合成 影响细胞膜功能 抑制核酸合成 抑制蛋白质合成,一、抑制细胞壁合成的抗菌药物有,1）环丝氨酸：抑制N-乙酰胞壁酸形成 2）-内酰胺类抗生素，如青霉素和头孢菌素：抑制肽聚糖合成的转肽反应，使邻近的聚糖链不能交联。 3）万古霉素和杆菌肽：影响肽聚糖合成,二、影响细胞膜功能的抗菌药物有：,1）多粘菌素：“脂-水双亲”，解聚细胞膜结构 2）两性霉素B：结合真菌细胞膜麦角固醇 3）短杆菌肽：形成孔道,三、干扰蛋白质合成的抗菌药物有：,1）影响氨酰-tRNA合成：莫匹罗星 2）影响核糖体功能：氨基糖苷类、四环素类,四、抑制核酸

15、合成的抗生素有：,1）博来霉素：断裂DNA 2）利福霉素：抑制转录延伸 3）多柔比星和柔红霉素：拓扑异构酶II抑制剂 4）新生霉素：DNA回旋酶抑制剂,第二节 细菌的耐药性,概念：细菌对某种抗菌药物具有的抵抗性 耐药程度的衡量指标：MIC,一、耐药性的分类,固有耐药：天然耐药 获得性耐药：接触抗菌药物后耐药 结果：消失、或成为固有耐药 多重耐药性（multiple drug resistance,MDR） 交叉耐药性（cross drug resistance）,二、细菌耐药的遗传物质,染色体：基因突变可产生耐药但几率低，单一耐药为主 质粒：R质粒普遍存在多重耐药常见耐药性可传递耐药菌株可因R

16、质粒丢失而恢复成敏感菌株 转座子：易造成多重耐药,三、耐药性的发生机制,耐药性产生的遗传性机制 （1）自发突变+药物选择： （2）耐药性基因的传递： 接合、转导、转化、转座、整合子捕获,耐药性产生的生物化学机制 （1）钝化酶或灭活酶的产生 -lactamase ，氨基苷类钝化酶，,-内酰胺酶： 由细菌染色体或质粒编码对-内酰胺类抗生素耐药 打开-内酰胺环而使该抗生素失去作用,（2）药物作用的靶位点发生改变,大环内酯类抗生素（如红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素等）能不可逆的结合到细菌核糖体50S亚基的23S rRNA上，通过阻断转肽作用及mRNA位移，选择性抑制蛋白质合成。 若23S rRNA去甲基化，则可导致无法结合形成耐药,（3）抗菌药物的渗透障碍,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菌内部到达作用靶位发挥抗菌效能，耐药屏蔽也是耐药的一种机制。 如：生物被膜的形成，药物外排