《醫(yī)學微生物學》課件PPT-第4章-細菌的遺傳與變異

1、醫(yī)學微生物學(Medical Microbiology)細菌的遺傳與變異Heredity and Variation of Bacteria第四章細菌變異的類型1. 遺傳變異（genetic variation） 只發(fā)生在少數(shù)個體 遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 可穩(wěn)定傳給子代，產(chǎn)生變種或新種 有利于物種的進化2. 表型變異（phenotypic variation） 外界因素所致，常波及同一環(huán)境中的大多數(shù)個體 遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)未改變 變化為可逆，表型變異不能遺傳細菌變異現(xiàn)象 形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異 毒力變異 耐藥性變異 菌落變異 細菌L型：細胞壁發(fā)生缺陷 H-O 變異：細菌失去鞭毛形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異 含青霉素培養(yǎng)基

2、普通培養(yǎng)基右圖：炭疽芽孢桿菌青霉素串珠實驗毒力變異毒力增強 白喉棒狀桿菌（產(chǎn)毒株） 毒力減弱 卡介苗：Bacillus of Calmette- Gerin，BCG 1908年卡介二氏用有毒的牛結(jié)核分枝桿菌在含膽汁、甘油、馬鈴薯的培養(yǎng)基上，經(jīng)13年連續(xù)230次傳代所獲得的一株毒力減弱但保留免疫原性的變異株；是用于預(yù)防結(jié)核病的減毒活疫苗。目錄第一節(jié) 細菌基因組第二節(jié) 細菌基因突變第三節(jié) 基因的轉(zhuǎn)移與重組第四節(jié) 細菌遺傳變異在醫(yī)學上的實際意義細菌基因組bacterial genome第一節(jié)細菌基因組細菌染色體染色體外物質(zhì)質(zhì)粒噬菌體一、細菌基因組的主要組成1. 細菌染色體（bacterial chr

3、omosome）dsDNA，大部分為環(huán)狀。單倍體，無組蛋白，無內(nèi)含子大多數(shù)基因為單拷貝，而rRNA基因則為多拷貝耐藥島、代謝島、毒力島。致病島致病菌基因組上編碼與細菌毒力或致病性相關(guān)因子（如黏附因子）的外源DNA片段（1200kb）。致病島的兩側(cè)往往含有重復(fù)序列或插入序列，其GC含量和密碼子使用偏向性與細菌染色體明顯不同。2. 質(zhì)粒（plasmid） 雙股閉合環(huán)狀DNA分子 自主復(fù)制，可丟失和轉(zhuǎn)移，與細菌生命無關(guān)質(zhì)粒編碼的基因產(chǎn)物賦予細菌某些性狀，如耐藥性、毒性、致育性等 質(zhì)粒細菌基因組接合性與非接合性質(zhì)粒：前者可以通過接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導等方式在細菌間轉(zhuǎn)移嚴緊型和松弛型質(zhì)粒：前者的復(fù)制與細菌基因

4、組同步不相容性與相容性質(zhì)粒：前者相關(guān)的質(zhì)粒不能共存于同一細菌中根據(jù)質(zhì)粒編碼的生物學性狀分類質(zhì)粒的特征與分類 F質(zhì)粒fertility factor 性菌毛有關(guān) R質(zhì)粒resistance plasmid與耐藥性有關(guān) Col質(zhì)粒Col plasmid編碼大腸菌素 Vi質(zhì)粒virulence plasmid與細菌毒力有關(guān)代謝質(zhì)粒metabolic plasmid與代謝相關(guān)的酶類二、細菌基因組中主要的特殊結(jié)構(gòu) 插入序列 insertion sequence，IS 轉(zhuǎn)座子 transposon，Tn 整合子 integron，In轉(zhuǎn)座元件（1）插入序列 （ insertion sequence，IS）

5、轉(zhuǎn)座酶基因AATTCGTACGAATTIS 的命名： IS1，IS2ISn反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列7502000 bp兩端重復(fù)序列，與插入有關(guān)中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因（2）轉(zhuǎn)座子 (transposon, Tn) 200025000 bp兩端為IS，中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因, 如：毒素基因、耐藥基因等（3）整合子（integron） 定位于細菌染色體、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上 基本結(jié)構(gòu)：兩端為保守末端，中間為可變區(qū)，含一個或多個基因盒 整合子含有3個功能元件：特異性重組位點、整合酶基因、啟動子通過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使多種耐藥基因在細菌中進行水平傳播attlattC基因盒1基因盒2細菌基因突變Bacteri

6、al Gene Mutation第二節(jié)基因突變（一）突變的發(fā)生是隨機，不定向的 在細菌群體中僅少數(shù)細菌發(fā)生突變（二）彷徨試驗證明 隨機的、非定向的突變是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導作用彷徨實驗細菌基因的轉(zhuǎn)移和重組Gene Transfer and Recombination第三節(jié)細菌基因的轉(zhuǎn)移和重組 轉(zhuǎn)化 transformation 接合 conjugation 轉(zhuǎn)導 transduction1. 轉(zhuǎn)化 transformation 供體菌的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的遺傳性狀。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗333322221111小鼠死亡小鼠存活小鼠存活小鼠

7、死亡有莢膜肺炎雙球菌無莢膜肺炎雙球菌滅活的有莢膜肺炎雙球菌滅活的有莢膜肺炎雙球菌+無莢膜肺炎雙球菌S 型菌落S 型菌落R 型菌落無菌落Griffiths Experiment，1928Averys Experiment， 1944細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。轉(zhuǎn)移的遺傳物質(zhì)主要是質(zhì)粒，亦可以是供體菌的部分染色體DNA分子。 2. 接合 conjugation細菌染色體性菌毛F 質(zhì)粒F 質(zhì)粒轉(zhuǎn)移并復(fù)制F+ 菌F+ 菌F+ 菌F- 菌1F+ 菌F 質(zhì)粒與染色體在特意位點重組F 質(zhì)粒插入染色體整合的 F 質(zhì)粒Hfr 2HfrHfr Hfr 染色體片段與 F- 菌染色體重

8、組染色體復(fù)制并轉(zhuǎn)移F- 菌重組的F- 菌3R質(zhì)粒(resistance plasmid) R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（RTF）和耐藥（r）決定子兩部分組成； RTF可介導類似F質(zhì)粒的接合過程；r決定子能編碼對抗菌藥物的耐藥性。R質(zhì)粒的接合耐藥決定因子gene 1 gene 2 gene 3gene NTnTnTnTn耐藥傳遞因子綠色: 耐藥菌紅色: 不耐藥菌（二）局限性轉(zhuǎn)導（restricted transduction）溫和噬菌體在溶原周期將DNA整合于供體菌染色體的特定部位，當其從染色體上脫離時發(fā)生偏差分離，帶走相鄰的細菌染色體基因，并將其轉(zhuǎn)移到給受體菌。其轉(zhuǎn)導的是整合鄰近部位供體菌的個別特定基

9、因，故稱為局限性轉(zhuǎn)導。 3. 轉(zhuǎn)導（transduction）以噬菌體為載體，將供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)入受體菌，使其獲得新的性狀。（一）普遍性轉(zhuǎn)導（general transduction）毒性噬菌體，溫和噬菌體 包裝錯誤(任意DNA片段，細菌)轉(zhuǎn)導噬菌體受體菌接受供體菌DNA，獲得其性狀（二）局限性轉(zhuǎn)導（restricted transduction）溫和噬菌體在溶原周期將DNA整合于供體菌染色體的特定部位，當其從染色體上脫離時發(fā)生偏差分離，帶走相鄰的細菌染色體基因，并將其轉(zhuǎn)移到給受體菌。其轉(zhuǎn)導的是整合鄰近部位供體菌的個別特定基因，故稱為局限性轉(zhuǎn)導。 （三）溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion）溫和噬菌體DNA與受體菌染色體整合，受體菌獲得噬菌體的某些生物學性狀。不產(chǎn)毒白喉桿菌產(chǎn)毒白喉桿菌-噬菌體-外毒素基因基因轉(zhuǎn)移和重組的方式類 型基 因 來 源轉(zhuǎn) 移 方 式轉(zhuǎn)化供體菌游離DNA 直接攝入接合供體菌染色體或質(zhì)粒性菌毛轉(zhuǎn)導 普遍性轉(zhuǎn)導供體菌任意DNA片段或質(zhì)粒噬菌體 局限性轉(zhuǎn)導前噬菌體整合位點兩側(cè)DNA 溶源性轉(zhuǎn)換噬菌體細菌遺傳變異在醫(yī)學上的實際意義Medical Sig