2022年醫(yī)學(xué)專題-細(xì)菌的遺傳變異

第5章細(xì)菌(xìjūn)的遺傳變異

第一頁(yè)，共四十七頁(yè)。目的要求1、掌握：細(xì)菌(xìjūn)基因轉(zhuǎn)移與重組：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、原生質(zhì)體融合的概念及機(jī)制。2、熟悉：細(xì)菌的變異現(xiàn)象。細(xì)菌遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的意義。第二頁(yè)，共四十七頁(yè)。遺傳（heredity）：子代與親代的生物學(xué)性狀基本相同，且代代相傳。遺傳保證(bǎozhèng)了物種的穩(wěn)定性。

變異：子代與親代以及子代與子代之間的生物學(xué)性狀出現(xiàn)差異。變異產(chǎn)生新的物種，有利于物種的進(jìn)化。

基因型變異（遺傳性變異）

表型變異（非遺傳性變異）

第三頁(yè)，共四十七頁(yè)。

BCG：牛型結(jié)核桿菌(jiéhéɡǎnjūn)（有毒株）膽汁-甘油-馬鈴薯培養(yǎng)13年，230次傳代

減毒株（BCG）基因型變異：BCG表型變異：細(xì)菌L型第四頁(yè)，共四十七頁(yè)?；蛐秃捅硇妥儺?biànyì)的比較基因型變異(biànyì)表型變異(biànyì)基因結(jié)構(gòu)變化未變可逆性不或極少可逆穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定環(huán)境影響涉及細(xì)菌數(shù)不受影響受影響個(gè)別全體第五頁(yè)，共四十七頁(yè)。一、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異(biànyì)

鼠疫耶爾森氏菌→含3％～6％NaCl瓊脂培養(yǎng)→多形態(tài)性（衰退型）第一節(jié)細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象第六頁(yè)，共四十七頁(yè)。L型變異（細(xì)胞壁缺陷型）生物學(xué)特性：多形性、革蘭陰性、高滲培養(yǎng)、生長(zhǎng)(shēngzhǎng)緩慢、荷包蛋樣菌落、可回復(fù)A、原細(xì)菌(xìjūn)型菌落B、荷包蛋樣L型菌落C、顆粒型L型菌落D、絲狀型L型菌落第七頁(yè)，共四十七頁(yè)。葡萄球菌(pútáoqiújūn)絲狀L型菌落葡萄球菌(pútáoqiújūn)絲狀L型菌落回復(fù)后第八頁(yè)，共四十七頁(yè)。莢膜變異：肺炎鏈球菌莢膜→體外長(zhǎng)期培養(yǎng)→失去莢膜芽胞變異：炭疽桿菌→經(jīng)42℃，10～20天→失去芽胞，毒力減弱(jiǎnruò)鞭毛（H－O）變異：變形桿菌→含10％的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)→失去鞭毛第九頁(yè)，共四十七頁(yè)。二、菌落變異（S－R變異）光滑型（S型）——粗糙型（R型）三、毒力的變異

毒力降低或消失：如卡介苗

毒力增強(qiáng)(zēngqiáng)：如白喉棒狀桿菌

四、耐藥性變異細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變?yōu)槟褪堋?/p>

第十頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二節(jié)細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)

1、細(xì)菌的染色體：環(huán)狀、dsDNA。

相對(duì)(xiāngduì)較?。?.2×106

bp，4000個(gè)基因復(fù)制快：105

bp/min無(wú)組蛋白，無(wú)內(nèi)含子，為連續(xù)基因單倍體：突變后更易表現(xiàn)第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。2、質(zhì)粒(plasmid)：細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，環(huán)狀閉合的雙股DNA。可編碼許多重要(zhòngyào)的生物學(xué)性狀。

第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。質(zhì)粒DNA的特性具有自我(zìwǒ)復(fù)制能力緊密型質(zhì)粒；松弛型質(zhì)粒質(zhì)粒能編碼某些特定性狀可自行丟失與消除可在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移。分相容性與不相容性兩種第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。種類致育質(zhì)?；蚍QF質(zhì)粒

結(jié)合耐藥性質(zhì)?？煞譃榻雍闲阅退庂|(zhì)粒（R質(zhì)粒）和非接合性耐藥質(zhì)粒。耐藥毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子。毒力細(xì)菌素質(zhì)(sùzhì)粒編碼各種細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素。細(xì)菌素代謝質(zhì)粒編碼產(chǎn)生與代謝相關(guān)的許多酶類第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。3、轉(zhuǎn)座因子是細(xì)菌基因組中能改變自身位置的一段DNA序列，這種轉(zhuǎn)座作用可發(fā)生(fāshēng)在染色體、質(zhì)粒上或染色體與質(zhì)粒之間。分類（1）插入序列(insertionsequence，IS):750～1550

bp

兩端重復(fù)序列，與插入有關(guān)中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。（2）轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn):2000～25000

bp

兩端為IS中心序列有與轉(zhuǎn)位無(wú)關(guān)(wúguān)基因如：毒素基因、耐藥基因等IS

ISResistanceGene(s)第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。常見(chánɡjiàn)的插入序列和轉(zhuǎn)座子ISbpTn耐藥或毒素(dúsù)基因IS1768Tn1AP（氨芐青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四環(huán)素）IS41426Tn551Em（紅霉素）IS51195Tn681E.coliET（腸毒素）第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。4、整合子（integron，In）：是一種運(yùn)動(dòng)性DNA分子，具有(jùyǒu)獨(dú)立結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因表達(dá)單位。定位于細(xì)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(gè)或多個(gè)基因盒整合子含有3個(gè)功能元件：重組位點(diǎn)；整合酶基因；啟動(dòng)子通過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使多種耐藥基因在細(xì)菌中進(jìn)行水平傳播第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。5、噬菌體基因組：形態(tài)結(jié)構(gòu):蝌蚪(kēdǒu)形衣殼：蛋白質(zhì)核酸：dsDNA分布廣:有菌就有噬菌體宿主特異性：流行病調(diào)查；分型參與細(xì)菌(xìjūn)變異：轉(zhuǎn)導(dǎo),溶原性轉(zhuǎn)換第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)?；蜣D(zhuǎn)移(genetransfer)：外源性遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌內(nèi)的過程(guòchéng)?；蛑亟M(generecombination)：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起的過程。供體菌(donor)；受體菌(recipient)

第三節(jié)基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)。一、轉(zhuǎn)化（transformation）：供體菌游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。

*條件：受體菌與供體菌DNA有同源性。

感受態(tài)：受體菌能攝取外源DNA片段的生理(shēnglǐ)狀態(tài)。感受態(tài)一般出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，持續(xù)時(shí)間約3~4小時(shí)。

第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。小鼠體內(nèi)肺炎(fèiyán)鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)因子（transformingprinciple）在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個(gè)基因。感受態(tài)（competence）第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。二、接合(jiēhé)(conjugation)：細(xì)菌通過性菌毛，將遺傳物質(zhì)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的過程。第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。F質(zhì)粒（fertilityfactor,致育因子(yīnzǐ)）接觸：細(xì)胞質(zhì)溝通(gōutōng)轉(zhuǎn)移：F質(zhì)粒進(jìn)入F－菌，1分鐘完成復(fù)制：F－菌轉(zhuǎn)為F＋菌第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。Hfr（高頻重組菌株）：F質(zhì)粒與染色體整合具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功能(gōngnéng)細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，F(xiàn)質(zhì)粒低受體菌獲得供體菌性狀用于繪制基因圖第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。Hfr轉(zhuǎn)移細(xì)菌(xìjūn)染色體過程第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。R質(zhì)粒（1）耐藥傳遞因子：編碼(biānmǎ)性菌毛（2）耐藥決定因子：耐藥第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。三、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：以溫和(wēnhé)噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)前噬菌體脫離溶原性細(xì)菌增殖時(shí)，誤裝入細(xì)菌DNA。故該噬菌體感染受體菌時(shí)，則將供體菌DNA帶入受體菌內(nèi)。完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)未整合整合第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)模式圖第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)模式圖2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：前噬菌體從宿主菌染色體脫離時(shí)發(fā)生偏差，將前噬菌體兩側(cè)的宿主染色體基因轉(zhuǎn)移到受體菌，使受體菌的遺傳性狀發(fā)生改變(gǎibiàn)的過程。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)的區(qū)別區(qū)別要點(diǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時(shí)期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率受體菌的10-7轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)增加1000倍(10-4)第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。四、溶原性轉(zhuǎn)換：是宿主菌染色體中整合了噬菌體的DNA片段(piànduàn)而獲得新的遺傳性狀。第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。五、原生質(zhì)體融合兩種不同細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行(jìnxíng)彼此融合的過程。第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。機(jī)制基因來(lái)源轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌噬菌體為載體接合供體菌性菌毛溶原性轉(zhuǎn)換噬菌體整合基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組模式比較第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。第四節(jié)基因突變(jīyīntūbiàn)*突變：指細(xì)菌遺傳物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致(dǎozhì)細(xì)菌發(fā)生遺傳性變異。

第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。一、基因突變的規(guī)律：

（1）突變率

①細(xì)菌都可自發(fā)突變，但頻率較低（突變率約10－9～10－6）

②加入誘導(dǎo)劑（紫外線、X射線、烷化劑、亞硝酸鹽等）突變率可提高100～1000倍（誘導(dǎo)(yòudǎo)突變）

彷徨試驗(yàn)：隨機(jī)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(duì)突變僅起篩選而不是誘導(dǎo)作用。第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。彷徨(pánɡhuánɡ)試驗(yàn)示意圖第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。（2）突變與選擇

①突變是隨機(jī)和不定向的，細(xì)菌染色體上數(shù)千個(gè)基因(jīyīn)中哪個(gè)發(fā)生突變，導(dǎo)致何種突變均非外界因素所決定

②外界因素只能起選擇性作用，選擇出突變株（3）回復(fù)突變

野生型菌株→（突變）→突變型菌株→（回復(fù)突變）→與野生型菌株表型相同（基因型不一定相同）第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)。影印(yǐngyìn)培養(yǎng)試驗(yàn)示意圖自發(fā)(zìfā)的，隨機(jī)的，非誘導(dǎo)的藥物僅起選擇作用第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。二、突變的類型和機(jī)制：（1）堿基置換：①轉(zhuǎn)換：嘌呤(piàolìng)間（A－G），嘧啶間（T－C）②顛換：嘌呤－嘧啶間（A－T，C－G）（2）堿基的插入或缺失：致密碼子錯(cuò)誤（3）轉(zhuǎn)位因子的插入：

第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。診斷困難

H→O變異：如傷寒沙門菌鞭毛

S→R變異：消失莢膜或多糖抗原性改變毒力下降，生化(shēnɡhuà)反應(yīng)改變治療困難：耐藥預(yù)防：BCG第五節(jié)細(xì)菌(xìjūn)遺傳變異

在醫(yī)學(xué)上的意義

第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。

Ames試驗(yàn)(shìyàn)：第四十四頁(yè)，共四十七頁(yè)?；蚬こ?jīyīngōngchéng)載體：質(zhì)粒，噬菌體工程菌和酶：限制性內(nèi)切酶，連接酶選擇目的基因，細(xì)菌(xìjūn)中表達(dá)，如胰島素、白介素、干擾素等基因工程疫苗第四十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。思考題常見細(xì)菌遺傳變異的現(xiàn)象有哪些？細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移與重組：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、原生質(zhì)體融合的