2022年醫(yī)學(xué)專題-第4-5-6-噬菌體、細(xì)菌的遺傳與變異2014

第四章噬菌體概念：是一類能感染細(xì)菌(xìjūn)、真菌、放線菌和螺旋體等微生物的病毒。第一頁，共八十五頁。

一.形態(tài)(xíngtài)與結(jié)構(gòu)使用電鏡觀察蝌蚪(kēdǒu)型，微球型和細(xì)桿型頭部和尾部2部分組成第二頁，共八十五頁?；瘜W(xué)組成(zǔchénɡ)：核酸頭部蛋白質(zhì)尾部--蛋白質(zhì)第三頁，共八十五頁。抵抗力：對理化因素(yīnsù)的抵抗力較一般細(xì)菌強(qiáng)75℃加熱30min可被滅活耐低溫和冰凍第四頁，共八十五頁。二、分類(fēnlèi)毒性噬菌體：在宿主(sùzhǔ)細(xì)菌內(nèi)增殖，產(chǎn)生子代噬菌體，并裂解宿主(sùzhǔ)。第五頁，共八十五頁。溫和噬菌體：不在宿主細(xì)菌(xìjūn)內(nèi)增殖，噬菌體基因與宿主細(xì)菌(xìjūn)染色體整合，DNA隨宿主分裂而復(fù)制。第六頁，共八十五頁。第七頁，共八十五頁。第五章細(xì)菌(xìjūn)的遺傳與變異姚佳病原(bìngyuán)生物學(xué)與免疫學(xué)教研室第八頁，共八十五頁。任何生物都具有遺傳和變異的特性遺傳：“遺留，傳承(chuánchénɡ)” 子代與親代之間生物學(xué)特征的相似性變異：“變化，差異” 子代與子代，子代與親代之間生物學(xué)特征的差異第九頁，共八十五頁。第一節(jié)細(xì)菌(xìjūn)遺傳物質(zhì)第十頁，共八十五頁。三大(sāndà)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)

AlfedHershey和MarthaChase(1952)用放射性同位素35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，32P標(biāo)記DNA。植物(zhíwù)病毒重建實(shí)驗(yàn)

1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的煙草花葉病毒(TMV)進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)，證明了RNA也是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)第十一頁，共八十五頁。一、微生物的主要(zhǔyào)遺傳物質(zhì)（一）病毒的核酸(hésuān)病毒的核酸類型多，按照其核酸類型，將病毒分為：dsDNA病毒、ssDNA病毒、+ssRNA病毒、-ssRNA病毒、dsRNA病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒。第十二頁，共八十五頁。

（一）細(xì)菌染色體

bacterialchromosome

是一個(gè)(yīɡè)閉環(huán)雙鏈DNA；基因結(jié)構(gòu)連續(xù)，排列緊密，不含內(nèi)含子。第十三頁，共八十五頁。（二）染色體以外(yǐwài)的遺傳物質(zhì)1、質(zhì)粒（plasmid）

位于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中染色體外的遺傳物質(zhì)，是閉合(bìhé)環(huán)狀雙鏈DNA，能自主復(fù)制，所攜帶的遺傳信息能賦予細(xì)菌某些非生命必需的生物學(xué)性狀如性菌毛、耐藥性和毒力等。第十四頁，共八十五頁。第十五頁，共八十五頁。（1）有自我(zìwǒ)復(fù)制能力：緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒（2）可自行丟失與消除（3）質(zhì)粒攜帶有多種遺傳信息（4）轉(zhuǎn)移性（5）質(zhì)粒的相容性與不相容性質(zhì)粒的特征(tèzhēng)：第十六頁，共八十五頁。幾種(jǐzhǒnɡ)常見質(zhì)粒：F質(zhì)粒fertilityplasmid性菌毛有關(guān)R質(zhì)粒resistanceplasmid與耐藥性有關(guān)Col質(zhì)粒Colplasmid編碼大腸菌素Vi質(zhì)粒virulenceplasmid與細(xì)菌毒力有關(guān)代謝質(zhì)粒metabolicplasmid與代謝相關(guān)的酶類第十七頁，共八十五頁。2、轉(zhuǎn)座因子(yīnzǐ)（Transposableelement）

是細(xì)菌基因組中能改變自身位置(wèizhi)的一段DNA序列，由其移動(dòng)可引起插入突變、染色體畸變及基因的重排等，從而導(dǎo)致細(xì)菌遺傳性狀改變。插入序列（Insertionsequence）轉(zhuǎn)座子（Transposon）第十八頁，共八十五頁。第十九頁，共八十五頁。3、前噬菌體整合到細(xì)菌染色體上的噬菌體的基因組，攜帶有某些基因，有時(shí)可改變宿主的某些生物學(xué)性狀，如β棒狀桿菌噬菌體也可在不同細(xì)菌個(gè)體(gètǐ)之間充當(dāng)遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的載體第二十頁，共八十五頁。

是一種運(yùn)動(dòng)性的DNA分子，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因的表達(dá)單位。整合子定位于(wèiyú)細(xì)菌的染色體和質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，與細(xì)菌的耐藥性密切相關(guān)。4、整合(zhěnɡhé)子（integron、In）第二十一頁，共八十五頁。第二十二頁，共八十五頁。

第二節(jié)、細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象

1、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異(biànyì)

細(xì)菌L型——在青霉素、溶菌酶、補(bǔ)體等作用下，使菌細(xì)胞壁發(fā)生缺陷；細(xì)菌呈多態(tài)性，革蘭染色陰性。H-O變異——細(xì)菌失去鞭毛第二十三頁，共八十五頁。

陳舊(chénjiù)培基物

鼠疫桿菌多形態(tài)性

第二十四頁，共八十五頁。變形桿菌（Proteus）

鞭毛變異(biànyì)，H--O變異照片提供：島田俊雄博士第二十五頁，共八十五頁。葡萄球菌(pútáoqiújūn)---L型菌落葡萄球菌(pútáoqiújūn)---回復(fù)后第二十六頁，共八十五頁。2、毒力變異毒力增強(qiáng)——無毒的白喉棒狀桿菌感染β棒狀桿菌噬菌體后成為(chéngwéi)有毒株。毒力減弱——有毒菌株變異為弱毒或無毒 如：卡介苗

BacillusofCalmette-Güerin，BCG

：是用于預(yù)防結(jié)核病的減毒活疫苗。第二十七頁，共八十五頁。3、耐藥性變異

細(xì)菌對某種抗生素或藥物由敏感變?yōu)椴幻舾屑礊榧?xì)菌的耐藥現(xiàn)象。耐藥菌：金葡菌95%耐青霉素多重耐藥菌：同時(shí)耐受多種抗生素抗生素依賴(yīlài)：志賀菌鏈霉素依賴(yīlài)株—預(yù)防第二十八頁，共八十五頁。4、菌落變異

光滑型（smooth，S）粗糙型（rough，R）

S-R

變異

S型菌株致病性強(qiáng)，一般(yībān)新分離的菌株為S型。菌落發(fā)生變異后，細(xì)菌的理化特性、抗原性、生化能力、毒力等也可發(fā)生改變。

第二十九頁，共八十五頁。肺炎(fèiyán)鏈球菌的S-R菌落變異第三十頁，共八十五頁。5、抗原性變異宋內(nèi)志賀菌的I相II相

抗原變異的同時(shí)，細(xì)菌(xìjūn)的致病性，免疫性也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。第三十一頁，共八十五頁。第三節(jié)細(xì)菌(xìjūn)變異的機(jī)制※非遺傳性變異是在其他客觀條件下發(fā)生的適應(yīng)環(huán)境的改變遺傳性變異涉及基因結(jié)構(gòu)的改變基因結(jié)構(gòu)的改變通過基因突變、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)與重組來實(shí)現(xiàn)。第三十二頁，共八十五頁。一、基因突變(jīyīntūbiàn)突變：一個(gè)核酸分子內(nèi)一個(gè)或者幾個(gè)核苷酸發(fā)生(fāshēng)可遺傳的穩(wěn)定改變。第三十三頁，共八十五頁。1、點(diǎn)突變（PointMutation）“小”變化(biànhuà)2、染色體畸變（ChromosomeAberration）“大”變化（一）突變的類型(lèixíng)和機(jī)制：插入(chārù)：缺失：機(jī)制置換轉(zhuǎn)換：嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶顛換：嘌呤→嘧啶，嘧啶→嘌呤移碼突變第三十四頁，共八十五頁。（二）基因突變(jīyīntūbiàn)的特點(diǎn) 1、自發(fā)性：幾率(jīlǜ)極低，約為10-6~10-9

可誘發(fā)性：利用理化因素誘導(dǎo)第三十五頁，共八十五頁。 2、隨機(jī)性和不對應(yīng)性：彷徨(pánɡhuánɡ)實(shí)驗(yàn)第三十六頁，共八十五頁。第三十七頁，共八十五頁。上述2個(gè)實(shí)驗(yàn)證明：突變是自發(fā)(zìfā)的和隨機(jī)的，在接觸抗菌藥物或者噬菌體之前，突變就已經(jīng)發(fā)生，噬菌體和抗菌藥物只是充當(dāng)了篩選的條件，而并非作為誘導(dǎo)的條件。第三十八頁，共八十五頁。 3、可逆性：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(xiānɡtónɡ)（基因型不一定相同(xiānɡtónɡ)）Ames實(shí)驗(yàn)：通過突變的可逆性篩選致癌物第三十九頁，共八十五頁。Ames實(shí)驗(yàn)(shíyàn)：第四十頁，共八十五頁。二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)與重組基因轉(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?；蛑亟M(zhònɡzǔ)(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)

第四十一頁，共八十五頁。一、轉(zhuǎn)化（transformation）：概念(gàiniàn)：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：①同源性②感受態(tài)第四十二頁，共八十五頁。第四十三頁，共八十五頁。二、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：概念：以溫和噬菌體為載體(zàitǐ)，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。方式：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第四十四頁，共八十五頁。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)前噬菌體脫離溶原性細(xì)菌增殖(zēngzhí)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)。結(jié)果：完全轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)第四十五頁，共八十五頁。第四十六頁，共八十五頁。百萬分之一幾率出現(xiàn)裝配(zhuāngpèi)錯(cuò)誤第四十七頁，共八十五頁。（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)）前噬菌體從宿主(sùzhǔ)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)移到受體菌的過程第四十八頁，共八十五頁。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倍第四十九頁，共八十五頁。三、接合(conjugation)：概念：細(xì)菌(xìjūn)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。第五十頁，共八十五頁。能通過接合轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為(chēnɡwéi)接合性質(zhì)粒，而不能通過性菌毛傳遞的質(zhì)粒稱為非接合性質(zhì)粒。常見的接合性質(zhì)粒：F質(zhì)粒、R質(zhì)粒第五十一頁，共八十五頁。1、F質(zhì)粒的接合帶有F質(zhì)粒的稱為(chēnɡwéi)F+菌，可以編碼性菌毛不帶F質(zhì)粒的稱為F-菌，不能編碼性菌毛（1）F+

＋F-

=F+

＋F+第五十二頁，共八十五頁。F質(zhì)粒整合(zhěnɡhé)到細(xì)菌的基因組上的細(xì)菌：高頻重組菌株（Highfrequencyrecombinant，Hfr）第五十三頁，共八十五頁。（2）Hfr＋F-=Hfr+F-(含部分(bùfen)供體菌基因)第五十四頁，共八十五頁。Hfr菌中的F質(zhì)粒有時(shí)會(huì)從染色體上脫離，脫離的質(zhì)粒因帶有相鄰的其他基因組DNA，稱為F’質(zhì)粒。帶F’質(zhì)粒的細(xì)菌也可同F(xiàn)-發(fā)生接合，其方式同F(xiàn)+菌株。（3）F’＋F-=F’＋F’(不但含有F質(zhì)粒，還含供體菌部分(bùfen)基因)第五十五頁，共八十五頁。2、R質(zhì)粒的接合(jiēhé)

接合型R質(zhì)粒（1）耐藥傳遞因子(yīnzǐ)RTF：編碼性菌毛（2）耐藥決定因子r-dir：耐藥非接合型R質(zhì)粒

只有r-dir，以轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)方式傳遞第五十六頁，共八十五頁。四、溶原性轉(zhuǎn)換：是宿主(sùzhǔ)菌染色體中整合了噬菌體的DNA片段而獲得新的遺傳性狀。討論(tǎolùn)：與轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別？第五十七頁，共八十五頁。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(chǔlǐ)，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過程。第五十八頁，共八十五頁。第四節(jié)細(xì)菌(xìjūn)遺傳變異在

醫(yī)學(xué)上的實(shí)際意義第五十九頁，共八十五頁。病原性診斷：

L型細(xì)菌、H→O變異(biànyì)、S→R變異特異性防治：卡介苗（BCG）及預(yù)防炭疽、鼠疫用疫苗。1、在疾病診斷和防治(fángzhì)中的應(yīng)用

2、在檢測(jiǎncè)致癌物質(zhì)中的應(yīng)用第六十頁，共八十五頁。3、在基因工程(jīyīngōngchéng)中的應(yīng)用生產(chǎn)(shēngchǎn)重組胰島素、重組干擾素、重組凝血因子、重組生長激素等。第六十一頁，共八十五頁。［小結(jié)(xiǎojié)］細(xì)菌遺傳物質(zhì)包括染色體及染色體以外的遺傳物質(zhì)如質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座因子、前噬菌體和整合子。細(xì)菌的變異現(xiàn)象包括：形態(tài)結(jié)構(gòu)變異，毒力變異，耐藥性變異，菌落變異及抗原性變異。細(xì)菌的變異機(jī)制主要有基因突變和基因的轉(zhuǎn)移及重組。突變具有自發(fā)性、可誘發(fā)性、隨機(jī)性、不對應(yīng)性、可逆性等特點(diǎn)?；虻霓D(zhuǎn)移及重組有轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合、溶源性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式。第六十二頁，共八十五頁。第六章細(xì)菌(xìjūn)的耐藥性

第六十三頁，共八十五頁。第一節(jié)抗菌藥物的種類及作用(zuòyòng)機(jī)制抗菌藥物：抗生素或化學(xué)合成藥物抗生素：是生物在其生命活動(dòng)中產(chǎn)生的，能在低微濃度下選擇性抑制或影響它種生物功能的有機(jī)物質(zhì)。醫(yī)用抗生素的要求(yāoqiú)差異毒力、生物活性強(qiáng)、選擇作用性：

第六十四頁，共八十五頁。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(fēnlèi)：β-內(nèi)酰胺類：青霉素、頭孢菌素等。[化學(xué)特征]具有一個(gè)β-內(nèi)酰胺環(huán)抗生素的分類(fēnlèi)第六十五頁，共八十五頁。

氨基糖苷類：鏈霉素、卡那霉素、巴龍霉素

[化學(xué)特征]由氨基糖與氨基環(huán)醇通過(tōngguò)氧橋連接而成的苷類抗生素抗生素的分類(fēnlèi)鏈霉素第六十六頁，共八十五頁。

大環(huán)內(nèi)酯類：紅霉素、螺旋霉素、吉他霉素、阿維菌素等。[化學(xué)特征]具有(jùyǒu)一個(gè)由不少于12個(gè)碳原子并由內(nèi)脂基團(tuán)環(huán)化的大環(huán)。紅霉素第六十七頁，共八十五頁。氯霉素：由委內(nèi)瑞拉鏈絲菌產(chǎn)生。屬抑菌性廣譜抗生素。敏感(mǐngǎn)菌有腸桿菌科細(xì)菌及炭疽桿菌、肺炎球菌、鏈球菌、李斯特氏菌等。衣原體、鉤端螺旋體、立克次體也對本品敏感。因?qū)υ煅到y(tǒng)有嚴(yán)重不良反應(yīng)，需慎重使用。第六十八頁，共八十五頁。喹諾酮類：人工化學(xué)合成的殺菌劑又稱酮酸類或吡啶酮酸類，主要(zhǔyào)作用于革蘭陰性菌的抗菌藥物，對革蘭陽性菌的作用較弱。多肽(duōtài)類抗生素：多粘菌素、萬古霉素、桿菌肽、博來霉素。第六十九頁，共八十五頁。二、抗菌藥物的主要(zhǔyào)作用機(jī)制抑制細(xì)胞壁合成(héchéng)影響細(xì)胞膜功能抑制核酸合成抑制蛋白質(zhì)合成第七十頁，共八十五頁。一、抑制(yìzhì)細(xì)胞壁合成的抗菌藥物有1）環(huán)絲氨酸：抑制N-乙酰胞壁酸形成2）β-內(nèi)酰胺類抗生素，如青霉素和頭孢菌素：抑制肽聚糖合成的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)，使鄰近(línjìn)的聚糖鏈不能交聯(lián)。3）萬古霉素和桿菌肽：影響肽聚糖合成第七十一頁，共八十五頁。二、影響細(xì)胞膜功能(gōngnéng)的抗菌藥物有：1）多粘菌素：“脂-水雙親”，解聚細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)(jiégòu)

2）兩性霉素B：結(jié)合真菌細(xì)胞膜麥角固醇3）短桿菌肽：形成孔道三、干擾(gānrǎo)蛋白質(zhì)合成的抗菌藥物有：1）影響氨酰-tRNA合成：莫匹羅星2）影響核糖體功能：氨基糖苷類、四環(huán)素類第七十二頁，共八十五頁。四、抑制核酸(hésuān)合成的抗生素有：1）博來霉素：斷裂DNA2）利福霉素：抑制轉(zhuǎn)錄延伸(yánshēn)3）多柔比星和柔紅霉素：拓?fù)洚悩?gòu)酶II抑制劑4）新生霉素：DNA回旋酶抑制劑第七十三頁，共八十五頁。第二節(jié)細(xì)菌(xìjūn)的耐藥性概念(gàiniàn)：細(xì)菌對某種抗菌藥物具有的抵抗性耐藥程度的衡量指標(biāo)：MIC第七十四頁，共八十五頁。一、耐藥性的分類(fēnlèi)固有耐藥：天然耐藥獲得性耐藥：接觸抗菌藥物后耐藥 結(jié)果(jiēguǒ)：消失、或成為固有耐藥多重耐藥性（multipledrugresistance,MDR）交叉耐藥性（crossdrugresistance）第七十五頁，共八十五頁。二、細(xì)菌(xìjūn)耐藥的遺傳物質(zhì)染色體：基因突變可產(chǎn)生耐藥但幾率低，單一耐藥為主質(zhì)粒：①R質(zhì)粒普遍存在②多重耐藥常見③耐藥性可傳遞④耐藥菌株可因R質(zhì)粒丟失(diūsī)而恢復(fù)成敏感菌株

轉(zhuǎn)座子：易造成多重耐藥

第七十六頁，共八十五頁。三、耐藥性的發(fā)生(fāshēng)機(jī)制耐藥性產(chǎn)生(chǎnshēng)的遺傳性機(jī)制（1）自發(fā)突變+藥物選擇：（2）耐藥性基因的傳遞：接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)座、整合子捕獲第七十七頁，共八十五頁。耐藥性產(chǎn)生的生物化學(xué)機(jī)制

（1）鈍化(dùnhuà)酶或滅活酶的產(chǎn)生

β-lactamase，氨基苷類鈍化酶，

第七十八頁，共八十五頁。

-內(nèi)酰胺酶：由細(xì)菌染色體或質(zhì)粒編碼(biānmǎ)對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥打開β-內(nèi)酰胺環(huán)而使該抗生素失去作用第七十九頁，共八十五頁。（2）藥