第04章 細菌的遺傳變異

病原生物學教研室DepartmentofpathogenicBiologyofGannanMedicalUniversity醫(yī)學微生物學MedicalMicrobiology張文平Tel-Mail:wenping498@163.com第四章細菌的遺傳變異概述細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理代謝、致病性和耐藥性等性狀都是由基因決定的。細菌的基因決定了同一種間的相似性及個體間的差異性。遺傳：子代與親代間生物學性狀的相似性。變異：子代與親代間以及子代與子代間生物學性狀的差異?；蛐停褐干锏倪z傳型，即控制性狀的基因組合類型。是生物體從它的親本獲得全部基因的總和。表型：在一定條件下，特定基因?qū)嶋H表現(xiàn)出來的各種性狀。概述基因型變異表型變異原因基因改變環(huán)境因素可逆性不可可遺傳性可不可變異細菌個別全部基因型和表型變異的比較概述細菌變異的現(xiàn)象1.形態(tài)結(jié)構(gòu)變異：L型菌；鞭毛、莢膜、芽胞變異等2.毒力變異：毒力減弱-疫苗制備；毒力增強-細菌戰(zhàn)3.耐藥性變異：臨床治療中嚴重問題4.菌落變異：從光滑型（S）粗糙型（R）5.抗原性變異：與細菌鑒定有關(guān)第一節(jié)細菌的遺傳物質(zhì)1.細菌染色體概念：一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈，按一定構(gòu)型反復回旋成松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，附著在橫隔中介體或細胞膜上。特征：相對較小，只有一個復制肇始位點不含組蛋白,無核膜包裹功能上密切相關(guān)的基因組成操縱子形式存在基因是連續(xù)的，結(jié)構(gòu)基因無內(nèi)含子較少重疊基因大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)大多情況下，結(jié)構(gòu)基因為單倍體1.細菌染色體功能：細菌的主要遺傳物質(zhì)；決定細菌的基因型；為細菌生命活動所必需。2.質(zhì)粒概念：細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，環(huán)狀閉合雙股DNA，位于細菌細胞質(zhì)內(nèi)，能自我復制、控制著細菌的某些生物學性狀。特征：可自我復制;編碼細菌某些重要的生物學性狀;非細菌生活所必需，可自行丟失與消除;轉(zhuǎn)移性:接合/轉(zhuǎn)化/傳導方式轉(zhuǎn)移;相容性與不相容性。2.質(zhì)粒種類：F質(zhì)粒（致育質(zhì)粒）：編碼性菌毛。有：雄性菌（F+）無：雌性菌（F-）R質(zhì)粒（耐藥性質(zhì)粒）：編碼耐藥性。接合性R質(zhì)粒：通過性菌毛轉(zhuǎn)移非接合性R質(zhì)粒：通過噬菌體轉(zhuǎn)移2.質(zhì)粒種類：Vi質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒）：編碼毒力因子。

如：K質(zhì)粒：編碼粘附結(jié)構(gòu)

ST或LT質(zhì)粒：編碼腸毒素Col質(zhì)粒（細菌素質(zhì)粒）：編碼細菌素。

如：大腸桿菌Col質(zhì)粒：編碼大腸菌素代謝質(zhì)粒：編碼代謝酶。3.轉(zhuǎn)座因子概念：細菌DNA內(nèi)一段核苷酸序列，能在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間自行轉(zhuǎn)移位置，是細菌菌體內(nèi)可移動的遺傳物質(zhì)意義：改變遺傳物質(zhì)的核苷酸序列影響插入點附近基因的表達（失活）直接插入一段新序列，造成基因的轉(zhuǎn)移和重組均能造成細菌性狀的變異

3.轉(zhuǎn)座因子分類：插入序列(IS)750~1550bp兩端重復序列，與插入有關(guān)中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因3.轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座子(Tn)750~1550bp兩端為IS中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因如：毒素基因、耐藥基因等常見的插入序列和轉(zhuǎn)座子ISbpTn耐藥或毒素基因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）4.整合子（integron，In）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：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5.轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當整合到細菌染色體上，能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W性狀。第三節(jié)基因轉(zhuǎn)移和重組概述基因轉(zhuǎn)移：外源性遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌細胞內(nèi)的過程。基因重組：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA發(fā)生整合。類型

基因來源

轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化

供菌

受菌攝入接合

供菌

通過性菌毛轉(zhuǎn)導

供菌

噬菌體媒介溶原性轉(zhuǎn)換

噬菌體

前噬菌體①概念：受體菌直接攝取供體菌裂解后游離的DNA片段而獲得新性狀。轉(zhuǎn)化因子：在轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化的DNA片段。分子量＜1×107,≯10-20個基因。②實驗依據(jù)：肺炎鏈球菌莢膜S型菌落R型菌落毒力ⅢS型菌＋＋＋ⅡR型菌－＋－1、轉(zhuǎn)化（transformation）小鼠體內(nèi)肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗

機制：感受態(tài)受體菌攝取同源DNA后發(fā)生重組+吸附攝入重組突變株DNA受體④影響轉(zhuǎn)化的因素：供、受菌的基因型轉(zhuǎn)化因子分子量小于1×107，不超過10~20個基因，才可能被受體菌攝取受體菌必須處于感受態(tài)時，才能攝取轉(zhuǎn)化因子環(huán)境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可維持DNA的穩(wěn)定性，促進轉(zhuǎn)化作用。①概念：通過性菌毛連接溝通，將遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒或染色體DNA)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的過程。

接合性質(zhì)粒：F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒、Vi質(zhì)粒

非接合性質(zhì)粒

②常見方式2、接合（conjugation）電鏡下的接合F＋菌F－菌F質(zhì)粒的接合性菌毛末端-受體接合橋形成F質(zhì)粒形成切口，一條DNA鏈進入受體菌內(nèi)F質(zhì)粒留在供體細胞的一條鏈進行復制并形成互補鏈F-菌F+菌F-菌F+菌F-菌F+菌F+菌F+菌F＋F＋F＋F-F+F_性菌毛F+F+F_高頻重組菌（highfrequencyrecombinant，Hfr菌）：整合后的細菌能高效地轉(zhuǎn)移染色體上的基因。

HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-F+菌HfrF質(zhì)粒F’菌F’質(zhì)粒雄性菌：（性菌毛）F’菌Hfr菌F+菌R質(zhì)粒的接合單獨存在不能發(fā)生質(zhì)粒接合性傳遞a）組成耐藥性傳遞因子（resistancetransferfactor，RTF）耐藥決定子（r決定子）存在方式：RTFrRTF+r

RTF:編碼性菌毛和轉(zhuǎn)移質(zhì)粒r決定子：編碼耐藥性b）功能ISRTFr決定子RTFr決定子ISTn9Tn4Tn5R質(zhì)粒結(jié)構(gòu)圖分子量較??；無編碼轉(zhuǎn)移體系所需要的基因，故不能單獨結(jié)合傳遞；但如果在同一宿主細胞因存在接合性質(zhì)粒（F或R質(zhì)粒），其可被誘動傳遞。非接合性質(zhì)粒：3、轉(zhuǎn)導（Transduction）1）概念：以溫和噬菌體為載體，將供菌體的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌體內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。2）類型局限性轉(zhuǎn)導/特異性轉(zhuǎn)導普通性轉(zhuǎn)導A.普遍性轉(zhuǎn)導:噬菌體轉(zhuǎn)導供體菌染色體上任何部位DNA片段，發(fā)生于裂解期。

完全轉(zhuǎn)導：供體菌DNA片段與受體菌染色