第二章-細(xì)菌的遺傳變異.ppt

1、第2章,細(xì)菌的遺傳與變異,BCG：牛型結(jié)核桿菌（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,基因型和表型變異的比較,基因型變異,表型變異,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,第一節(jié) 細(xì)菌的變異現(xiàn)象,形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異 抗原性變異 菌落變異 毒力變異 耐藥性變異,一、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異,L型變異 青霉素、溶菌酶 - 正常形態(tài)細(xì)菌 L型細(xì)菌 抗體或補(bǔ)體 (部分或完全失去胞壁) 芽孢變異 42-43 - 炭疽桿菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天

2、鞭毛變異（H-O變異） 0.1%石炭酸 - 變形桿菌 點(diǎn)狀生長、單個(gè)菌落 （O） 遷徙生長（H）,二、菌落變異,在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng) 光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 原因：失去LPS的特異多糖,三、毒力變異,增強(qiáng) 感染棒狀桿菌噬菌體白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 減弱 膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛分枝桿菌 卡介苗 13年(230代),四、耐藥性變異,細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物從敏感變成耐藥的變異 金黃色葡萄球菌 MRSA（耐甲氧西林金黃 色葡萄球菌） 有些細(xì)菌還同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性 含鏈霉素培養(yǎng)基痢疾志賀菌 痢疾志賀菌依鏈株 長期培養(yǎng) (SmD株),第二節(jié) 細(xì)菌的遺傳物質(zhì)

3、,細(xì)菌染色體：dsDNA，3.25106 bp 復(fù)制快：105 bp/min 無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因 單倍體：突變后更易表現(xiàn),質(zhì)粒（plasmid）：,復(fù)制能力 控制某些性狀 轉(zhuǎn)移能力 丟失或消除,功能：F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移；Vi質(zhì)粒毒力 R質(zhì)粒耐藥；Col質(zhì)粒細(xì)菌素,噬菌體是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒 個(gè)體微小，可以通過細(xì)菌濾器 無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由衣殼（蛋白質(zhì)）和核酸組成 只能在活的微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，是一種專性胞內(nèi)寄生的微生物 嚴(yán)格宿主特異性，分布極廣，有菌即有噬菌體,噬菌體（bacteriophage）：,1.形態(tài)與結(jié)構(gòu) 噬菌體有三種基本形態(tài)，即蝌蚪形、微球形和細(xì)桿形。

4、大多數(shù)噬菌體呈蝌蚪形。,結(jié)構(gòu)：由頭部和尾部組成； 化學(xué)組成：蛋白質(zhì)與核酸； 核酸類型：為DNA或RNA，大多數(shù)DNA噬菌體的DNA為線狀雙鏈； 噬菌體具有抗原性； 抵抗力：比一般細(xì)菌繁殖體強(qiáng)。,2.噬菌體可分為兩種類型 1.毒性噬菌體：能在宿主菌內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌。 2.溫和噬菌體或溶原性噬菌體：噬菌體基因組整合于宿主菌染色體中，不產(chǎn)生子代噬菌體，也不引起細(xì)菌裂解。,溶菌性周期,毒性噬菌體在宿主菌內(nèi)的增殖過程（復(fù)制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟釋放等3個(gè)階段。,溶原性周期,溫和噬菌體感染細(xì)菌后不增殖，其核酸整合到細(xì)菌染色體上，成為前噬菌體。并隨細(xì)菌復(fù)制

5、而復(fù)制，隨細(xì)菌的分裂而分配到子代細(xì)菌染色體中。,溶原性細(xì)菌：帶有前噬菌體的細(xì)菌。 溫和噬菌體可以自發(fā)或在有些因素的誘導(dǎo)下，整合的前噬菌體可以從染色體上脫離，進(jìn)入溶菌性周期。 溶原性：溫和噬菌體具有的這種產(chǎn)生成熟子代 噬菌體顆粒和裂解宿主菌的潛在能力。,溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌體只有一個(gè)溶菌性周期。,溶原性轉(zhuǎn)換 某些前噬菌體可導(dǎo)致細(xì)菌基因型和性狀發(fā)生改變。 例如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素的機(jī)理由于棒狀桿菌噬菌體DNA攜帶白喉毒素基因，其感染白喉棒狀桿菌后，使無毒的白喉棒狀桿菌獲得產(chǎn)生白喉毒素的能力。,轉(zhuǎn)座因子（transposable element）： 是一類不依賴于同源性

6、重組可以在細(xì)菌的基因組（染色體、質(zhì)粒、噬菌體）中從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置上的獨(dú)特DNA片段，也稱為跳躍基因（jumping genes）或移動(dòng)基因（movable genes）。 包括：插入序列（IS） 轉(zhuǎn)座子（transposon, Tn） Mu 噬菌體,IS (insertion sequence): 0.72.5 kb 兩端有反向重復(fù)序列，與插入有關(guān) 中心序列有轉(zhuǎn)位（座）酶基因，沒有其 他基因,Tn (transposon): 200025000 bp 兩端為IS 中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)的基因 如：毒素基因、耐藥基因等 是細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的重要原因,常見的插入序列和轉(zhuǎn)座子,IS bp Tn

7、 耐藥或毒素基因,IS1 768 Tn1、2、3 AP（氨芐青霉素）,IS2 1327 Tn5、6 Kan（卡那霉素）,IS3 1300 Tn10 Tet（四環(huán)素）,IS4 1426 Tn551 Em（紅霉素）,IS5 1195 Tn681 E. coli ET（腸毒素）,Mu 噬菌體： 是一類具有轉(zhuǎn)座作用的大腸埃希菌溫和噬菌體，可隨機(jī)插入宿主菌DNA中。 轉(zhuǎn)座機(jī)制 非復(fù)制型轉(zhuǎn)座 復(fù)制型轉(zhuǎn)座 接合型轉(zhuǎn)座,第三節(jié) 細(xì)菌基因表達(dá)的調(diào)節(jié),操縱子 細(xì)菌的許多相關(guān)基因串連排列在染色體的特定部位，其上游有啟動(dòng)子和操縱基因序列，共同構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。 在操縱子的上游有一個(gè)調(diào)節(jié)基因，其編碼產(chǎn)物能調(diào)節(jié)操縱子的活

8、動(dòng)。,抑制基因轉(zhuǎn)錄 1.阻遏蛋白 由調(diào)節(jié)基因編碼，與操縱基因區(qū)結(jié)合，可阻斷啟動(dòng)子與RNA聚合酶結(jié)合或結(jié)合后不能移動(dòng)，從而阻止起始基因轉(zhuǎn)錄；當(dāng)與誘導(dǎo)物結(jié)合時(shí)，使阻遏蛋白誘導(dǎo)物復(fù)合物脫離DNA鏈，去除阻遏蛋白的抑制作用。 2.輔阻遏物 酶反應(yīng)的終末產(chǎn)物或結(jié)構(gòu)相似的化合物，與阻遏蛋白結(jié)合形成一種活性阻遏物，抑制基因轉(zhuǎn)錄。,Go to,促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄 分解物基因激活蛋白（CAP）： 大腸埃希菌中的一類調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性的轉(zhuǎn)錄因子，與cAMP結(jié)合形成CAPcAMP復(fù)合物后，能與啟動(dòng)子區(qū)域的DNA序列結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，提高基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯。,基因突變是指DNA堿基對(duì)的置換、插入或缺失所致的基因

9、結(jié)構(gòu)變化，分為點(diǎn)突變和多點(diǎn)突變。 基因突變是生物變異的主要原因，也是生物進(jìn)化的主要因素。,第四節(jié) 細(xì)菌變異的機(jī)制,一、基因突變,基因突變規(guī)律： 自發(fā)突變與誘發(fā)突變 彷徨試驗(yàn) 突變率：自發(fā)10-910-6，誘發(fā)10-410-6 突變與選擇 影印試驗(yàn) 回復(fù)突變與抑制突變 野生型 突變型,突變型細(xì)菌的分離： 耐藥性突變體 藥敏試驗(yàn) 營養(yǎng)缺陷突變體 營養(yǎng)物質(zhì)篩選 條件型突變體 溫度敏感試驗(yàn),二、基因轉(zhuǎn)移與重組,轉(zhuǎn)移：供菌提供DNA；受菌接受DNA 重組：受菌獲得供菌DNA,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(dǎo) 供菌 噬菌體媒介,溶原性轉(zhuǎn)換 噬菌體 前噬菌體,轉(zhuǎn)化

10、（transformation） 受菌主動(dòng)攝取外源性DNA 供菌死亡時(shí)釋放或人工方法提取DNA,影響因素： 供受菌基因型：親緣關(guān)系越近，轉(zhuǎn)化率越高 感受態(tài)（competence）：生理活動(dòng)過程中攝取轉(zhuǎn)化因子的最佳時(shí)期 環(huán)境因素：Mg2、Ca2等可促進(jìn)轉(zhuǎn)化,接合（conjugation） 通過性菌毛將供菌DNA轉(zhuǎn)給受體菌，受體菌獲得供體菌性狀。,F質(zhì)粒（fertility factor, 致育因子）的接合,接觸：細(xì)胞質(zhì)溝通 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,Hfr（高頻重組菌株）：,F質(zhì)粒與染色體整合形成Hfr 具有高頻轉(zhuǎn)移自身染色體至F菌的功能 細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，F(xiàn)質(zhì)粒

11、低，很少使受菌成為F菌 受體菌獲得供體菌性狀 用于繪制基因圖 F質(zhì)粒：Hfr中的F質(zhì)粒可以從染色體上脫離下來，此時(shí)它會(huì)攜帶相鄰的染色體基因或DNA片段,Hfr轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體過程,R質(zhì)粒接合 耐藥傳遞因子（RTF）： 編碼性菌毛 r決定因子：決定耐藥 可攜帶多個(gè)耐藥 基因或轉(zhuǎn)座子,誘動(dòng)傳遞（mobilization） 非接合性質(zhì)粒（如ColE1質(zhì)粒）與接合性質(zhì) 粒同存于一個(gè)菌細(xì)胞內(nèi),轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction） 噬菌體媒介 將供菌DNA轉(zhuǎn)給受菌 分普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo),普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)generalized transduction,前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進(jìn)行增殖，在裂解期的后期，噬菌體

12、的DNA已大量復(fù)制，裝配時(shí)可能會(huì)發(fā)生裝配錯(cuò)誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。 被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。,供體菌,結(jié)果 完全轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo),局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restricted transduction,或稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)， 所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。 溶原期時(shí)，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上

13、個(gè)別的基因。,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別,溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion）：溶原性細(xì)菌因染色體上整合有前噬菌體而獲得新的性狀。,原生質(zhì)體融合（protoplast fusion）：將兩種不同細(xì)菌的原生質(zhì)體混合，滴加聚乙二醇促使原生質(zhì)體融合。,診斷困難 HO變異：如傷寒沙門菌鞭毛 SR變異：消失莢膜或多糖 抗原性改變 毒力下降，生化反應(yīng)改變 治療困難：耐藥 預(yù)防：BCG,第五節(jié) 細(xì)菌遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的實(shí)際意義,Ames試驗(yàn)檢測致癌物,以細(xì)菌為模型檢測可疑致癌物的常用方法 突變菌在誘變劑的作用下，可能發(fā)生回復(fù)突變而恢復(fù)其原有性狀 鼠傷寒沙門菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型為試驗(yàn)菌,基因工程,載體：質(zhì)粒，噬菌體 工程菌和酶：限制性內(nèi)切酶，連接酶 選