《噬菌体遗传变异》PPT课件.ppt

新乡医学院微生物学教研室 何群力 2010,噬 菌 体,细菌的遗传与变异,目 的 要 求,掌握：噬菌体的概念;毒性与温和噬菌体的作用；细菌遗传变异的机理。,熟悉：噬菌体的生物学性状及与宿主的相互关系；细菌遗传的物质基础。,了解：噬菌体的应用;遗传变异的基本概念，细菌变异的类型， 细菌变异的实际意义。,噬 菌 体,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,bacteriophage,是一类具有严格寄生性和高度特异性的寄生于细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物中的病毒。,噬菌体（bacteriophage, phage）,噬菌体的生物学性状,噬菌体的大小与形态,噬菌体的结构,噬菌体的化学组成,噬菌体的抗原性,噬菌体的抵抗力,噬菌体的分类,噬菌体与其他微生物大小的比较,葡萄球菌（1 m）,支原体、立克次体、衣原体（0.3 0.6 m）,口蹄疫病毒（20nm）,痘病毒（300nm）,卵蛋白分子（10nm）,噬菌体（6595nm）,个体微小，以nm为测量单位，需用电子显微镜观察,噬 菌 体 的 形 态,微球形,蝌蚪形,丝形,尾鞘,尾丝,核酸 （线状双股DNA),有尾型噬菌体结构,尾刺,头部,尾部,尾领,尾髓,尾板,噬 菌 体 的 化 学 组 成,核 酸,蛋白质,DNA 或 RNA,核酸中可有某些特殊的碱基 羟甲基胞嘧啶代替胞嘧啶 羟甲基尿嘧啶或尿嘧啶代替胸腺嘧啶,头部衣壳 尾部结构,天然标记,噬 菌 体 的 分 类,根据噬菌体的核酸组成,DNA噬菌体 RNA噬菌体,根据噬菌体与宿主的关系,毒性噬菌体（virulent phage) 温和噬菌体（temperate phage） 溶原性噬菌体（lysogenic phage）,毒 性 噬 菌 体 （virulent phage),能在宿主菌细胞内，利用宿主菌的酶、能量进行复制增殖，产生子代噬菌体并使宿主菌破裂的噬菌体为毒性噬菌体。,毒 性 噬 菌 体 的 复 制 增 殖,1、吸 附 是噬菌体与细菌表面相应受体特异性结合的过程,2、穿 入,有尾噬菌体将头部的DNA注入宿主菌内,无尾噬菌体经脱壳进入宿主菌内，类似于动物病毒的穿入过程,3、生物合成,利用宿主菌的酶、能量复制 核酸及合成蛋白质,4、 成熟与释 放,程序组装,菌细胞裂解，噬菌体释放,毒 性 噬 菌 体 的 复 制 增 殖,1、吸附,2、穿入,3、生物合成,4、成熟与释放,噬菌体在固体培养基中与细菌共同培养后形成的噬斑,噬菌现象,均匀浑浊,澄清,温和噬菌体（temperate phage）,概 念,复制繁殖周期,溶原性噬菌体（lysogenic phage）,温 和 噬 菌 体,那些既可感染宿主菌后，将其基因整合到宿主菌基因组并随宿主基因的复制而复制，当宿主菌分裂时，噬菌体的基因亦随之分配到两个子代宿主菌基因组中；又可裂解其感染的宿主菌的噬菌体称之。,溶菌性周期和溶原性周期,前噬菌体-整合在细菌染色体上的噬菌体基因组,溶原性细菌-带有前噬菌体基因组的细菌,温 和 噬 菌 体 的 复 制 繁 殖,1、吸附,2、穿入,3、前噬菌体形成,4、溶原性周期,5、一定条件下，前噬菌体脱离细菌染色体,6、溶菌性周期,溶原性细菌,诱导,前噬菌体,溶菌性周期,溶原性周期,噬菌体的应用,细菌的鉴定,分子生物学研究的重要工具,细菌感染的诊断与治疗,细菌的遗传与变异,变异（variation） 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异称为变异,遗传（heredity） 遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。,基本概念,非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传,遗传性变异（基因型变异） 细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。,细菌的变异现象,形态变异,结构变异,菌落变异,毒力变异,耐药性变异,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁),正常霍乱弧菌,霍乱弧菌L型,形态结构变异,毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 13年(230代),耐药性变异,细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。 有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基 痢疾杆菌 依链株(耐药菌株) 长期培养,菌落变异,在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 S 或在有免疫力的人体内 R,菌落（S型）,细菌遗传的物质基础,细菌染色体 染色体外的遗传物质 质粒 转位因子,单一的环状双螺旋的DNA长链反复卷曲的超螺旋结构。没有组蛋白，但有核蛋白。,DNA双向复制,不同细菌染色体的G+C mol %不同，可作为细菌分类的依据。,细 菌 染 色 体,质 粒,可自主复制,可自行或经人工处理而消失,特 性,具有相容性和不相容性,转移性,与细菌繁殖代谢无关，但赋予 宿主菌特定的生物学特性,分 类,F 质粒：编码性菌毛,Vi 质粒：编码细菌毒力,col质粒：编码大肠菌素,R 质粒：编码抗药性,大质粒（为染色体的110）,小质粒（约为染色体的0.5）,代谢质粒：编码相关的代谢酶,转 位 因 子,能从宿主基因组的一个位置转移到另一个位置的独立的DNA片段。又称为转座子或转座因子,特点,插入序列（insertion sequences, IS) 转座子（transposon, Tn) 转座噬菌体或前噬菌体（prophage）,可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同 部位之间自行转移。 转位基因必须依附染色体和质粒复制,分 类,概念,是最小的的转座因子，与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。,插入序列 IS,两端为重复序列,带有编码转位的基因又带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属基因、毒素基因、其他结构基因等）。可能与细菌的多重耐药有关。,转座子 Tn,复合转座子,简单转座子,一些具有转座功能的溶原性噬菌体。,转座噬菌体或前噬菌体,细 菌 变 异 的 机 制,表型变异（非遗传性变异）,基因型变异（遗传性变异）,突变（mutation)与损伤后修复,转移与重组,转 化 (transformation) 接 合(conjugation) 转 导(transduction) 溶源性转换(lysogenic conversion) 原生质体融合(protoplast fusion),突 变 （mutation),概念,基因突变（点突变） 染色体畸变（大突变）：转位因子的转位,随机发生与选择 自发突变 理化致突变剂诱导突变 回复突变,是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性改变。,类型,规 律,基 因 突 变,转 化 transformation,直接摄取供体菌游离的DNA片断并重组使其获得新的性状的过程。,概念,A,B,C,D,1、只有少数菌属可发生转化。 2、受菌处于感受态 3、供菌DNA必须与受菌DNA同源性 4、供菌DNA只有单股与受菌染色体发生整合,故只有一个子代细菌带供菌的DNA。,特点,转化试验,细菌通过性菌毛的接触沟通将 DNA从供菌转移 到受菌中。,概念：,方式：,F质粒接合,Hfr菌接合,R质粒接合,接 合 conjugation,A,B,C,D,F 质 粒 接 合,通过性菌毛的接触沟通将接合性质粒从供菌转移到受菌。,Hfr 菌 接 合,A,B,C,D,E,1、染色体上整合有F质粒DNA的细菌为Hfr菌。,2、Hfr类似于F质粒，可合成性菌毛。,3、可转移供菌的染色体DNA。被整合的F质粒起引导转移作用。,R 质粒接合,R 质粒包括： 耐药传递因子（RTF）：性菌毛 耐药决定因子（r factor）,A,C,D,B,转 导 transduction,概 念： 以温和噬菌体为媒介， 将供菌的DNA转移到 受菌中的过程。,普遍性转导 局限性转导,普遍性转导-通过进入裂解期的温和噬菌体为媒介，将供体菌染色体上任何一个或数个基因装入噬菌体蛋白质外壳中，转导给受体菌的过程,局限性转导-进入溶原期的温和噬菌体，以前噬菌体形式整合在细菌染色体的某一位置，当其自发或经诱导中止溶原状态，前噬菌体脱离细菌染色体时，脱离的硷基位置发生错误，携带出与它紧密连锁的细菌的DNA片断，使受体菌获得供体菌的某种遗传性状的过程。,1,2,溶原性转换 lysogenic conversion