细菌学复习资料：细菌的遗传与变异

1、第二章 细菌的遗传与变异第一节 细菌的变异现象形态结构变异 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 R原因：失去LPS的特异多糖毒力变异 增强： 感染棒状杆菌噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱： 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗BCG 13年(230代) 耐药性变异 细菌对某种抗菌药物从敏感变成耐药的变异有些细菌还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 含链霉素培养基痢疾志贺菌 痢疾志贺菌依链株(SmD株) 长期培养 第二节 细菌的遗传物质细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质（质粒、噬菌体、转座因子）1.细菌染色体：环状双螺旋

2、DNA，3.25106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现2.质粒（plasmid）：闭合环状双链DNA分子自主复制能力控制某些性状转移能力非必须可自行丢失或消除 功能分类：致育性质粒（F质粒）编码性菌毛，介导细菌之间接合传递可接合传递的耐药性质粒（接合性耐药质粒R质粒）编码细菌耐药性毒力质粒（Vi质粒）编码与细菌致病性有关的毒力因子【Col质粒编码大肠菌素】3.噬菌体（bacteriophage/phage） 噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，具体抗原性 个体微小，可以通过细菌滤器，三种形态：蝌蚪形、微球形和细杆形

3、无细胞结构，主要由蛋白质（衣壳）和核酸（大多数为DNA，且仅有一种）组成 只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物 严格宿主特异性，分布极广，有菌即有噬菌体 1.毒性（virulent）噬菌体：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，建立溶菌性周期2.温和（temperate）噬菌体或溶原性噬菌体：噬菌体基因组整合于宿主菌染色体 中，成为前噬菌体（prophage）。细菌变成溶原性细菌（lysogenic b）。不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解。温和噬菌体可以自发或在有些因素的诱导下，整合的前噬菌体可以从染色体上脱离，进入溶菌性周期。溶菌性周期：毒性噬菌体

4、在宿主菌内的增殖过程，包括吸附穿入、生物合成、成熟 释放等3个阶段。溶原性周期：温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，成为前噬菌体。并随细菌复制而复制，随细菌的分裂而分配到子代细菌染色体中。溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌。溶原性：温和噬菌体具有的这种产生成熟子代噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。溶原性转换：某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。4.转座因子（transposable element）：是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组

5、的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。是一类不依赖于同源性重组可以在细菌的基因组（染色体、质粒、噬菌体）中从一个位置转移到另一个位置上的独特DNA片段，也称为跳跃基因（jumping genes）或移动基因（movable genes）。包括：插入序列（IS）、转座子（transposon， Tn）、Mu 噬菌体。IS (insertion sequence): 0.72.5 kb，两端有反向重复序列+中央序列（编码转座酶），没有其他基因Tn (transposon): 200025000 bp，两端为IS插入序列+中央序列（编码其他功能的基因，如：毒素基因、耐药基因等，是细菌产生耐药性

6、resistance的重要原因）Mu 噬菌体： 是一类具有转座作用的大肠埃希菌温和噬菌体，可随机插入宿主菌DNA中。转座（transposition）机制l 非复制型转座l 复制型转座（共联体的形成和解离）l 接合型转座（Tn形成共价闭合环状中介物）第三节 细菌变异的机制1基因突变 基因突变是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构变化，分为点突变和多点突变。 基因突变是生物变异的主要原因，也是生物进化的主要因素。2基因转移（genetic transfer）与基因重组（genetic recombination）转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌DNA，受体菌获得供

7、体菌的某些性状细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。2.1转化（transformation）：供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。受菌主动摄取外源性DNA，供菌死亡时释放或人工方法提取DNA。影响因素：供受菌基因型：亲缘关系越近，转化率越高；感受态（competence）：生理活动过程中摄取转化因子【转化因子（transforming principle）：在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于107，最多不超过1020个基因。】的最佳时期；环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化2.2接合（conjugat

8、ion）：通过性菌毛将供菌DNA（主要是质粒DNA）转给受体菌，受体菌获得供体菌性状。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等2.2.1 F质粒（fertility factor, 致育因子、性因子）的接合接触：细胞质沟通转移：F质粒进入F菌，1分钟完成复制：F菌转为F菌l Hfr（高频重组菌株）：F质粒与染色体整合形成Hfr具有高频转移自身染色体至F菌的功能细菌染色体转移频率高，F质粒低，很少使受菌成为F菌受体菌获得供体菌性状用于绘制基因图F质粒：Hfr中的F质粒可以从染色体上脱离下来，此时它会携带相邻的染色体基因或DNA片段2.2.2 接

9、合性耐药质粒R质粒/R100（耐药传递因子+ r决定因子）的接合与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。耐药性传递因子（RTF）：编码性菌毛，使R100以接合方式传递 耐药(r)决定子：决定耐药，可携带多个耐药基因或转座子 2.2.3诱动传递（mobilization）：非接合性质粒（如ColE1质粒）与接合性质粒同存于一个菌细胞内2.3转导（transduction）：以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。 2.3.1普遍性转导（generalized transduction） 前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，

10、噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。 被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，染色体或者质粒。转导片段比转化的更大，频率更高。完全转导和流产转导。金黄色葡萄球菌中耐药性传递的主要方式，耐药性转导现象只发生在同种菌内。2.3.2局限性转导（restricted transduction）或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体

11、上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。2.3.4溶原性转换（lysogenic conversion）：溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的性状。当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状。 2.3.5原生质体融合（protoplast fusion）：将两种不同细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。第四节 细菌遗传变异的实际意义1.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用1.1诊断：形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变

12、异，使得诊断复杂化1.2治疗：耐药菌株日益增多，预防耐药性药敏实验早期足量要有一定疗程,联合用药不要滥用1.3预防：减毒菌株和无毒株可制备成疫苗2.在测定致癌物质中的应用Ames试验检测致癌物l 以细菌为模型检测可疑致癌物的常用方法l 突变菌在诱变剂的作用下，可能发生回复突变而恢复其原有性状l 鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型为试验菌伤寒沙门菌（his-）（his+）3.在流行病学中的应用分子生物学分析方法已被用于流行病学调查 质粒指纹图（PFP） 对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性4.在基因工程中的应用基因工程l 载体：质粒，噬菌体l 工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶l 选择目的基因，细菌中表达

13、，如胰岛素、白介素、干扰素等l 基因工程疫苗F质粒编码性菌毛，细菌间通过性菌毛以接合方式传递F质粒，R质粒等。R质粒编码性菌毛和耐药性，细菌间通过性菌毛以接合方式传递耐药基因。Conversion：转换Transposition：转座Transmission：传递，传播Transformation：转化Transduction：转导Transference：传递、转移Translocation：转位根据对病原菌的作用靶位，将抗生素的作用机制分为四类 1.抑制细菌细胞壁合成（b-内酰胺类）竞争转肽酶，阻断肽聚糖的合成 b-内酰胺抗生素可与细胞膜上的青霉素结合蛋白（penicillin-binding protein, PBP）共价结合。该蛋白质是青霉素作用的主要靶位，当