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文档简介
1、第第1111章章 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异 遗传遗传(heredityheredity) 遗传使细菌的性状保持相对遗传使细菌的性状保持相对稳定稳定,且代,且代 代相传,使其种属得以保存。代相传,使其种属得以保存。 变异变异(variationvariation) 在一定条件下,子代和亲代之间以及子在一定条件下,子代和亲代之间以及子 代和子代之间的代和子代之间的差异差异称为变异称为变异。 细菌的遗传:细菌的遗传:指亲代细菌与子代细菌的相似性,指亲代细菌与子代细菌的相似性, 它使细菌的性状保持相对稳定,是各种细菌存在它使细菌的性状保持相对稳定,是各种细菌存在 的根据。的根据。 细菌的变
2、异:细菌的变异:指亲代与子代以及子代细菌之间的指亲代与子代以及子代细菌之间的 不相似性,细菌得以发展进化。不相似性,细菌得以发展进化。 第一节微生物遗传的物质基础第一节微生物遗传的物质基础 一、微生物的遗传物质一、微生物的遗传物质 (一)病毒的遗传物质(一)病毒的遗传物质 (二)原核生物的遗传物质(二)原核生物的遗传物质 (三)真核生物的遗传物质(三)真核生物的遗传物质 二、质粒和转座因子二、质粒和转座因子 1 1、质粒、质粒 医学上重要的质粒:医学上重要的质粒: F F质粒(致育质粒)质粒(致育质粒) 与性生殖功能有关带有与性生殖功能有关带有, ,能长出性菌毛能长出性菌毛; ;无无F F质粒
3、的质粒的 为雌性菌为雌性菌, ,无性菌毛无性菌毛 耐药性质粒耐药性质粒 编码对抗生素和重金属盐类的耐药性编码对抗生素和重金属盐类的耐药性, ,包括接合包括接合 性性(R)(R)耐药性质粒和非接合性耐药性质粒耐药性质粒和非接合性耐药性质粒 毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒质粒 编码与致病性有关的致病因子编码与致病性有关的致病因子, ,如大肠埃希菌质粒如大肠埃希菌质粒 编码的耐热性肠毒素编码的耐热性肠毒素(ST)(ST)和不耐热性肠毒素和不耐热性肠毒素(LT) (LT) 细菌素质粒细菌素质粒 编码各种细菌素编码各种细菌素, ,如大肠埃希菌如大肠埃希菌ColCol质粒编码的大质粒编码的大 肠菌素肠菌
4、素 代谢质粒代谢质粒 编码产生各种相关的代谢酶编码产生各种相关的代谢酶, ,如沙门菌发酵乳糖的如沙门菌发酵乳糖的 能力是质粒编码能力是质粒编码 2 2、转座因子、转座因子 (一)原核生物的转座因子(一)原核生物的转座因子 1.1.插入序列插入序列 2.2.转座子转座子 3.3.转座噬菌体转座噬菌体 (二)转座机制及遗传学效应(二)转座机制及遗传学效应 1.1.转座机制转座机制 (1 1)保守性转座)保守性转座 (2 2)复制性转座)复制性转座 2.2.遗传学效应遗传学效应 (1 1)插入突变)插入突变 (2 2)插入位置出现新基因)插入位置出现新基因 (3 3)造成受体)造成受体DNADNA分
5、子插入位置上靶序列的重复分子插入位置上靶序列的重复 (4 4)促使发生染色体畸变)促使发生染色体畸变 (5 5)回复突变)回复突变 第二节第二节 噬菌体噬菌体(phage)(phage) 噬菌体噬菌体:是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等:是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等 微生物的病毒微生物的病毒。 噬菌体具有噬菌体具有病毒的一些特性病毒的一些特性: 个体个体微小微小,可以通过滤菌器;,可以通过滤菌器; 没有完整的细胞结构,主要由蛋白质构成的没有完整的细胞结构,主要由蛋白质构成的衣衣 壳壳和包含于其中的和包含于其中的核酸核酸组成;组成; 只能在活的微生物细胞内复制增值,是一种专只能在活的微生物
6、细胞内复制增值,是一种专 性性细胞内寄生细胞内寄生的微生物。的微生物。 第一节第一节 噬菌体的生物学性状噬菌体的生物学性状 1.1.形态与结构形态与结构 噬菌体很小,在光镜下看不见,需噬菌体很小,在光镜下看不见,需用电镜用电镜观察。观察。 电镜下有三种形态:电镜下有三种形态:蝌蚪形蝌蚪形、微球形微球形和和丝形丝形。 蝌蚪形噬菌体结构模式图蝌蚪形噬菌体结构模式图 2. 2. 化学组成化学组成: 噬菌体主要由噬菌体主要由核酸和蛋白核酸和蛋白 质质组成。组成。 核酸为噬菌体的遗传物质核酸为噬菌体的遗传物质, 为为DNADNA或或RNARNA,并由此将噬菌体,并由此将噬菌体 分成分成DNADNA噬菌体
7、和噬菌体和RNARNA噬菌体噬菌体。 蛋白质构成噬菌体头部蛋白质构成噬菌体头部 的衣壳及尾部,起着的衣壳及尾部,起着保护核保护核 酸酸的作用,并决定噬菌体外的作用,并决定噬菌体外 形和形和表面特征表面特征。 3. 3. 抗原性抗原性 噬菌体噬菌体具有抗原性具有抗原性,能刺激机体产生特异性,能刺激机体产生特异性 抗体。抗体。 4. 4. 抵抗力抵抗力: 噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗 力力比一般细菌的繁殖体强比一般细菌的繁殖体强,7530min7530min灭活。噬菌灭活。噬菌 体体能耐受低温和冰冻能耐受低温和冰冻,但,但对紫外线和对紫外线和X X射
8、线敏感射线敏感。 二、二、 噬菌体与宿主菌细胞的关系噬菌体与宿主菌细胞的关系 n毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)(virulent phage):能在宿主细胞内:能在宿主细胞内 复制增殖,产生许多子代噬菌体,并最终复制增殖,产生许多子代噬菌体,并最终裂解裂解细细 菌。菌。 n温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)(temperate phage):噬菌体基因与:噬菌体基因与 宿主染色体宿主染色体整合整合,不产生子代噬菌体,但噬菌体,不产生子代噬菌体,但噬菌体 DNADNA能随细菌能随细菌DNADNA复制,并随细菌的分裂而传代。复制,并随细菌的分裂而传代。 又
9、称又称溶原性噬菌体溶原性噬菌体 1.1.毒性噬菌体的增殖与溶菌毒性噬菌体的增殖与溶菌 毒性噬菌体毒性噬菌体在敏感菌内以在敏感菌内以复制方式复制方式进行进行增增 殖殖,增殖过程包括:吸附、穿入、生物合,增殖过程包括:吸附、穿入、生物合 成、成熟和释放。成、成熟和释放。 (1 1)吸附吸附:是噬菌体与细菌表面受体:是噬菌体与细菌表面受体特特 异性结合异性结合的过程,特异性取决于噬菌体蛋的过程,特异性取决于噬菌体蛋 白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。 吸附吸附 吸附是噬菌体与菌体表面吸附是噬菌体与菌体表面 受体发生受体发生特异性结合特异性结合的过的过 程,其特异
10、性取决于噬菌程,其特异性取决于噬菌 体蛋白与宿主菌表面受体体蛋白与宿主菌表面受体 分子结构的互补性。分子结构的互补性。 (2 2)穿入穿入: 有尾噬菌体有尾噬菌体吸附宿主后,借助尾部末端含有的一种类吸附宿主后,借助尾部末端含有的一种类 似似溶菌酶溶菌酶的物质,在细菌细胞壁上溶一小孔,然后通过的物质,在细菌细胞壁上溶一小孔,然后通过 尾鞘的收缩,将头部尾鞘的收缩,将头部DNADNA注入注入细菌体内,而蛋白衣壳留细菌体内,而蛋白衣壳留 在菌细胞外。在菌细胞外。 n无尾噬菌体无尾噬菌体 与与丝形噬菌体丝形噬菌体 可以可以脱壳脱壳的方的方 式进入细菌细式进入细菌细 胞内。胞内。 (3 3)生物合成生物
11、合成: : 转录形成转录形成mRNAmRNA,转移成噬菌体所,转移成噬菌体所 需的酶、调节蛋白和结构蛋白。需的酶、调节蛋白和结构蛋白。 n以噬菌体核酸为模板以噬菌体核酸为模板,通过核酸多聚酶催化作用,通过核酸多聚酶催化作用, 大量大量复制子代噬菌体的基因核酸复制子代噬菌体的基因核酸。 (4 4)成熟与释放成熟与释放: :蛋白质和核酸合成后,在细胞质蛋白质和核酸合成后,在细胞质 内按一定程序装配成成熟的噬菌体。内按一定程序装配成成熟的噬菌体。 当子代达一定数目后,菌细胞突然当子代达一定数目后,菌细胞突然裂解裂解,释放出的,释放出的 噬菌体又能感染新的敏感细菌。但有些噬菌体又能感染新的敏感细菌。但
12、有些丝形噬菌体丝形噬菌体 以以出芽方式出芽方式逐个释放。逐个释放。 2.2.温和噬菌体的溶原周期温和噬菌体的溶原周期 温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合,并随温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合,并随 细菌分裂传至子代细菌的基因组中,不引起细菌裂解。细菌分裂传至子代细菌的基因组中,不引起细菌裂解。 整合整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体前噬菌体 (prophage)(prophage),带有前噬菌体基因组的细菌称为,带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性溶原性 细菌细菌(lysogenic bacterium).(lysogenic bacteriu
13、m). 前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素 的诱导下的诱导下脱离脱离宿主菌基因组而进入宿主菌基因组而进入溶菌周期溶菌周期,产生,产生 成熟噬菌体,导致细菌裂解。温和噬菌体既具成熟噬菌体,导致细菌裂解。温和噬菌体既具溶原溶原 周期周期,也有溶菌周期,也有溶菌周期 温和噬菌体可有三种存在状态:温和噬菌体可有三种存在状态: A.A.游离的游离的具有感染性的噬菌体颗具有感染性的噬菌体颗 B.B.宿主菌胞质内宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌类似质粒形式的噬菌 体核酸体核酸; C.C.前噬菌体前噬菌体。 溶原性细菌具有抵抗同种或近缘噬菌体重溶原性细菌具有抵抗
14、同种或近缘噬菌体重 复感染的能力,称复感染的能力,称噬菌体免疫状态噬菌体免疫状态。 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发 生改变,这称为生改变,这称为溶原性转换溶原性转换 三、噬菌体的分离与测定三、噬菌体的分离与测定 1.1.噬菌体的分离噬菌体的分离 在液体培养基中,噬菌现象可使在液体培养基中,噬菌现象可使浑浊菌液变得澄浑浊菌液变得澄 清清。 在固体培养基上,噬菌体和宿主菌液混合后接种在固体培养基上,噬菌体和宿主菌液混合后接种 培养,培养基表面可有透亮的培养,培养基表面可有透亮的溶菌空斑溶菌空斑出现。出现。 一个空斑系由一个噬菌体一个空斑系由一个噬菌体 复制
15、增殖并裂解细菌后形复制增殖并裂解细菌后形 成,称为成,称为噬斑噬斑(plaque),(plaque),不不 同噬菌体噬斑的形态与大同噬菌体噬斑的形态与大 小不尽相同。小不尽相同。 噬斑噬斑 噬斑噬斑 荧光假单胞菌荧光假单胞菌 2.2.噬菌体的滴定噬菌体的滴定 效价效价( (滴度滴度Title)-Title)-是微生物或其产物、抗原是微生物或其产物、抗原 与抗体等活性与抗体等活性 高低的标志。高低的标志。 噬菌体效价噬菌体效价-指噬菌体的浓度,即每毫升样指噬菌体的浓度,即每毫升样 品含噬菌体的个数。通常是在含敏感菌的品含噬菌体的个数。通常是在含敏感菌的平板平板上形上形 成噬菌斑进行噬菌体的计数,
16、以每毫升中含有的成噬菌斑进行噬菌体的计数,以每毫升中含有的噬噬 菌斑形成单位菌斑形成单位(plaque forming unit/mlplaque forming unit/ml或或pfupfu/ml)/ml) 表示其效价。表示其效价。 若将噬菌体按一定倍数稀释,通过噬斑计数,可测若将噬菌体按一定倍数稀释,通过噬斑计数,可测 定一定体积内的定一定体积内的噬斑形成单位噬斑形成单位( (pfupfu) )数目,即噬菌体数目,即噬菌体 的数目。的数目。 四、四、 噬菌体的应用噬菌体的应用 细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌的关系具有高度噬菌体与宿主菌的关系具有高度 特异性,即一种噬菌体
17、只能裂解一种和它相应的细菌,特异性,即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌, 故可用于未知细菌的鉴定和分型。故可用于未知细菌的鉴定和分型。 耐药细菌感染的治疗耐药细菌感染的治疗 分子生物学研究的重要工具分子生物学研究的重要工具 噬菌体基因数量少,结噬菌体基因数量少,结 构比细菌和高等细胞简单得多,且易获得大量的突变体。构比细菌和高等细胞简单得多,且易获得大量的突变体。 分子生物学研究的重要工具分子生物学研究的重要工具. . 遗传工程遗传工程 噬菌体展示技术噬菌体展示技术 其他其他工业的发酵中严防噬菌体污染,选育抗噬菌体菌工业的发酵中严防噬菌体污染,选育抗噬菌体菌 株株 Example of a successful phage therapy treatment. Lytic phages specifically kill pathogenic bact
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