[医学]微生物学 第5章 遗传与变异ppt课件

1、第五章 遗传与变异 细菌的各种生物性细菌的各种生物性状相对稳定地传给后状相对稳定地传给后代，并坚持其种属原代，并坚持其种属原有性状且代代相传，有性状且代代相传，使其种属得以保管。使其种属得以保管。 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的生物学性状差别。基因型变异和表型变异基因型：生物性状的遗传组成基因型：生物性状的遗传组成表型：基因型的详细表现，可察看或检测到的表型：基因型的详细表现，可察看或检测到的个体性状或特征。个体性状或特征。基因型变异：可遗传变异基因型变异：可遗传变异由于由于DNA发生改动而导致微生物某些性状的改发生改动而导致微生物某些性状的改动。这类变异仅涉及极少数个体，不

2、可逆，动。这类变异仅涉及极少数个体，不可逆，能相对稳定地遗传。能相对稳定地遗传。表型变异：非遗传型变异表型变异：非遗传型变异是在是在DNA没有改动的情况下发生的微生物某些没有改动的情况下发生的微生物某些性状的改动。这类变异往往涉及生物群体，性状的改动。这类变异往往涉及生物群体，是可逆的，一旦条件复原，变异亦消逝。是可逆的，一旦条件复原，变异亦消逝。第二节第二节 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异一、细菌的变异景象一、细菌的变异景象 L型细菌变异形状变异型细菌变异形状变异 H-O变异鞭毛变异、变形杆菌变异鞭毛变异、变形杆菌 芽胞变异炭疽芽胞变异炭疽b 荚膜变异肺炎球菌荚膜变异肺炎球菌抗原性变异抗原

3、性变异菌落变异：菌落变异：S-R变异变异毒力的变异：加强、减弱白喉、毒力的变异：加强、减弱白喉、BCG 耐药性变异：金黄色葡萄球菌、结核杆菌等耐药性变异：金黄色葡萄球菌、结核杆菌等形状构造的变异形状构造的变异形状变异 3-6%食盐鼠疫杆菌 多形状性(衰残型) 琼脂培基 L型变异型变异药物、抗体或补体等药物、抗体或补体等正常霍乱弧菌正常霍乱弧菌霍乱弧菌霍乱弧菌L L型型 毒力变异 胆汁、甘油、马铃薯培育基胆汁、甘油、马铃薯培育基牛型结核杆菌牛型结核杆菌 卡介苗卡介苗 13年年(230代代) 棒状杆菌噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素基因二、与细菌遗传变异相关的物质 细菌染色体细菌染色体染色体以外

4、的遗传物质染色体以外的遗传物质质粒质粒转座子转座子噬菌体噬菌体一细菌的染色体环状双螺旋环状双螺旋DNA长链，不含组蛋白长链，不含组蛋白, 无核膜无核膜包围。包围。构造延续构造延续, 几乎无几乎无 内含子，大多为单拷贝。内含子，大多为单拷贝。种内和种间存在广泛的遗传物质的交换。种内和种间存在广泛的遗传物质的交换。细菌致病岛细菌致病岛pathogenicity island)与与毒力相关的大片段外源毒力相关的大片段外源DNA。 双向复制双向复制二质粒胞浆内染色体外的遗传物质，是环状闭合的双股DNA。质粒DNA的特征具有自我复制的才干具有自我复制的才干质粒质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌所编码的

5、基因产物能赋予细菌某些性状特征某些性状特征质粒可自行丧失与消除，并非是细菌生质粒可自行丧失与消除，并非是细菌生命活动不可短少命活动不可短少质粒的转移性质粒的转移性质粒的相容性与不相容性质粒的相容性与不相容性根据控制的生物学性状分为 F质粒质粒 R质粒质粒 Vi质粒质粒 细菌素质粒细菌素质粒 代谢质粒代谢质粒 Ti质粒质粒F质粒 (Fertility plasmid) 致育因子，分子量致育因子，分子量62 x106Da，94.5kb，编码性菌毛。编码性菌毛。 F+菌株：携带菌株：携带F质粒的菌株相当于雄质粒的菌株相当于雄性性 F-菌株：无菌株：无F质粒的菌株相当于雌性质粒的菌株相当于雌性 在接协

6、作用中起重要作用在接协作用中起重要作用 P78主要有抗药性和抗重金属两大类主要有抗药性和抗重金属两大类耐药性质粒：含耐药基因，经过接合广泛传耐药性质粒：含耐药基因，经过接合广泛传播播有两部分组成：有两部分组成： RTF和和r决议因子决议因子Resistance transfer factor ：功能与：功能与F质质粒类似，编码性菌毛的产生和经过接合的转粒类似，编码性菌毛的产生和经过接合的转移移r-determinant：含抗生素的抗性基因。：含抗生素的抗性基因。两部分可单独存在，也可结合成复合物，复两部分可单独存在，也可结合成复合物，复合物的稳定性因合物的稳定性因R质粒和菌种而异。质粒和菌种而

7、异。P129R质粒(Resistance plasmid)毒力质粒又又Vi质粒质粒virulence plasmid编码细菌毒素编码细菌毒素ETEC肠产毒性大肠杆菌肠产毒性大肠杆菌不耐热毒素：不耐热毒素： LTlabile toxin)耐热毒素：耐热毒素： ST (stable toxin如如Col质粒质粒Colicinogenic plasmid) 编码编码大肠菌素大肠菌素colicin)大肠菌素是一种由大肠杆菌的某些菌株所分大肠菌素是一种由大肠杆菌的某些菌株所分泌的细菌素，具有经过抑制复制、转录、转泌的细菌素，具有经过抑制复制、转录、转移或能量代谢等而专注地杀死其他肠道细菌移或能量代谢等而

8、专注地杀死其他肠道细菌的功能，其分子量约的功能，其分子量约4 x104D8 x104D。G+细菌产生的细菌素通常由质粒基因编码细菌产生的细菌素通常由质粒基因编码细菌素质粒代谢质粒 携带有能降解某些基质的酶的基因，能利用普通细菌所难以分解的携带有能降解某些基质的酶的基因，能利用普通细菌所难以分解的物质作碳源。物质作碳源。Ti质粒Tumor inducing plasmid 诱癌质粒，长200kb，是一大型质粒，当前已成为植物遗传工程研讨中的重要载体。质粒分类 能否经过细菌的能否经过细菌的接协作用传送接协作用传送复制能否与细复制能否与细菌染色体同步菌染色体同步 按基因数按基因数接合性质粒接合性质粒

9、非接合性质粒非接合性质粒严密型严密型 松弛型松弛型小质粒小质粒20-30个基因个基因大质粒含几百个基因大质粒含几百个基因概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒和螺旋体等微生物的病毒 。特特 点点l个体微小，可经过滤菌器。个体微小，可经过滤菌器。l构造简单，无完好构造。构造简单，无完好构造。l具有严厉宿主特异性，只能寄具有严厉宿主特异性，只能寄居在相应的易感活菌体内。居在相应的易感活菌体内。 三噬菌体化学组成 蛋白质：构成头部衣壳及尾部，蛋白质：构成头部衣壳及尾部， 有维护作用并决议噬菌体的外形、有维护作用并决议噬菌体的外形、外表特点。外表

10、特点。核酸：是其遗传物质，为核酸：是其遗传物质，为DNA或或RNA，常见的噬菌体的基因，常见的噬菌体的基因组为组为2-200kb。多数多数DNA的的DNA为线状双股有尾，少数的为环状单股为线状双股有尾，少数的为环状单股多数多数RNA-的的RNA为线状单股，少数线状双股且分节段为线状单股，少数线状双股且分节段 噬菌体根本形状复合对称构造复合对称构造蝌蚪形蝌蚪形复合对称构造复合对称构造微球形微球形廿面体对称廿面体对称细杆形细杆形螺旋对称构造螺旋对称构造 各种噬菌体的形状 大肠埃希菌大肠埃希菌T2噬菌体噬菌体蝌蚪形噬菌体蝌蚪形噬菌体构造方式图构造方式图 毒性噬菌体毒性噬菌体 凡能在宿主菌细胞内复制增

11、殖，产生许多子代噬凡能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，最终裂解细菌的噬菌体称毒性噬菌体。菌体，最终裂解细菌的噬菌体称毒性噬菌体。 温暖噬菌体温暖噬菌体 又溶原性噬菌体又溶原性噬菌体 噬菌体核酸与宿主菌染色体整合，不产生子代噬噬菌体核酸与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体菌体，但噬菌体DNA能随细菌能随细菌DNA复制，并随细复制，并随细菌的分裂而传代。菌的分裂而传代。 溶菌周期：又称噬菌体的复制周期，是指从噬菌体吸附开场至细菌溶解释放子代噬菌体。增殖过程：增殖过程： 吸附吸附 穿入穿入 生物合成生物合成 成熟与释放成熟与释放吸附侵入penetraction核酸注入细胞的过程

12、核酸注入细胞的过程3. 3. 生物合成生物合成装配：分期、分批进展 释放:1裂解：多以裂裂解：多以裂解细胞的方式释放。解细胞的方式释放。2分泌：噬菌分泌：噬菌体穿出细胞，细体穿出细胞，细胞并不裂解。胞并不裂解。噬菌体的裂解过程噬菌斑温暖噬菌体 相关概念：相关概念：前噬菌体前噬菌体溶原性细菌溶原性细菌溶原形状溶原形状溶原性转换溶原性转换前噬菌体定义：整合于细菌染色体上的噬菌体定义：整合于细菌染色体上的噬菌体基因基因在前噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑在前噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常繁衍，噬菌体制，宿主细胞正常繁衍，噬菌体基因组与宿主基因组同步复制，基因组与宿主基因组同步复制，并随宿主

13、细胞分裂传送到子代细并随宿主细胞分裂传送到子代细胞。胞。溶原性细菌 带有前噬菌体基因组的细菌。带有前噬菌体基因组的细菌。 可进展正常生长繁衍，而不被裂可进展正常生长繁衍，而不被裂解。解。 溶原性景象溶原形状 噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，不进展复制增殖，没有成熟噬菌体产生的景象。A. 是一种比裂解反响更有利于继续和传播的生存方式;B. 在大多数情况下，溶原性细菌内温暖噬菌体gene组整合于宿主细菌染色体中;C. 噬菌体基因组随宿主复制而复制。溶原性转换 是指当噬菌体感染细菌时，宿主菌染是指当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成片段，使其成为溶

14、原形状时而致细菌获得新的性状。为溶原形状时而致细菌获得新的性状。 前噬菌体的诱导与脱离前噬菌体的诱导与脱离 一定条件紫外线、一定条件紫外线、X线、线、致癌剂、突变剂等诱发下中止溶原形状致癌剂、突变剂等诱发下中止溶原形状进入溶菌周期，发生噬菌体的增殖，宿主进入溶菌周期，发生噬菌体的增殖，宿主菌细胞裂解，发生率为菌细胞裂解，发生率为10-210-5。溶原性周期、溶菌性周期温暖噬菌体的周期：溶原性周期、溶菌性周期 温暖噬菌体的周期可有溶原性周温暖噬菌体的周期可有溶原性周期和溶菌性周期期和溶菌性周期毒性噬毒性噬箘箘体只需一个溶菌性周期体只需一个溶菌性周期四转座子转位因子transposon, Tn种种

15、 类类 插入序列插入序列IS 转座子或复合转座子转座子或复合转座子Tn 插入序列 是最小的转座子，不携带任何知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，能够是原细胞正常代谢的调理开关之一。 分布于细菌的染色体、质粒及某些噬菌体DNA上大小2kbpinsertion sequence, IS 转座子 除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他构造基因等。因此当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因此使细菌获得耐药性。转座子能够与细菌的多重耐药性有关。大小2kbp以上transposon, Tn转座

16、子的特征 转座子转座子转座子携带耐药或毒素基因转座子携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4AP、SM（链霉素）、（链霉素）、Su（磺胺）（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tc（四环素）（四环素）Tn551Em（红霉素）（红霉素）Tn971EmTn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）转座子的遗传学效应插入突变插入突变染色体畸变染色体畸变基因的转移和重排基因的转移和重排三、细菌变异的机制表型变异：环境要素的影响表型变异：环境要素的影

17、响基因型变异：基因型变异：DNA发生改动发生改动一基因的突变和损伤后修复 DNA损伤与修复损伤与修复突变突变大突变大突变小突变小突变基因突变规律基因突变规律突变率突变率突变与选择影印培育实验突变与选择影印培育实验回复突变回复突变自然突变率自然突变率诱导突变率诱导突变率二基因的转移与重组二基因的转移与重组 外源性的遗传物质由外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌供体菌转入某受体菌细胞的过程细胞的过程转移的基因在胞质中转移的基因在胞质中能自行复制与表达，能自行复制与表达，或与受体菌或与受体菌DNA整整合在一同合在一同 转化转化 接合接合 转导转导 溶原性转换溶原性转换 原生质体交融原生质体交融 凡把

18、两个不同性状个凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一体内的遗传基因转移在一同重新组合，构成新遗传同重新组合，构成新遗传型个体的方式，称基因重型个体的方式，称基因重组。组。1. 转化transformation转化因子：分子量小于转化因子：分子量小于1107， 最多不最多不 超越超越10-20个基因个基因受体菌必需处于感受态受体菌必需处于感受态转化实验普通出如今细菌对数生长期的后期，细普通出如今细菌对数生长期的后期，细胞膜不稳定，外表具有吸附胞膜不稳定，外表具有吸附DNA的受的受体的形状，仅维持数分钟至体的形状，仅维持数分钟至3-4h。转化因子吸附在受转化因子吸附在受体菌外表受体上体菌外表受体

19、上供体菌双链供体菌双链DNA受体菌外表的核酸受体菌外表的核酸内切酶内切酶解链解链与受体菌与受体菌DNA重组重组原型菌原型菌突变株突变株一条链降解一条链降解一条链进入受体菌一条链进入受体菌繁衍繁衍转化全过程转化全过程受体菌受体菌转位因子转位因子吸附吸附摄入摄入重组重组分裂分裂突变株突变株 细菌经过性菌毛相互衔接沟通，将细菌经过性菌毛相互衔接沟通，将遗传物质主要是质粒遗传物质主要是质粒DNA从供从供体菌转移给受体菌。体菌转移给受体菌。2. 接合conjugation接合性质粒接合性质粒非接合性质粒非接合性质粒F质粒质粒R质粒质粒F质粒的接合 F+FDonorRecipientF+F-F+F-F+F

20、+F+F+供体菌供体菌受体菌受体菌FF特点DNA以滚环复制的方式复制以滚环复制的方式复制杂交后可获得两个杂交后可获得两个F菌菌转移转移F质粒的频率可达质粒的频率可达70%F+F+Hfr 有小部分进入受体细菌的有小部分进入受体细菌的F质粒可整合到质粒可整合到受体菌染色体上，与染色体一同复制，由于受体菌染色体上，与染色体一同复制，由于整合后的细菌能以高效率转移染色体上的基整合后的细菌能以高效率转移染色体上的基因，故称高频重组菌因，故称高频重组菌 Hfr。 HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-HfrFl主要转移供体菌的主要转移供体菌的DNAl转移转移F质粒的频率几乎为质粒的频率几乎为0l大多数杂

21、交后仍只需一个大多数杂交后仍只需一个Fl据此原理可画出细菌基因图据此原理可画出细菌基因图 Hfr 中的中的F质粒可从染色体上质粒可从染色体上脱离下来，终止脱离下来，终止Hfr形状，从染色形状，从染色体上脱离的体上脱离的F质粒有时可带有染质粒有时可带有染色体上几个临近的基因，这种质色体上几个临近的基因，这种质粒称粒称F质粒，带有质粒，带有F质粒的细菌质粒的细菌为为F菌。菌。 经过经过F/F/因子的转移而使供体菌的部分基因转入因子的转移而使供体菌的部分基因转入受体菌，改动受体菌的性状。受体菌，改动受体菌的性状。FFFFFF-FF-FFR质粒与耐药性质粒与耐药性有关，尤其与多有关，尤其与多重耐药性有

22、关。重耐药性有关。 分别到抗多种分别到抗多种药物的宋内志贺药物的宋内志贺菌多重耐药株，菌多重耐药株，很难用基因突变很难用基因突变解释解释安康人中大肠埃希菌安康人中大肠埃希菌3050%有有R质粒，质粒，而致病性大肠埃希菌而致病性大肠埃希菌90%有有R质粒质粒RTFR determinant 与与F质粒类似，编码性菌质粒类似，编码性菌毛的产生和经过接合转移。毛的产生和经过接合转移。 能编码对抗菌药物的能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子耐药性，可由几个转座子衔接相邻陈列。衔接相邻陈列。R质粒决议耐药的机制 使细菌产生灭活抗生素的酶类。使细菌产生灭活抗生素的酶类。 R质粒控制细菌改动药物作用的靶部位。质粒控制细菌改动药物作用的靶部位。 R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性。质粒可控制细菌细胞对药物的通透性。非接合性质粒分子量较小，无编码转移体系所需求的基非接合