《医学微生物学》课件PPT-第4章-细菌的遗传与变异

1、医学微生物学(Medical Microbiology)细菌的遗传与变异Heredity and Variation of Bacteria第四章细菌变异的类型1. 遗传变异（genetic variation） 只发生在少数个体 遗传物质结构发生改变 可稳定传给子代，产生变种或新种 有利于物种的进化2. 表型变异（phenotypic variation） 外界因素所致，常波及同一环境中的大多数个体 遗传物质的结构未改变 变化为可逆，表型变异不能遗传细菌变异现象 形态结构的变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异 细菌L型：细胞壁发生缺陷 H-O 变异：细菌失去鞭毛形态结构的变异 含青霉素培养基

2、普通培养基右图：炭疽芽孢杆菌青霉素串珠实验毒力变异毒力增强 白喉棒状杆菌（产毒株） 毒力减弱 卡介苗：Bacillus of Calmette- Gerin，BCG 1908年卡介二氏用有毒的牛结核分枝杆菌在含胆汁、甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传代所获得的一株毒力减弱但保留免疫原性的变异株；是用于预防结核病的减毒活疫苗。目录第一节 细菌基因组第二节 细菌基因突变第三节 基因的转移与重组第四节 细菌遗传变异在医学上的实际意义细菌基因组bacterial genome第一节细菌基因组细菌染色体染色体外物质质粒噬菌体一、细菌基因组的主要组成1. 细菌染色体（bacterial chr

3、omosome）dsDNA，大部分为环状。单倍体，无组蛋白，无内含子大多数基因为单拷贝，而rRNA基因则为多拷贝耐药岛、代谢岛、毒力岛。致病岛致病菌基因组上编码与细菌毒力或致病性相关因子（如黏附因子）的外源DNA片段（1200kb）。致病岛的两侧往往含有重复序列或插入序列，其GC含量和密码子使用偏向性与细菌染色体明显不同。2. 质粒（plasmid） 双股闭合环状DNA分子 自主复制，可丢失和转移，与细菌生命无关质粒编码的基因产物赋予细菌某些性状，如耐药性、毒性、致育性等 质粒细菌基因组接合性与非接合性质粒：前者可以通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移严紧型和松弛型质粒：前者的复制与细菌基因

4、组同步不相容性与相容性质粒：前者相关的质粒不能共存于同一细菌中根据质粒编码的生物学性状分类质粒的特征与分类 F质粒fertility factor 性菌毛有关 R质粒resistance plasmid与耐药性有关 Col质粒Col plasmid编码大肠菌素 Vi质粒virulence plasmid与细菌毒力有关代谢质粒metabolic plasmid与代谢相关的酶类二、细菌基因组中主要的特殊结构 插入序列 insertion sequence，IS 转座子 transposon，Tn 整合子 integron，In转座元件（1）插入序列 （ insertion sequence，IS）

5、转座酶基因AATTCGTACGAATTIS 的命名： IS1，IS2ISn反向重复序列反向重复序列7502000 bp两端重复序列，与插入有关中心序列有转位酶基因（2）转座子 (transposon, Tn) 200025000 bp两端为IS，中心序列有与转位无关基因, 如：毒素基因、耐药基因等（3）整合子（integron） 定位于细菌染色体、质粒或转座子上 基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒 整合子含有3个功能元件：特异性重组位点、整合酶基因、启动子通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播attlattC基因盒1基因盒2细菌基因突变Bacteri

6、al Gene Mutation第二节基因突变（一）突变的发生是随机，不定向的 在细菌群体中仅少数细菌发生突变（二）彷徨试验证明 随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用彷徨实验细菌基因的转移和重组Gene Transfer and Recombination第三节细菌基因的转移和重组 转化 transformation 接合 conjugation 转导 transduction1. 转化 transformation 供体菌的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的遗传性状。肺炎双球菌转化实验333322221111小鼠死亡小鼠存活小鼠存活小鼠

7、死亡有荚膜肺炎双球菌无荚膜肺炎双球菌灭活的有荚膜肺炎双球菌灭活的有荚膜肺炎双球菌+无荚膜肺炎双球菌S 型菌落S 型菌落R 型菌落无菌落Griffiths Experiment，1928Averys Experiment， 1944细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质从供体菌转移给受体菌。转移的遗传物质主要是质粒，亦可以是供体菌的部分染色体DNA分子。 2. 接合 conjugation细菌染色体性菌毛F 质粒F 质粒转移并复制F+ 菌F+ 菌F+ 菌F- 菌1F+ 菌F 质粒与染色体在特意位点重组F 质粒插入染色体整合的 F 质粒Hfr 2HfrHfr Hfr 染色体片段与 F- 菌染色体重

8、组染色体复制并转移F- 菌重组的F- 菌3R质粒(resistance plasmid) R质粒由耐药传递因子（RTF）和耐药（r）决定子两部分组成； RTF可介导类似F质粒的接合过程；r决定子能编码对抗菌药物的耐药性。R质粒的接合耐药决定因子gene 1 gene 2 gene 3gene NTnTnTnTn耐药传递因子绿色: 耐药菌红色: 不耐药菌（二）局限性转导（restricted transduction）温和噬菌体在溶原周期将DNA整合于供体菌染色体的特定部位，当其从染色体上脱离时发生偏差分离，带走相邻的细菌染色体基因，并将其转移到给受体菌。其转导的是整合邻近部位供体菌的个别特定基

9、因，故称为局限性转导。 3. 转导（transduction）以噬菌体为载体，将供体菌的DNA片段转入受体菌，使其获得新的性状。（一）普遍性转导（general transduction）毒性噬菌体，温和噬菌体 包装错误(任意DNA片段，细菌)转导噬菌体受体菌接受供体菌DNA，获得其性状（二）局限性转导（restricted transduction）温和噬菌体在溶原周期将DNA整合于供体菌染色体的特定部位，当其从染色体上脱离时发生偏差分离，带走相邻的细菌染色体基因，并将其转移到给受体菌。其转导的是整合邻近部位供体菌的个别特定基因，故称为局限性转导。 （三）溶原性转换（lysogenic conversion）温和噬菌体DNA与受体菌染色体整合，受体菌获得噬菌体的某些生物学性状。不产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌-噬菌体-外毒素基因基因转移和重组的方式类 型基 因 来 源转 移 方 式转化供体菌游离DNA 直接摄入接合供体菌染色体或质粒性菌毛转导 普遍性转导供体菌任意DNA片段或质粒噬菌体 局限性转导前噬菌体整合位点两侧DNA 溶源性转换噬菌体细菌遗传变异在医学上的实际意义Medical Sig