医学微生物学：3 遗传与变异 细菌耐药

1、2022/8/111/68第二章 细菌的遗传与变异教学要求：掌握：1.细菌变异的机制； 2.温和噬菌体的特性、与宿主的关系熟悉：细菌的变异现象、遗传变异的物质基础、噬菌体的生物学特性、毒性噬菌体的复制周期2022/8/112/68 第一节 细菌的变异现象 (一)形态结构变异： 多形态性变异 细菌L型变异 特殊结构变异(H-O变异等)(二)毒力变异：增强(白喉棒状杆菌) 减弱(卡介苗)(三)耐药性变异：对某种抗菌药物耐药 多重耐药性变异 药物依赖性变异(SD株)(四)菌落变异：S-R变异2022/8/113/68形态结构变异 3-6%食盐鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培基2022/8/114

2、/68 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2022/8/115/68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)2022/8/116/68第二节 细菌的遗传物质 遗传物质DNA(基因)：染色体质粒染色体外遗传物质噬菌体转座子2022/8/117/68一、染色体(chromosome):1. 多为一条染色体 2. 环状双螺旋结构，按一定构型反复回旋而成松散结构3. 除rRNA基因外，绝大多数基因为单拷贝，很少有重复序列4. 具有连续的基因结构，无内含子，转录后形成的

3、RNA分子不需加工剪切，边转录边翻译成多肽2022/8/118/685. 双向复制2022/8/119/68二、染色体外的遗传物质(一)质粒(plasmid)： 1.概念：是细菌染色体外的环状闭合的DNA小体,可自我复制，也可自行丢失或经人工处理消除，控制细菌某些特定的遗传性状。2022/8/1110/682.分类： 1).按传递方式分类： 接合性质粒：带有与接合传递有关的基因(tra基因等),分子量较大,40-100kb, 如F质粒,R质粒 非接合性质粒：分子量较小，多在15kb以下，通过共存的接合质粒诱动或转导传递2022/8/1111/682). 按拷贝数分类：紧密型质粒(stringe

4、nt P) ：大质粒，拷贝数1-2个，一般为40-100kb，与染色体复制同步。 松驰型质粒(relaxed P) ：小质粒,拷贝数多(20-60个)，一般为15kb以下，可随时复制，与染色体复制无关。3). 按相容性分类：不相容性：结构相似、密切相关的质粒不能稳定地共存于同一个宿主内的现象 2022/8/1112/684). 按生物学性状分类：(1)致育质粒（F质粒, fertility plasmid) 编码性菌毛，介导细菌间的接合传递(2)耐药性质粒（resistance plasmid) R质粒：通过细菌间的接合进行传递， G-菌多见 r质粒：通过噬菌体在细菌间转导进行传递，G+菌多见

5、(3)毒力质粒（Vi质粒, virulence plasmid) 编码与细菌致病性有关的毒力因子2022/8/1113/68(二) 噬菌体 (bacteriophage，phage)是感染细菌、真菌等微生物的病毒。1.形态结构: 微小, 以nm计量, 需电镜观察 形态：蝌蚪形(大多)，微球形，丝形。 结构：头、尾 化学组成: 核酸(DNA或RNA)和蛋白质。 抗原性：特异性抗体仅阻止噬菌体的吸附穿入。 抵抗力：比细菌繁殖体稍强2022/8/1114/682022/8/1115/68大肠埃希菌T2噬菌体2022/8/1116/682.噬菌体与细菌的相互关系： 1) 毒性噬菌体；2) 温和噬菌体

6、毒性噬菌体(virulent phage) 概念：能在宿主菌细胞内复制增殖，最终裂解细菌并释放子代噬菌体。复制周期(溶菌周期)：从噬菌体吸附穿入细菌体内，到细菌溶解释放出子代噬菌体的过程分四个阶段： (1)吸附； (2)穿入； (3)生物合成；(4)成熟释放2022/8/1117/68毒性噬菌体2022/8/1118/682022/8/1119/68normal bacteriophage bacteriophage after contraction of sheath 2022/8/1120/682022/8/1121/68 温和噬菌体(temperate phage)概念：在宿主菌细胞内

7、发生基因组整合，并随细菌分裂繁殖而复制传代, 称温和噬菌体。前噬菌体：整合在细菌基因组中的噬菌体基因组。溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌。 在一定条件下，亦可进入溶菌周期。 温和噬菌体有两种周期： 1.溶源性周期 2.溶菌性周期溶原和溶菌可交替出现。2022/8/1122/68prophage: 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组溶原性细菌2022/8/1123/68Induction2022/8/1124/682022/8/1125/682022/8/1126/683. 功能：1. 使溶原性细菌的表型发生改变：溶原性转换 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 2. 传递宿主菌的基因：转导2

8、022/8/1127/68(三)转座因子(transposable element)1. 概念：是一类可以在细菌的基因组(染色体、质粒、噬菌体)DNA分子中移动的独特DNA片段.2. 类型：(1) 插入序列(insertion sequence IS)：长度不超过2Kb，末端都有一段反向重复序列(IR)，只有插入功能,不带其他遗传信息。(2)转座子(transposon Tn)：结构较复杂，长度超过2Kb。Tn两端的IR具有插入功能,中心序列带有遗传信息，如耐药性基因、毒力基因及其他结构基因等。IS ISResistance Gene(s) IS ISVirulence Gene(s)Tran

9、sposaseABCDEFGGFEDCBA2022/8/1128/68分二类： 复合转座子(composite Tn) 复合转座子(complex Tn)(3) Mu噬菌体：具有转位作用的温和噬菌体3. 转座机制： 保留型转座 复制型转座 接合型转座（P44，图2-6）2022/8/1129/68转座子的特征转座子携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP（氨苄青霉素）Tn4AP、SM(链霉素)、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四环素）Tn551Em（红霉素）Tn971EmTn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）20

10、22/8/1130/68第三节 细菌变异的机制基因转移与重组突变2022/8/1131/68一、 突变突变(mutation)：细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致遗传性变异。野生型(wild type)某种细菌在自然环境下大多数所具有的表型菌株，称为野生型菌株。突变型(mutant)相对的某一性状的野生型基因发生突变，由于DNA分子结构上的突变才表现出性状发生改变。2022/8/1132/68突变的类型 点突变：小突变或基因突变，一个碱基对的置换、 插入或缺失引起，常指碱基置换。 多点突变: 大突变或染色体突变, 两个碱基对以上的变化, 涉及广泛的染色体重排, 发生易位、重复或缺失等

11、。2022/8/1133/68 碱基置换：. 转换(transition): 不同嘌呤之间或不同嘧啶之间的替代; .颠换(transversion):嘌呤与嘧啶之间的相互交换。 移码：当DNA序列中由于碱基的插入或缺失 而导致 DNA序列移位。2022/8/1134/68二、基因转移与重组： 遗传物质由供体菌转入到受体菌并发生整合, 使受体菌获得新的性状特征。2022/8/1135/68基因转移和重组的方式1. 转化(treansformation)：受体菌直接摄取供体菌游离的DNA获得新的遗传性状的过程称为转化。2022/8/1136/68感受态2022/8/1137/682. 接合(con

12、jugation)：细菌通过性菌毛 沟通，将遗传物质(质粒)从供体菌转移给受体菌。其类型有：(1) F质粒的接合：质粒传递；质粒整合高频重组菌株(Hfr)2022/8/1138/68接合F+F-F+F+2022/8/1139/682022/8/1140/68HfrF+r2022/8/1141/68(2) R质粒的接合：R质粒的组成：耐药传递因子(RTF)：功能与F质粒相似，可编码性菌毛，并通过接合转移。耐药决定子(r决定子)：编码对抗菌药物的耐药性。(2) 诱动传递：2022/8/1142/683.转导(transduction)：以温和噬菌体为载体，将供体菌的DNA片段转移到受体菌内，使受体

13、菌获得新的遗传性状。两种类型：(1)普遍性转导：转导供体菌染色体上的任何部分(裂解期复制、装配误差)。(2)局限性转导：转导供体菌染色体上的特定基因(DNA分离偏差)。2022/8/1143/682022/8/1144/682022/8/1145/682022/8/1146/684. 溶原性转换（lysogenic conversion)：指噬菌体基因整合于细菌染色体上，使细菌处于溶原状态并获得新性状。 -棒状噬菌体白喉毒素基因；链球菌-红疹毒素；5.原生质体融合(protoplast fusion)：两种细菌失去细菌壁成为原生质体后相互融合，可获得多种不同表型的重组融合体 。2022/8/1

14、147/68 第四节 细菌遗传变异在医学上的应用 一在疾病诊断和防治中的应用：(一)病原学诊断 1. 细菌感染：16S rRNA 基因V1V2V3V4V5V6V7V8V9V101550bpP11P23S1 23S rRNA16S rRNAInter spacer region(3-7 tRNA)XB516S-23S rRNA 区间基因2022/8/1148/68 2.真菌感染：18S rRNA28S rRNA5.8S rRNAITS1 regionITS2 regionITS1ITS3ITS418S-5.8S-28S rRNA 区间基因 3.检测方法：(1) PCRCE-RFLP(2) PCR

15、DNA sequence2022/8/1149/682022/8/1150/682022/8/1151/682022/8/1152/68(二) 特异性防治 (1) 毒力岛的检测 (2) 耐药菌的检测 (3) 筛选变异菌株，制备理想的菌苗。 二.在测定致癌物质中的应用 三.在流行病学中的应用 四. 在分子生物学方面的应用 五. 在基因工程中的应用2022/8/1153/68第三章 细菌的耐药性教学要求：掌握：细菌耐药性的概念及耐药机制2022/8/1154/68抗菌药物(antibacterial agents)：具有 杀菌和抑菌活性、供全身应用的各种抗生素和化学合成药物。耐药性(antibio

16、tic resistance) ：细菌对某些抗生素由敏感到耐受的改变。2022/8/1155/68药物敏感试验（药敏） 指测定抗菌药物在体外对某种细菌有无抑制作用的方法。 1药敏测定方法(1)稀释法(试管稀释法、微量稀释法、琼脂稀释法) (2)扩散法（纸片法）2022/8/1156/682药敏结果的判断(1) 稀释法药敏结果的判断 最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration MIC)：以抑制细菌生长为标准。 最低杀菌浓度(minimal bactericidal concentration MBC)：以杀灭细菌为标准,应使活菌总数减少99.9%以上。2022

17、/8/1157/68(2) 扩散法(纸片法)药敏结果的判断 敏感：指被检菌株引起的感染，可用该药 常用剂量治疗。中介：被检菌株抑菌环的直径介于敏感与 耐药之间，用药要慎重。耐药：该药的常用剂量不能抑制被检菌株, 临床治疗无效。2022/8/1158/682022/8/1159/68第一节 抗菌药物的种类及其作用机制一、抗菌药物的种类(一) b-内酰胺类(b-lactams) ：均含 b-内酰胺环，有青霉素类、头孢菌素类等。 (二) 大环内酯类(macrolides)：红霉素类等(三) 氨基糖苷：有链霉素、庆大霉素等。(四) 四环素类：(五) 氯霉素类：(六) 化学合成的抗菌药物：磺胺类、喹诺酮

18、类2022/8/1160/68二、抗菌药物的作用机制 干扰细菌胞壁的合成： b-内酰胺类药 影响细胞膜的功能：多年菌素类 影响蛋白质的合成：氨基糖甙类、大环内酯类 影响核酸的代谢：利福平、喹诺龙类。P52 图3-12022/8/1161/68第二节 细菌的耐药机制 一. 细菌耐药性的来源遗传性与非遗传性 1. 固有耐药性 细菌对某种抗菌药物的天然耐药性。始终如一，由细菌的种属所决定的。2. 获得耐药性 对药物敏感的细菌中出现了耐药性。2022/8/1162/68(1).染色体突变：细菌的自发突变，药物选择性压力有利于耐药突变株的存活。联合用药和轮换用药可防止耐药菌株的存活。(2). 可传递的耐药性： 质粒介导的耐药性:耐药质粒通过接合、转导和转化等方式传递。 转座因子介导的耐药性：Tn转移位置插入某一基因时,使细菌产生耐药。 整合子介导的耐药性20