细菌的遗传和变异课件

第5章细菌(xìjūn)的遗传和变异HeredityandVariationofBacteria第一页，共三十六页。遗传（heredity）：遗传物质从亲代传给子代，使得亲代与子代相似。变异（variation）：亲代与子代之间，以及子代不同个体之间，存在的某些差异。基因型变异（genotypicvariation）：遗传物质发生改变(gǎibiàn)引起的变异。表型变异（phenotypicvariation）：外界环境条件的作用引起的变异。第二页，共三十六页。第一节细菌遗传与变异的物质基础核酸是细菌遗传的物质基础，细菌的遗传物质是以染色体和染色体外的遗传物质形式（包括质粒和转位因子）存在的。另外噬菌体也是影响细菌遗传变异的重要遗传物质。基因（gene）：是一段可转录的DNA序列(xùliè)，含编码区和非编码区。第三页，共三十六页。微生物基因组学（microbialgenomics）：是通过对微生物基因组进行测序，并对所有序列进行研究的学科。其有利于：微生物的分类(fēnlèi)发现抗微生物的药物靶点发现与微生物的致病和毒力相关的基因筛选出制备疫苗的分子第四页，共三十六页。一、细菌的染色体染色体（chromosome）是细菌主要的遗传物质，由一条闭合环状的双链DNA分子构成(gòuchéng)，紧密缠绕成较致密的不规则小体，该小体又称为拟核，其上无组蛋白包绕，但有核蛋白，约含5000个基因。第五页，共三十六页。致病岛（pathogenicityisland）：即指编码细菌毒力因子的基因簇，为染色体上一些相对分子质量较大的DNA片段，编码整合酶、转位酶等，其两侧往往具有重复序列和插入序列，可以水平转移(zhuǎnyí)或丢失，其DNA片段的G+C百分比和密码使用与宿主菌具有明显差异，一种病原菌可同时具有一个或几个致病岛。有的细菌失去致病岛则致病性下降或消失。如泌尿道致病性大肠埃希菌就有8个，主要编码α溶血素、菌毛、细胞坏死因子等。第六页，共三十六页。二、质粒质粒（plasmid）是一种独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子，主要(zhǔyào)存在于细菌和真菌等多种微生物细胞中。质粒通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中。质粒不仅与细菌遗传物质的转移有关，也与某些细菌的致病性，以及细菌的抗药性等有关。第七页，共三十六页。1.质粒的特性质粒具有(jùyǒu)自我复制的能力所编码的基因产物赋予细菌某些性状质粒可自行丢失与消除质粒的转移性不相容性与相容性第八页，共三十六页。2．常见的质粒类型（1）F质粒（fertilityplasmid）：与致育性有关的质粒，F的含义是致育性，即具有编码(biānmǎ)性菌毛和介导细菌之间接合的能力。第九页，共三十六页。（2）耐药质粒（resistanceplasmid）：能使细菌对抗生素、化学药物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。根据耐药质粒能否通过(tōngguò)接合而转移，分为接合型和非接合型耐药质粒，接合性耐药质粒又称R质粒（R质粒=RTF+r），非接合性耐药质粒又称r质粒。RTF：耐药转移因子r决定(juédìng)子：耐药决定(juédìng)子第十页，共三十六页。（3）Col质粒（Colplasmid）：是编码大肠菌素的质粒。大肠菌素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭作用的蛋白质类抗菌物质。（4）毒力质粒（virulenceplasmid）：决定细菌毒素的基因，如致病性大肠埃希菌的ST质粒、LT质粒等。（5）代谢质粒（metabolicplasmid）：携带能降解某些基质(jīzhì)的酶的基因。含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式。第十一页，共三十六页。三、转位因子转位因子（transposableelement）是指能够转移自身位置的一段DNA序列。转位因子可以从染色体或质粒等内部的一个位置转移到另一个位置，或者在染色体、质粒、噬菌体等之间转移。原核(yuánhé)生物中的转位因子，可分为两类：1.插入序列2.转座子第十二页，共三十六页。

插入序列（insertionsequence,IS）：分子小，只携带(xiédài)与转位功能有关的基因。

转座子（transposon,Tn）：长度一般超过2kb，除携带与转位(zhuǎnwèi)有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基因等）。第十三页，共三十六页。第二节基因突变及其修复一、基因突变的特性1.种类

突变（mutation）是指生物体的遗传物质核酸的结构(jiégòu)发生了突然而稳定的变化。突变可导致微生物的某些性状发生遗传性变异。第十四页，共三十六页。突变包括基因突变和染色体畸变。（1）基因突变：是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，所以又称为(chēnɡwéi)点突变。（2）染色体畸变：是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质结构的改变。第十五页，共三十六页。2.基因突变的共同特性（1）自发性和不对应性（2）稀少性：自发突变率10-9～10-6。（3）可诱发性（4）独立性（5）稳定性（6）可逆性：未发生突变的原始菌株称为野生(yěshēng)株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。第十六页，共三十六页。二、自发突变的证实细菌突变的自发性可以用波动试验或影印(yǐngyìn)培养试验来证实。波动(bōdòng)试验第十七页，共三十六页。影印(yǐngyìn)培养试验第十八页，共三十六页。三、DNA损伤的修复1.光修复2.切除(qiēchú)修复3.重组修复4.SOS修复等第十九页，共三十六页。第三节常见的几种细菌突变体1．抗性突变体2．条件致死突变体3．营养缺陷型突变体4．毒力突变体：如卡介苗（BacillusCalmette-Guerin,BCG）系Calmette和Guerin（1923年）将有毒的牛结核分枝杆菌培养于含甘油、胆汁和马铃薯的培养基上，经13年230次传代后成为弱毒的活菌疫苗(yìmiáo)，广泛用于结核病的预防。第二十页，共三十六页。第四节基因转移与重组基因转移（genetransfer）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。基因重组（recombination）：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌的某些特性。细菌的基因转移和重组方式：转化、接合(jiēhé)、转导。第二十一页，共三十六页。一、转化

转化（transformation）指来自供体菌游离的DNA片段直接进入并整合入受体菌基因组中，使受体菌获得(huòdé)部分新的遗传性状的过程。第二十二页，共三十六页。二、接合通过(tōngguò)性菌毛供体菌与受体菌直接接触，遗传物质自供体菌转移入受体菌，使后者获得前者的部分遗传性状的过程称为接合（conjugation）。介导接合作用的质粒称为接合性质粒。第二十三页，共三十六页。F+：即含F质粒，编码(biānmǎ)性菌毛，该菌称雄性菌。

F+×F-的接合：

F+F-F+F-F+F+F+F+第二十四页，共三十六页。Hfr（highfrequencyrecombination）：F质粒整合到细菌染色体上，该菌称高频重组菌。该细菌能使受体细菌高频地重组外源基因(jīyīn)到染色体上，从而提高染色体基因(jīyīn)的转移。第二十五页，共三十六页。F’因子：Hfr的F质粒可以从宿主菌的染色体上解离，重新变为游离的F质粒，但解离时有时(yǒushí)会带下一小段宿主菌的染色体，我们将携带了宿主菌一部分染色体的F质粒，称F’因子。F’因子也有致育性。HfrF’第二十六页，共三十六页。三、转导以温和噬菌体为媒介，将供体菌的遗传物质转移入受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，这种方式称为(chēnɡwéi)转导（transduction）。通过转导而获得新遗传性状的受体菌称为转导子。转导分为两类：普遍性转导和局限性转导第二十七页，共三十六页。普遍性转导（generalizedtransduction）：通过噬菌体可将供体菌任何DNA片段(piànduàn)转移至受体菌的转导。第二十八页，共三十六页。

局限性转导（specializedtransduction）：通过噬菌体将供体菌特定的基因(jīyīn)转移给受体菌的转导。第二十九页，共三十六页。

溶原性转换(zhuǎnhuàn)（lysogenicconversion）：溶原性噬菌体的基因组与细菌染色体重组，使得宿主菌的遗传特性发生改变，这种现象称为溶原性转换。通过溶原性转换方式产生毒素的细菌常见的有：①白喉棒状杆菌——白喉毒素；②链球菌——致热外毒素；③肉毒梭菌——肉毒毒素；④产气荚膜梭菌——α毒素。

原生质体融合（protoplastfusion）：是指将两种细菌经处理失去细胞壁成为原生质体后进行相互融合的过程。第三十页，共三十六页。第五节

细菌遗传变异在医学上的应用1.在诊断、治疗和预防方面的应用2.在检测(jiǎncè)致癌物质方面的应用3.在流行病学方面的应用4.在重组DNA技术中的应用第三十一页，共三十六页。第六节细菌耐药性

细菌耐药性（bacterialresistance）是细菌产生对抗生素不敏感(mǐngǎn)的现象。一、耐药性的种类1.固有耐药（intrinsicresistance）：又称天然耐药性，是由细菌的种属特性所决定的，可预测。2.获得性耐药（acquiredresistance）：是由染色体突变，或由质粒等介导产生的。第三十二页，共三十六页。二、细菌的耐药机制(jīzhì)1.产生灭活酶由染色体或质粒等介导编码β-内酰胺酶。该酶使β-内酰胺环裂解而使该抗生素丧失抗菌作用。2.抗菌药物作用靶位改变如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌多一种青霉素结合蛋白，即PBP2a。在高浓度抗生素存在时，正常PBP失活，此时PBP2a可替代正常PBP的功能，参与细胞壁肽聚糖的合成，从而使细菌表现出耐药。3.主动外排机制某些细菌能将进入菌体的药物泵出体外。第三十三页，共三十六页。三、控制细菌耐药的措施1.尽早取样分离致病菌，进行药敏试验，选用抗菌药物。2.如果患者感染(gǎnrǎn)症状严重，可在临床诊断的基础上预测最可能的致病菌种，并根据以往细菌对各种抗菌药物的敏感度和耐药性的变迁，选择适当的药物。3.抗菌药物对病毒无治疗作用，除非伴有细菌感染或继发感染，一般不应使用抗菌药物。第三十四页，共三十六页。4.可用一种抗菌药物控制的感染(gǎnrǎn)决不采用多种药物联合，窄谱抗菌药可控制的感染(gǎnrǎn)不用广谱抗菌药。5.严格掌握抗菌药物的预防应用、局部应用和联合用药，避