2022年医学专题-细菌的遗传变异

第5章细菌(xìjūn)的遗传变异

第一页，共四十七页。目的要求1、掌握：细菌(xìjūn)基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念及机制。2、熟悉：细菌的变异现象。细菌遗传变异在医学上的意义。第二页，共四十七页。遗传（heredity）：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。遗传保证(bǎozhèng)了物种的稳定性。

变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。变异产生新的物种，有利于物种的进化。

基因型变异（遗传性变异）

表型变异（非遗传性变异）

第三页，共四十七页。

BCG：牛型结核杆菌(jiéhéɡǎnjūn)（有毒株）胆汁-甘油-马铃薯培养13年，230次传代

减毒株（BCG）基因型变异：BCG表型变异：细菌L型第四页，共四十七页。基因型和表型变异(biànyì)的比较基因型变异(biànyì)表型变异(biànyì)基因结构变化未变可逆性不或极少可逆稳定性稳定不稳定环境影响涉及细菌数不受影响受影响个别全体第五页，共四十七页。一、形态结构变异(biànyì)

鼠疫耶尔森氏菌→含3％～6％NaCl琼脂培养→多形态性（衰退型）第一节细菌的变异(biànyì)现象第六页，共四十七页。L型变异（细胞壁缺陷型）生物学特性：多形性、革兰阴性、高渗培养、生长(shēngzhǎng)缓慢、荷包蛋样菌落、可回复A、原细菌(xìjūn)型菌落B、荷包蛋样L型菌落C、颗粒型L型菌落D、丝状型L型菌落第七页，共四十七页。葡萄球菌(pútáoqiújūn)丝状L型菌落葡萄球菌(pútáoqiújūn)丝状L型菌落回复后第八页，共四十七页。荚膜变异：肺炎链球菌荚膜→体外长期培养→失去荚膜芽胞变异：炭疽杆菌→经42℃，10～20天→失去芽胞，毒力减弱(jiǎnruò)鞭毛（H－O）变异：变形杆菌→含10％的培养基上生长→失去鞭毛第九页，共四十七页。二、菌落变异（S－R变异）光滑型（S型）——粗糙型（R型）三、毒力的变异

毒力降低或消失：如卡介苗

毒力增强(zēngqiáng)：如白喉棒状杆菌

四、耐药性变异细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。

第十页，共四十七页。第二节细菌(xìjūn)的遗传物质

1、细菌的染色体：环状、dsDNA。

相对(xiāngduì)较小（4.2×106

bp，4000个基因复制快：105

bp/min无组蛋白，无内含子，为连续基因单倍体：突变后更易表现第十一页，共四十七页。2、质粒(plasmid)：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合的双股DNA。可编码许多重要(zhòngyào)的生物学性状。

第十二页，共四十七页。质粒DNA的特性具有自我(zìwǒ)复制能力紧密型质粒；松弛型质粒质粒能编码某些特定性状可自行丢失与消除可在细菌间转移。分相容性与不相容性两种第十三页，共四十七页。种类致育质粒或称F质粒

结合耐药性质粒可分为接合性耐药质粒（R质粒）和非接合性耐药质粒。耐药毒力质粒或Vi质粒编码与该菌致病性有关的毒力因子。毒力细菌素质(sùzhì)粒编码各种细菌产生的细菌素。细菌素代谢质粒编码产生与代谢相关的许多酶类第十四页，共四十七页。3、转座因子是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列，这种转座作用可发生(fāshēng)在染色体、质粒上或染色体与质粒之间。分类（1）插入序列(insertionsequence，IS):750～1550

bp

两端重复序列，与插入有关中心序列有转位酶基因第十五页，共四十七页。（2）转座子(transposon，Tn):2000～25000

bp

两端为IS中心序列有与转位无关(wúguān)基因如：毒素基因、耐药基因等IS

ISResistanceGene(s)第十六页，共四十七页。常见(chánɡjiàn)的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素(dúsù)基因IS1768Tn1AP（氨苄青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四环素）IS41426Tn551Em（红霉素）IS51195Tn681E.coliET（肠毒素）第十七页，共四十七页。4、整合子（integron，In）：是一种运动性DNA分子，具有(jùyǒu)独立结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因表达单位。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：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第十八页，共四十七页。5、噬菌体基因组：形态结构:蝌蚪(kēdǒu)形衣壳：蛋白质核酸：dsDNA分布广:有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌(xìjūn)变异：转导,溶原性转换第十九页，共四十七页。基因转移(genetransfer)：外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程(guòchéng)。基因重组(generecombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程。供体菌(donor)；受体菌(recipient)

第三节基因(jīyīn)的转移和重组第二十页，共四十七页。一、转化（transformation）：供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。

*条件：受体菌与供体菌DNA有同源性。

感受态：受体菌能摄取外源DNA片段的生理(shēnglǐ)状态。感受态一般出现在细菌对数生长期的后期，持续时间约3~4小时。

第二十一页，共四十七页。小鼠体内肺炎(fèiyán)链球菌的转化试验第二十二页，共四十七页。转化(zhuǎnhuà)因子（transformingprinciple）在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于107，最多不超过10~20个基因。感受态（competence）第二十三页，共四十七页。二、接合(jiēhé)(conjugation)：细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。第二十四页，共四十七页。F质粒（fertilityfactor,致育因子(yīnzǐ)）接触：细胞质沟通(gōutōng)转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成复制：F－菌转为F＋菌第二十五页，共四十七页。Hfr（高频重组菌株）：F质粒与染色体整合具有结合和转移功能(gōngnéng)细菌染色体转移频率高，F质粒低受体菌获得供体菌性状用于绘制基因图第二十六页，共四十七页。Hfr转移细菌(xìjūn)染色体过程第二十七页，共四十七页。R质粒（1）耐药传递因子：编码(biānmǎ)性菌毛（2）耐药决定因子：耐药第二十八页，共四十七页。三、转导（transduction）：以温和(wēnhé)噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。第二十九页，共四十七页。（1）普遍性转导(zhuǎndǎo)前噬菌体脱离溶原性细菌增殖时，误装入细菌DNA。故该噬菌体感染受体菌时，则将供体菌DNA带入受体菌内。完全转导流产转导未整合整合第三十页，共四十七页。普遍性转导(zhuǎndǎo)模式图第三十一页，共四十七页。局限性转导(zhuǎndǎo)模式图2、局限性转导：前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变(gǎibiàn)的过程。第三十二页，共四十七页。普遍性转导(zhuǎndǎo)与局限性转导(zhuǎndǎo)的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因转导发生的时期裂解期溶原期转导的遗传物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)第三十三页，共四十七页。四、溶原性转换：是宿主菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段(piànduàn)而获得新的遗传性状。第三十四页，共四十七页。五、原生质体融合两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行(jìnxíng)彼此融合的过程。第三十五页，共四十七页。机制基因来源转移方式转化供体菌直接摄取转导供体菌噬菌体为载体接合供体菌性菌毛溶原性转换噬菌体整合基因(jīyīn)的转移和重组模式比较第三十六页，共四十七页。第四节基因突变(jīyīntūbiàn)*突变：指细菌遗传物质DNA结构发生突然而稳定的改变，导致(dǎozhì)细菌发生遗传性变异。

第三十七页，共四十七页。一、基因突变的规律：

（1）突变率

①细菌都可自发突变，但频率较低（突变率约10－9～10－6）

②加入诱导剂（紫外线、X射线、烷化剂、亚硝酸盐等）突变率可提高100～1000倍（诱导(yòudǎo)突变）

彷徨试验：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。第三十八页，共四十七页。彷徨(pánɡhuánɡ)试验示意图第三十九页，共四十七页。（2）突变与选择

①突变是随机和不定向的，细菌染色体上数千个基因(jīyīn)中哪个发生突变，导致何种突变均非外界因素所决定

②外界因素只能起选择性作用，选择出突变株（3）回复突变

野生型菌株→（突变）→突变型菌株→（回复突变）→与野生型菌株表型相同（基因型不一定相同）第四十页，共四十七页。影印(yǐngyìn)培养试验示意图自发(zìfā)的，随机的，非诱导的药物仅起选择作用第四十一页，共四十七页。二、突变的类型和机制：（1）碱基置换：①转换：嘌呤(piàolìng)间（A－G），嘧啶间（T－C）②颠换：嘌呤－嘧啶间（A－T，C－G）（2）碱基的插入或缺失：致密码子错误（3）转位因子的插入：

第四十二页，共四十七页。诊断困难

H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛

S→R变异：消失荚膜或多糖抗原性改变毒力下降，生化(shēnɡhuà)反应改变治疗困难：耐药预防：BCG第五节细菌(xìjūn)遗传变异

在医学上的意义

第四十三页，共四十七页。

Ames试验(shìyàn)：第四十四页，共四十七页。基因工程(jīyīngōngchéng)载体：质粒，噬菌体工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶选择目的基因，细菌(xìjūn)中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等基因工程疫苗第四十五页，共四十七页。思考题常见细菌遗传变异的现象有哪些？细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的