2022年医学专题-第4-5-6-噬菌体、细菌的遗传与变异2014

第四章噬菌体概念：是一类能感染细菌(xìjūn)、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒。第一页，共八十五页。

一.形态(xíngtài)与结构使用电镜观察蝌蚪(kēdǒu)型，微球型和细杆型头部和尾部2部分组成第二页，共八十五页。化学组成(zǔchénɡ)：核酸头部蛋白质尾部--蛋白质第三页，共八十五页。抵抗力：对理化因素(yīnsù)的抵抗力较一般细菌强75℃加热30min可被灭活耐低温和冰冻第四页，共八十五页。二、分类(fēnlèi)毒性噬菌体：在宿主(sùzhǔ)细菌内增殖，产生子代噬菌体，并裂解宿主(sùzhǔ)。第五页，共八十五页。温和噬菌体：不在宿主细菌(xìjūn)内增殖，噬菌体基因与宿主细菌(xìjūn)染色体整合，DNA随宿主分裂而复制。第六页，共八十五页。第七页，共八十五页。第五章细菌(xìjūn)的遗传与变异姚佳病原(bìngyuán)生物学与免疫学教研室第八页，共八十五页。任何生物都具有遗传和变异的特性遗传：“遗留，传承(chuánchénɡ)” 子代与亲代之间生物学特征的相似性变异：“变化，差异” 子代与子代，子代与亲代之间生物学特征的差异第九页，共八十五页。第一节细菌(xìjūn)遗传物质第十页，共八十五页。三大(sāndà)经典实验肺炎链球菌转化实验噬菌体感染实验

AlfedHershey和MarthaChase(1952)用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。植物(zhíwù)病毒重建实验

1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建实验，证明了RNA也是遗传物质的基础第十一页，共八十五页。一、微生物的主要(zhǔyào)遗传物质（一）病毒的核酸(hésuān)病毒的核酸类型多，按照其核酸类型，将病毒分为：dsDNA病毒、ssDNA病毒、+ssRNA病毒、-ssRNA病毒、dsRNA病毒、逆转录病毒。第十二页，共八十五页。

（一）细菌染色体

bacterialchromosome

是一个(yīɡè)闭环双链DNA；基因结构连续，排列紧密，不含内含子。第十三页，共八十五页。（二）染色体以外(yǐwài)的遗传物质1、质粒（plasmid）

位于细菌细胞质中染色体外的遗传物质，是闭合(bìhé)环状双链DNA，能自主复制，所携带的遗传信息能赋予细菌某些非生命必需的生物学性状如性菌毛、耐药性和毒力等。第十四页，共八十五页。第十五页，共八十五页。（1）有自我(zìwǒ)复制能力：紧密型质粒和松弛型质粒（2）可自行丢失与消除（3）质粒携带有多种遗传信息（4）转移性（5）质粒的相容性与不相容性质粒的特征(tèzhēng)：第十六页，共八十五页。几种(jǐzhǒnɡ)常见质粒：F质粒fertilityplasmid性菌毛有关R质粒resistanceplasmid与耐药性有关Col质粒Colplasmid编码大肠菌素Vi质粒virulenceplasmid与细菌毒力有关代谢质粒metabolicplasmid与代谢相关的酶类第十七页，共八十五页。2、转座因子(yīnzǐ)（Transposableelement）

是细菌基因组中能改变自身位置(wèizhi)的一段DNA序列，由其移动可引起插入突变、染色体畸变及基因的重排等，从而导致细菌遗传性状改变。插入序列（Insertionsequence）转座子（Transposon）第十八页，共八十五页。第十九页，共八十五页。3、前噬菌体整合到细菌染色体上的噬菌体的基因组，携带有某些基因，有时可改变宿主的某些生物学性状，如β棒状杆菌噬菌体也可在不同细菌个体(gètǐ)之间充当遗传物质转移的载体第二十页，共八十五页。

是一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。整合子定位于(wèiyú)细菌的染色体和质粒或转座子上，与细菌的耐药性密切相关。4、整合(zhěnɡhé)子（integron、In）第二十一页，共八十五页。第二十二页，共八十五页。

第二节、细菌的变异(biànyì)现象

1、形态结构变异(biànyì)

细菌L型——在青霉素、溶菌酶、补体等作用下，使菌细胞壁发生缺陷；细菌呈多态性，革兰染色阴性。H-O变异——细菌失去鞭毛第二十三页，共八十五页。

陈旧(chénjiù)培基物

鼠疫杆菌多形态性

第二十四页，共八十五页。变形杆菌（Proteus）

鞭毛变异(biànyì)，H--O变异照片提供：島田俊雄博士第二十五页，共八十五页。葡萄球菌(pútáoqiújūn)---L型菌落葡萄球菌(pútáoqiújūn)---回复后第二十六页，共八十五页。2、毒力变异毒力增强——无毒的白喉棒状杆菌感染β棒状杆菌噬菌体后成为(chéngwéi)有毒株。毒力减弱——有毒菌株变异为弱毒或无毒 如：卡介苗

BacillusofCalmette-Güerin，BCG

：是用于预防结核病的减毒活疫苗。第二十七页，共八十五页。3、耐药性变异

细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌的耐药现象。耐药菌：金葡菌95%耐青霉素多重耐药菌：同时耐受多种抗生素抗生素依赖(yīlài)：志贺菌链霉素依赖(yīlài)株—预防第二十八页，共八十五页。4、菌落变异

光滑型（smooth，S）粗糙型（rough，R）

S-R

变异

S型菌株致病性强，一般(yībān)新分离的菌株为S型。菌落发生变异后，细菌的理化特性、抗原性、生化能力、毒力等也可发生改变。

第二十九页，共八十五页。肺炎(fèiyán)链球菌的S-R菌落变异第三十页，共八十五页。5、抗原性变异宋内志贺菌的I相II相

抗原变异的同时，细菌(xìjūn)的致病性，免疫性也会发生相应改变。第三十一页，共八十五页。第三节细菌(xìjūn)变异的机制※非遗传性变异是在其他客观条件下发生的适应环境的改变遗传性变异涉及基因结构的改变基因结构的改变通过基因突变、基因的转移(zhuǎnyí)与重组来实现。第三十二页，共八十五页。一、基因突变(jīyīntūbiàn)突变：一个核酸分子内一个或者几个核苷酸发生(fāshēng)可遗传的稳定改变。第三十三页，共八十五页。1、点突变（PointMutation）“小”变化(biànhuà)2、染色体畸变（ChromosomeAberration）“大”变化（一）突变的类型(lèixíng)和机制：插入(chārù)：缺失：机制置换转换：嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶颠换：嘌呤→嘧啶，嘧啶→嘌呤移码突变第三十四页，共八十五页。（二）基因突变(jīyīntūbiàn)的特点 1、自发性：几率(jīlǜ)极低，约为10-6~10-9

可诱发性：利用理化因素诱导第三十五页，共八十五页。 2、随机性和不对应性：彷徨(pánɡhuánɡ)实验第三十六页，共八十五页。第三十七页，共八十五页。上述2个实验证明：突变是自发(zìfā)的和随机的，在接触抗菌药物或者噬菌体之前，突变就已经发生，噬菌体和抗菌药物只是充当了筛选的条件，而并非作为诱导的条件。第三十八页，共八十五页。 3、可逆性：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(xiānɡtónɡ)（基因型不一定相同(xiānɡtónɡ)）Ames实验：通过突变的可逆性筛选致癌物第三十九页，共八十五页。Ames实验(shíyàn)：第四十页，共八十五页。二、基因的转移(zhuǎnyí)与重组基因转移(genetransfer)：外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组(zhònɡzǔ)(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)

第四十一页，共八十五页。一、转化（transformation）：概念(gàiniàn)：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：①同源性②感受态第四十二页，共八十五页。第四十三页，共八十五页。二、转导（transduction）：概念：以温和噬菌体为载体(zàitǐ)，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。方式：普遍性转导 局限性转导第四十四页，共八十五页。（1）普遍性转导前噬菌体脱离溶原性细菌增殖(zēngzhí)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。结果：完全转导 流产转导第四十五页，共八十五页。第四十六页，共八十五页。百万分之一几率出现装配(zhuāngpèi)错误第四十七页，共八十五页。（2）局限性转导（特异性转导）前噬菌体从宿主(sùzhǔ)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的过程第四十八页，共八十五页。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倍第四十九页，共八十五页。三、接合(conjugation)：概念：细菌(xìjūn)通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。第五十页，共八十五页。能通过接合转移的质粒称为(chēnɡwéi)接合性质粒，而不能通过性菌毛传递的质粒称为非接合性质粒。常见的接合性质粒：F质粒、R质粒第五十一页，共八十五页。1、F质粒的接合带有F质粒的称为(chēnɡwéi)F+菌，可以编码性菌毛不带F质粒的称为F-菌，不能编码性菌毛（1）F+

＋F-

=F+

＋F+第五十二页，共八十五页。F质粒整合(zhěnɡhé)到细菌的基因组上的细菌：高频重组菌株（Highfrequencyrecombinant，Hfr）第五十三页，共八十五页。（2）Hfr＋F-=Hfr+F-(含部分(bùfen)供体菌基因)第五十四页，共八十五页。Hfr菌中的F质粒有时会从染色体上脱离，脱离的质粒因带有相邻的其他基因组DNA，称为F’质粒。带F’质粒的细菌也可同F-发生接合，其方式同F+菌株。（3）F’＋F-=F’＋F’(不但含有F质粒，还含供体菌部分(bùfen)基因)第五十五页，共八十五页。2、R质粒的接合(jiēhé)

接合型R质粒（1）耐药传递因子(yīnzǐ)RTF：编码性菌毛（2）耐药决定因子r-dir：耐药非接合型R质粒

只有r-dir，以转化、转导方式传递第五十六页，共八十五页。四、溶原性转换：是宿主(sùzhǔ)菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段而获得新的遗传性状。讨论(tǎolùn)：与转导的区别？第五十七页，共八十五页。五、原生质体融合两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理(chǔlǐ)，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。第五十八页，共八十五页。第四节细菌(xìjūn)遗传变异在

医学上的实际意义第五十九页，共八十五页。病原性诊断：

L型细菌、H→O变异(biànyì)、S→R变异特异性防治：卡介苗（BCG）及预防炭疽、鼠疫用疫苗。1、在疾病诊断和防治(fángzhì)中的应用

2、在检测(jiǎncè)致癌物质中的应用第六十页，共八十五页。3、在基因工程(jīyīngōngchéng)中的应用生产(shēngchǎn)重组胰岛素、重组干扰素、重组凝血因子、重组生长激素等。第六十一页，共八十五页。［小结(xiǎojié)］细菌遗传物质包括染色体及染色体以外的遗传物质如质粒、转座因子、前噬菌体和整合子。细菌的变异现象包括：形态结构变异，毒力变异，耐药性变异，菌落变异及抗原性变异。细菌的变异机制主要有基因突变和基因的转移及重组。突变具有自发性、可诱发性、随机性、不对应性、可逆性等特点。基因的转移及重组有转化(zhuǎnhuà)、转导、接合、溶源性转换和原生质体融合等方式。第六十二页，共八十五页。第六章细菌(xìjūn)的耐药性

第六十三页，共八十五页。第一节抗菌药物的种类及作用(zuòyòng)机制抗菌药物：抗生素或化学合成药物抗生素：是生物在其生命活动中产生的，能在低微浓度下选择性抑制或影响它种生物功能的有机物质。医用抗生素的要求(yāoqiú)差异毒力、生物活性强、选择作用性：

第六十四页，共八十五页。根据化学结构分类(fēnlèi)：β-内酰胺类：青霉素、头孢菌素等。[化学特征]具有一个β-内酰胺环抗生素的分类(fēnlèi)第六十五页，共八十五页。

氨基糖苷类：链霉素、卡那霉素、巴龙霉素

[化学特征]由氨基糖与氨基环醇通过(tōngguò)氧桥连接而成的苷类抗生素抗生素的分类(fēnlèi)链霉素第六十六页，共八十五页。

大环内酯类：红霉素、螺旋霉素、吉他霉素、阿维菌素等。[化学特征]具有(jùyǒu)一个由不少于12个碳原子并由内脂基团环化的大环。红霉素第六十七页，共八十五页。氯霉素：由委内瑞拉链丝菌产生。属抑菌性广谱抗生素。敏感(mǐngǎn)菌有肠杆菌科细菌及炭疽杆菌、肺炎球菌、链球菌、李斯特氏菌等。衣原体、钩端螺旋体、立克次体也对本品敏感。因对造血系统有严重不良反应，需慎重使用。第六十八页，共八十五页。喹诺酮类：人工化学合成的杀菌剂又称酮酸类或吡啶酮酸类，主要(zhǔyào)作用于革兰阴性菌的抗菌药物，对革兰阳性菌的作用较弱。多肽(duōtài)类抗生素：多粘菌素、万古霉素、杆菌肽、博来霉素。第六十九页，共八十五页。二、抗菌药物的主要(zhǔyào)作用机制抑制细胞壁合成(héchéng)影响细胞膜功能抑制核酸合成抑制蛋白质合成第七十页，共八十五页。一、抑制(yìzhì)细胞壁合成的抗菌药物有1）环丝氨酸：抑制N-乙酰胞壁酸形成2）β-内酰胺类抗生素，如青霉素和头孢菌素：抑制肽聚糖合成的转肽反应，使邻近(línjìn)的聚糖链不能交联。3）万古霉素和杆菌肽：影响肽聚糖合成第七十一页，共八十五页。二、影响细胞膜功能(gōngnéng)的抗菌药物有：1）多粘菌素：“脂-水双亲”，解聚细胞膜结构(jiégòu)

2）两性霉素B：结合真菌细胞膜麦角固醇3）短杆菌肽：形成孔道三、干扰(gānrǎo)蛋白质合成的抗菌药物有：1）影响氨酰-tRNA合成：莫匹罗星2）影响核糖体功能：氨基糖苷类、四环素类第七十二页，共八十五页。四、抑制核酸(hésuān)合成的抗生素有：1）博来霉素：断裂DNA2）利福霉素：抑制转录延伸(yánshēn)3）多柔比星和柔红霉素：拓扑异构酶II抑制剂4）新生霉素：DNA回旋酶抑制剂第七十三页，共八十五页。第二节细菌(xìjūn)的耐药性概念(gàiniàn)：细菌对某种抗菌药物具有的抵抗性耐药程度的衡量指标：MIC第七十四页，共八十五页。一、耐药性的分类(fēnlèi)固有耐药：天然耐药获得性耐药：接触抗菌药物后耐药 结果(jiēguǒ)：消失、或成为固有耐药多重耐药性（multipledrugresistance,MDR）交叉耐药性（crossdrugresistance）第七十五页，共八十五页。二、细菌(xìjūn)耐药的遗传物质染色体：基因突变可产生耐药但几率低，单一耐药为主质粒：①R质粒普遍存在②多重耐药常见③耐药性可传递④耐药菌株可因R质粒丢失(diūsī)而恢复成敏感菌株

转座子：易造成多重耐药

第七十六页，共八十五页。三、耐药性的发生(fāshēng)机制耐药性产生(chǎnshēng)的遗传性机制（1）自发突变+药物选择：（2）耐药性基因的传递：接合、转导、转化、转座、整合子捕获第七十七页，共八十五页。耐药性产生的生物化学机制

（1）钝化(dùnhuà)酶或灭活酶的产生

β-lactamase，氨基苷类钝化酶，

第七十八页，共八十五页。

-内酰胺酶：由细菌染色体或质粒编码(biānmǎ)对β-内酰胺类抗生素耐药打开β-内酰胺环而使该抗生素失去作用第七十九页，共八十五页。（2）药