2022年医学专题-第5章-细菌的遗传变异

第5章细菌(xìjūn)的遗传变异第一页，共七十页。

遗传（heredity）变异（variation）基因型变异(biànyì)

表型变异(biànyì)

遗传与变异是所有生物的共同(gòngtóng)生命特征

子代与亲代生物学性状基本相同,且代代相传子代与亲代,子代与子代的生物学性状出现差异

第二页，共七十页。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三页，共七十页。细菌的变异(biànyì)现象形态(xíngtài)、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异第四页，共七十页。

细菌(xìjūn)的变异现象1.形态结构变异---外界环境因素所致

细菌L型变异:

荚膜变异(capsule):肺炎链球菌芽胞变异(spore):炭疽杆菌鞭毛变异(flagellum):H-O变异---失去鞭毛的变异有鞭毛：H（Hauch）菌落。无鞭毛：O（Ohnehauch）菌落。

第五页，共七十页。形态(xíngtài)结构变异

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌──────→L型变异(biànyì)抗体或补体

(部分或完全失去胞壁)

正常(zhèngcháng)霍乱弧菌霍乱弧菌L型第六页，共七十页。

特殊结构的变异

42-43℃

炭疽杆菌失去形成芽胞能力(nénglì),毒性降低

10-20天

第七页，共七十页。

特殊结构的变异

变形杆菌0.1%石炭酸

迁徙生长(shēngzhǎng)（H）点状生长、单个菌落（O）鞭毛(biānmáo)变异第八页，共七十页。2.毒力变异(biànyì)：

(Virulence)

毒力↓：BCG（卡介苗）

胆汁(dǎnzhī)、甘油、马铃薯培养基

牛分枝杆菌卡介苗

13年(230代)

毒力↑：白喉(báihóu)杆菌溶原化第九页，共七十页。3.耐药性变异:

(Drug-resistance)

细菌对某种抗菌药物(yàowù)由敏感变成耐药的变异。金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14%上升至目前的90%。有些(yǒuxiē)细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基

痢疾杆菌─────→依链株(耐药菌株)

长期培养第十页，共七十页。4.菌落(jūnluò)变异：(Colony)

特点(tèdiǎn)：S-R变异常伴有其他性状的变异（毒力，抗原性等）而造成全面的变异菌落(jūnluò)由光滑（S）型变为粗糙（R）型如肠道杆菌

S-R变异失去LPS的特异多糖第十一页，共七十页。一、染色体(chromosome)二、质粒(plasmid)

三、转座因子(yīnzǐ)

(transposableelement)四、整合子(integron,In)五、噬菌体（phage）第一节细菌(xìjūn)的遗传物质第十二页，共七十页。特点：1.

单倍体

2.不含核膜，核仁

3.基因以操纵子形式存在

4.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工(jiāgōng)5.基因组DNA大部分用来编码蛋白质

6.结构基因无重叠现象7.细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换一、细菌(xìjūn)染色体

第十三页，共七十页。操纵子(operon)结构(jiégòu)编码序列启动序列操纵序列其他调节序列(promoter)(operator)第十四页，共七十页。

乳糖(rǔtánɡ)操纵子(lacoperon)的结构调控区CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰化酶ZYAOPDNA表达(biǎodá)区第十五页，共七十页。特点：1.

单倍体

2.不含核膜，核仁

3.基因以操纵子形式存在

4.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工5.基因组DNA大部分用来编码蛋白质

6.结构(jiégòu)基因无重叠现象7.细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换一、细菌(xìjūn)染色体

第十六页，共七十页。细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换致病岛(pathogenicityisland)：致病菌染色体上编码(biānmǎ)与毒力相关基因的外源DNA片断.耐药基因(resistantgene)：与耐药性的产生和传播密切相关第十七页，共七十页。二、质粒（plasmid）1.本质：

能自主(zìzhǔ)复制的染色体外遗传物质，为环状闭合的双链DNA。质粒可游离于胞浆中或整合于染色体上

第十八页，共七十页。2.分类：

根据(gēnjù)质粒基因编码的生物学性状

致育质粒/F(fertility)质粒

——编码性菌毛

耐药性质粒

——

编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性

第十九页，共七十页。毒力质粒/Vi(virulence)质粒

——编码与该菌致病性有关的毒力因子

细菌素质粒

——编码各种细菌产生的细菌素如：Col质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素

代谢(dàixiè)质粒

——编码产生与代谢相关的许多酶类

第二十页，共七十页。3.质粒DNA基本(jīběn)特性：A.

可自我复制；是一个复制子

B.质粒DNA编码的基因产物能赋予细菌(xìjūn)

些性状特征

致育性、耐药性、致病性等

C.质粒可自然丢失与消除自然丢失率10-2～10-8；可用高温、紫外线等除去第二十一页，共七十页。D.质粒具有(jùyǒu)转移性：接合性质粒——通过性菌毛进行基因传递非接合性质粒——经接合性质粒诱动

或经载体(噬菌体)进行基因传递E.质粒具有相容性和不相容性第二十二页，共七十页。

三、转座因子(yīnzǐ)1.本质：细菌内能改变自身位置的DNA序列，为移动基因(jīyīn)（movablegenes）2.转移方式：

通过自身编码产生的转座酶导致其转移或移位——①染色体内移位（A—B） ②染色体与质粒间③不同质粒之间第二十三页，共七十页。3.种类(zhǒnglèi)：插入序列（insertionsequence,IS）

是最小的转位(zhuǎnwèi)因子，＜2kb

重复序列TransposaseGene重复序列转座子（transposon,Tn）

＞2kb，除两端的IS外，还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属(jīnshǔ)基因、毒素基因及其他结构基因。IS

ISResistanceGene(s)第二十四页，共七十页。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）第二十五页，共七十页。四、整合子（integron，In）定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构(jiégòu)：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二十六页，共七十页。

五、噬菌体（bacteriophage）形态结构(jiégòu):蝌蚪形衣壳：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(cānyù)细菌变异：转导,溶原性转换第二十七页，共七十页。

变异基因型变异(biànyì)

表型变异(biànyì)

基因重组基因突变(jīyīntūbiàn)

染色体变异

细菌变异的机制第二十八页，共七十页。第三节基因(jīyīn)的转移和重组转移：供菌提供DNA；受菌接受(jiēshòu)DNA重组：受菌获得供菌DNA，基因整合类型(lèixíng)

基因来源

转移方式转化

供菌

受菌摄入接合

供菌

通过性菌毛转导

供菌

噬菌体媒介溶原性转换

噬菌体

前噬菌体第二十九页，共七十页。一、转化（transformation）受菌直接摄取供体菌DNA供菌死亡时释放或人工(réngōng)方法提取DNA

例：溶菌时，裂解的DNA片段(piànduàn)被另一细菌摄取。第三十页，共七十页。最早由Griffith在研究肺炎链球菌时发现此现象(xiànxiàng)——肺炎链球菌（Griffith）转化试验。小鼠体内肺炎(fèiyán)链球菌

转化试验死亡(sǐwáng)死亡第三十一页，共七十页。影响因素：供受菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高感受态（competence）：生理活动(huódòng)过程中摄取转化因子的最佳时期环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转化第三十二页，共七十页。二、接合（conjugation）通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得(huòdé)供体菌性状主要(zhǔyào)接合性质粒：

F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒第三十三页，共七十页。大肠埃希菌与肠道杆菌接合(jiēhé)

（电镜扫描图）第三十四页，共七十页。F质粒（fertilityfactor,致育因子(yīnzǐ)）作用(zuòyòng)：编码性菌毛转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成复制：F－菌转为F＋菌F－F+F+F+第三十五页，共七十页。

F-菌获得(huòdé)F质粒,变为F+菌第三十六页，共七十页。存在：F+菌----含游离的F质粒F’菌----含带宿主菌基因(jīyīn)的F质粒Hfr菌(highfrequencyrecombinant)高频重组菌----F质粒整合于细菌染色体中第三十七页，共七十页。F质粒存在的生理(shēnglǐ)状态

第三十八页，共七十页。大肠杆菌(dàchánɡɡǎnjūn)F质粒的各种存在状态间的转变F-菌F+菌Hfr菌F′菌-lac与

F+菌接合(jiēhé)丢失(diūsī)整合切离偏差切离

丢失整合与F′菌接合第三十九页，共七十页。Hfr（高频重组菌株）：

F质粒与染色体整合(zhěnɡhé)具有结合和转移功能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四十页，共七十页。Hfr转移(zhuǎnyí)细菌染色体过程1.两者结合2.DNA一条链断开，染色体DNA经性菌毛进入F-菌3.接合作用可随时中断（自发或外界因素(yīnsù)），F-菌可获得不同长度染色体基因,但F-菌仍为F-菌第四十一页，共七十页。●R质粒

作用(zuòyòng)：决定细菌的耐药性

结构：1.RTF

(resistancetransferfactor)

耐药传递因子--编码性菌毛，与复制、接合及转移(zhuǎnyí)有关

2.Rdeterminant（r决定子）--编码对抗菌药物的耐药性

第四十二页，共七十页。结合(jiéhé)游离(yóulí)耐药传递(chuándì)因子（RTF）r决定子IS

ISr决定子存在

a.复合物形式：RTF-r决定子

b.游离形式：两部分单独存在时无接合传递R质粒的功能耐药传递因子第四十三页，共七十页。三、转导(zhuǎndǎo)（transduction）噬菌体媒介将供菌DNA转给受菌分普遍性转导和局限性转导第四十四页，共七十页。毒性噬菌体，温和(wēnhé)噬菌体包装错误：任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体：供体菌DNA误装入噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状普遍性转导(zhuǎndǎo)（generalizedtransduction)第四十五页，共七十页。普遍性转导中外源DNA的结果(jiēguǒ)1.完全转导：供体菌的DNA与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代2.流产转导(abortivetransduction):

供体菌的DNA与受体菌染色体不能进行重组,转导的片断不能自身复制，也不能传代

第四十六页，共七十页。局限性转导(zhuǎndǎo)(restrictedtransduction)温和性噬菌体介导---前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌,使受体菌遗传发生(fāshēng)改变的过程.第四十七页，共七十页。局限性转导(zhuǎndǎo)机制bio----生物素基因(jīyīn)gal----糖苷酶基因正常(zhèngcháng)切离偏差切离缺陷噬菌体正常噬菌体前噬菌体第四十八页，共七十页。

局限性转导与普遍性转导的主要区别

普遍性转导局限性转导转导时间

温和噬菌体裂解期温和噬菌体溶原期转导基因供体菌染色体DNA的噬菌体DNA及供菌染色任何部位(bùwèi)或质粒体DNA的特定部位片断转导频率

低高转导结果

完全转导获得供体菌DNA

流产转导特定部位的遗传特性

第四十九页，共七十页。四、溶原性转换（lysogenicconversion）

温和噬菌体DNA与菌染色体整合

受菌获得(huòdé)新的性状

如白喉杆菌：β-噬菌体-外毒素基因

不产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌第五十页，共七十页。甲菌乙菌溶菌酶或青霉素处理(chǔlǐ)

原生质体

聚乙二醇重组(zhònɡzǔ)融合体特点：1、不限于个别基因的转移而是整个染色体基因的转移2、同种(tónɡzhǒnɡ)、异种间都可发生3、可获得多种不同表型的重组融合体，但随机性大，寿命短

原生质体融合

(protoplastfusion)第五十一页，共七十页。细菌基因转移与重组的几种方式比较(bǐjiào)

方式基因来源转移机制转化供体菌直接摄取接合雄性菌性菌毛沟通普遍转导供体菌噬菌体介导局限转导溶原菌温和噬菌体介导溶原转换(zhuǎnhuàn)温和噬菌体温和噬菌体感染融合原生质体原生质体融合第五十二页，共七十页。

变异基因型变异(biànyì)

表型变异(biànyì)

基因重组(zhònɡzǔ)基因突变染色体变异

第四节基因突变(Genemutation)DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，分点突变和染色体畸变。变异的类型:基因突变的概念第五十三页，共七十页。突变的类型:①小突变

碱基插入转换(zhuǎnhuàn)

单点突变碱基置换碱基缺失颠换多点突变

②大突变多点突变

染色体重排染色体畸变

染色体重复染色体倒位染色体缺失染色体置换第五十四页，共七十页。染色体畸变类型A～G、X代表不同的DNA片段

野生型倒位重复缺失置换插入第五十五页，共七十页。3.突变规律：自发(zìfā)突变与诱发突变突变率

自发突变：10-6~10-9

诱发突变：提高10~1000倍突变与选择：突变是随机的，不定向的试验：

1943年Luria和Delbruck设计了有名的彷徨试验(fluctuationtest)；

1952年Lederberg等设计了影印培养(replicaplating)。第五十六页，共七十页。103/ml敏感(mǐngǎn)菌10ml10ml立即(lìjí)接种37℃24h含噬菌体平板(píngbǎn)含噬菌体平板37℃24h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。第五十七页，共七十页。影印(yǐngyìn)平板：自发的，随机的，抗生素仅起选择作用第五十八页，共七十页。回复突变与抑制(yìzhì)突变野生(yěshēng)株(wildstrain)突变(tūbiàn)株(mutantstrain)

正向突变回复突变回复突变原因:

突变株中的一个抑制基因突变所致.回复突变可自发或诱导发生。

第五十九页，共七十页。回复突变基因(jīyīn)内抑制(intragenicsuppressor)抑制基因突变发生在同一基因内的不同(bùtónɡ)部位基因(jīyīn)间抑制(extragenicsuppressor)

抑制基因突变发生在不同基因第六十页，共七十页。回复突变基因型模式图基因型回复突变机制(jīzhì)菌株表型突变(tūbiàn)前野生株敏感突变(tūbiàn)后突变(tūbiàn)株耐药

基因内抑制回复突变株敏感

基因间抑制回复突变株敏感第六十一页，共七十页。4.突变型细菌及其分离(fēnlí)：

耐药性突变型药敏试验营养缺陷突变型营养物质筛选条件致死性突变型温度敏感试验发酵阴性突变型乳糖