2022年医学专题-第5章-细菌的遗传与变异-1

细菌(xìjūn)的遗传与变异第5章第一页，共七十五页。

遗传：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。

变异：子代与亲代以及(yǐjí)子代与子代之间的生物学性状出现差异。第二页，共七十五页。细菌的变异(biànyì)现象

形态(xíngtài)结构变异抗原性变异菌落的变异（S-R变异）毒力变异卡介苗耐药性变异第三页，共七十五页。大肠杆菌(dàchánɡɡǎnjūn)恩诺沙星药物培养基上

第四页，共七十五页。

青霉素、溶菌酶

正常(zhèngcháng)形态细菌

L型变异

抗体或补体

葡萄球菌(pútáoqiújūn)

葡萄球菌L型第五页，共七十五页。变形杆菌的迁徙(qiānxǐ)生长

H－O变异(biànyì)培养基中含0.1％石炭酸第六页，共七十五页。耐药性变异(biànyì)青青第七页，共七十五页。

细菌(xìjūn)的变异表型变异（非遗传性变异）基因型变异（遗传性变异）第八页，共七十五页。Sec.1细菌(xìjūn)的遗传物质

第九页，共七十五页。细菌(xìjūn)的遗传物质细菌(xìjūn)的染色体质粒转座因子(yīnzǐ)整合子、噬菌体基因组第十页，共七十五页。1、细菌(xìjūn)的染色体

(BacterialChromosome)

细菌属于原核细胞型微生物。

细菌染色体是单环状双螺旋DNA，不含组蛋白，无核膜包围。一般(yībān)情况下，细菌的DNA呈长链状,有几千个碱基对组成。控制细菌的绝大多数遗传性状。第十一页，共七十五页。细菌(xìjūn)的染色体第十二页，共七十五页。2、质粒

(plasmid)

是染色体外的遗传物质，存在于细胞质中为双股闭合环状DNA,带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状。

❀性菌毛形成(xíngchéng)

❀耐药性产生等第十三页，共七十五页。质粒的特性(tèxìng)

1.质粒可自身复制

2.质粒可编码很多重要的生物学性状(xìngzhuàng)：

（1）致育质粒或F质粒(fertilityplasmid).

（2）编码相关毒力因子的质粒称毒力质粒或Vi质粒（virulenceplasmid）.

（3）

通过接合方式传递的耐药质粒称R质粒（resistenceplasmid）；非接合性耐药质粒

（4）细菌素质粒:Col质粒

（5）代谢质粒

3.质粒不是细菌生命活动所必需的。

4.质粒可从一个细菌转移至另一个细菌。

5.相容性与不相容性质粒。第十四页，共七十五页。

重要(zhòngyào)的质粒

致育质粒:F质粒(fertilityplasmid)

耐药性质粒:R质粒(resistanceplasmid)

非接合性耐药质粒毒力质粒或Vi质粒（virulenceplasmid)

细菌素质粒:Col质粒代谢质粒：编码(biānmǎ)与代谢有关的酶类。第十五页，共七十五页。3、转座因子

（transposableelement）

是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列(xùliè)，这种转座作用可以发生在同一染色体上，也可以在染色体之间或质粒之间，甚至在染色体和质粒之间。第十六页，共七十五页。两种主要的转座因子插入序列(IS)Insertion

sequence转座子Transposon第十七页，共七十五页。

插入序列

---（Insertionsequences，IS)

最简单的的转位因子，大小约750～1550bp，两端有反向重复(chóngfù)序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及与转录有关的调节蛋白。IS可独立存在,也可成为转座子的一部分。第十八页，共七十五页。

转座子(Transposon,Tn)

大小约2000～2500bp，除两端的IS外，还携带耐药性基因、毒素基因及其他结构基因等。可能与细菌(xìjūn)的多重耐药性有关。IS

ISResistanceGene(s)第十九页，共七十五页。常见(chánɡjiàn)的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素(dúsù)基因IS1768Tn1

AP（氨苄青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四环素）IS41426Tn551Em（红霉素）IS51195Tn681E.coliET（肠毒素）第二十页，共七十五页。转座子的特征(tèzhēng)转座子携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（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）第二十一页，共七十五页。4、整合(zhěnɡhé)子

是一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合(zhěnɡhé)外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。它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。第二十二页，共七十五页。Generalcharacteristicsofintegrons.整合子的基本结构由1个编码整合酶(integrase)的Intl基因、2个基因重组位点attI和attc、启动子和耐药基因盒组成。基因盒是单一的可移动的DNA分子，通常以独立的状态存在，只有当它被整合子捕获并整合到整合子中才能转录。基因盒是由一个开放阅读框(ORF基因)和一个反向不完全重复序列即59一碱基单元(baseelement，be)组成，59-be是整合酶的识别位点。一个整合子可以捕获一个或多个基因盒，被捕获的基因盒5端与attI位点发生特异(tèyì)重组；3端的59-be片段与attc发生特异重组。第二十三页，共七十五页。第二十四页，共七十五页。Transcriptionalcontrolofresistancegeneexpressioninclass1integrons.基因盒通常不含启动子，但一旦基因盒插入整合子，这个基因就能在5‘保守(bǎoshǒu)端的共同启动子Pant作用下转录。第二十五页，共七十五页。5、噬菌体基因组

噬菌体是感染细菌、真菌(zhēnjūn)、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。第二十六页，共七十五页。Sec.2细菌基因(jīyīn)表达的调节第二十七页，共七十五页。大肠杆菌(dàchánɡɡǎnjūn)乳糖操纵子PPIOZYAPPIOZYAPPIZYA

阻遏蛋白ImRNAmRNA阻遏蛋白

阻断mRNA转录mRNA阻遏蛋白mRNAmRNA转录和翻译阻遏蛋白灭活诱导物第二十八页，共七十五页。Sec.3基因(jīyīn)的转移与重组

第二十九页，共七十五页。

基因转移外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为(chēnɡwéi)基因转移。

重组转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组,使受体菌获得供体菌的某些性状。基因(jīyīn)转移与重组

genetransferandrecombination第三十页，共七十五页。

转化(zhuǎnhuà)

transformation

接合conjugation

转导transduction

溶原性转换lysogenicconversion

原生质体融合protoplast

fusion***基因转移(zhuǎnyí)与重组的方式

第三十一页，共七十五页。

***

转化

（transformation）

转化是供体菌裂解(lièjiě)释放的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的遗传性状。第三十二页，共七十五页。

小鼠体内(tǐnèi)肺炎链球菌的转化试验第三十三页，共七十五页。转化因子（transformingprinciple）在转化过程(guòchéng)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。转化(zhuǎnhuà)型细菌

原菌性状(xìngzhuàng)第三十四页，共七十五页。影响(yǐngxiǎng)因素

供、受菌基因型：

同源性；亲缘(qīnyuán)关系近，转化率高

感受态（competence）：

环境因素

Mg2＋、Ca2＋、cAMP等可促进转化第三十五页，共七十五页。

***

接合（conjugation)

细菌通过性菌毛相互沟通，将遗传(yíchuán)物质(主要是质粒DNA)由供体菌传递给受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变，称为接合。第三十六页，共七十五页。接合第三十七页，共七十五页。接合(jiēhé)F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient第三十八页，共七十五页。FplasmidHfrF+SexpilusF+Hfr第三十九页，共七十五页。第四十页，共七十五页。F’F’F’F’F’F-F’F-第四十一页，共七十五页。接合(jiēhé)R质粒的接合日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释(jiěshì)。健康人中大肠埃希菌30%~50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。第四十二页，共七十五页。R质粒的接合(jiēhé)耐药传递(chuándì)因子(resistance

transferfactor,RTF)

①编码性菌毛

②质粒复制接合③接合转移耐药决定(juédìng)子–R(resistancedeterminant)

决定菌株的耐药性R质粒第四十三页，共七十五页。R质粒耐药传递(chuándì)因子（RTF）与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移耐药（r）决定子r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列，如Tn9带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，Tn5带有卡那霉素的耐药基因。Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeteminant第四十四页，共七十五页。R质粒结构图ISRTFISR决定(juédìng)子Tn9Tn4Tn5氯霉素氨苄青、链、磺胺(huánɡàn)卡那等耐药基因耐药基因耐药基因

第四十五页，共七十五页。***转导（transduction）

转导由噬菌体介导，将供体菌的DNA片段转入受体菌，使受体菌获得(huòdé)供体菌的部分遗传性状。第四十六页，共七十五页。

普遍性转导(zhuǎndǎo)

--generalizedtransduction

毒性噬菌体和温和噬菌体均可介导普遍性转导,当噬菌体装配时,误将细菌染色体片段或质粒装入噬菌体内，产生(chǎnshēng)一个转导噬菌体,再感染其它菌时，可将供体菌的遗传物质转移给受体菌。因被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，所以称为普遍性转导。第四十七页，共七十五页。普遍性转导(zhuǎndǎo)第四十八页，共七十五页。

普遍性转导(zhuǎndǎo)模式图第四十九页，共七十五页。

局限性转导(zhuǎndǎo)（restrictedtransduction)

温和噬菌体在终止溶原状态脱离原宿主菌时，发生偏差脱离，连同相邻(xiānɡlín)的一段细菌染色体基因包进噬菌体衣壳内，再感染其他细菌时将原宿主菌的基因转移给新宿主菌，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。第五十页，共七十五页。局限性转导(zhuǎndǎo)模式图正常脱离断裂再接偏差脱离断裂再接第五十一页，共七十五页。局限性转导(zhuǎndǎo)模式图第五十二页，共七十五页。

***溶原性转换(zhuǎnhuàn)

（lysogenicconversion）

是以前噬菌体的DNA与细菌(xìjūn)染色体重组、导致细菌的基因型发生改变。第五十三页，共七十五页。白喉(báihóu)棒状杆菌：无毒β棒状杆菌(gǎnjūn)噬菌体溶原性细菌(xìjūn)：产毒素

溶原性转换第五十四页，共七十五页。

原生质体融合(rónghé)

--protoplastfusion将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彼此(bǐcǐ)融和的过程。第五十五页，共七十五页。原生质体融合(rónghé)Protoplastfusion第五十六页，共七十五页。Sec.4基因突变(jīyīntūbiàn)

基因突变(jīyīntūbiàn)是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，可分点突变和染色体畸变。第五十七页，共七十五页。

细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是DNA序列的永久性变化,包括小突变、大突变。小突变:细菌DNA上核苷酸序列的改变,为一个(yīɡè)或几个碱基的置换、插入或丢失,出现的突变只影响到一个或几个基因。大突变:

涉及大段DNA序列发生的突变。突变

--mutation第五十八页，共七十五页。

转换

A—TC—G

碱基置换

颠换

A—G,C—TDNA序列的改变(gǎibiàn)

移码

移码变异

第五十九页，共七十五页。1.自发突变(tūbiàn)与诱导突变(tūbiàn):

人工诱导产生的突变为诱导突变。2.突变律自发突变律：10-6~10-9

诱导突变律：10-4~10-6一、基因突变(jīyīntūbiàn)规律第六十页，共七十五页。

彷徨试验:随机的,非定向的突变是在接触(jiēchù)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。第六十一页，共七十五页。3.突变(tūbiàn)与选择影印试验（replicaplanting）第六十二页，共七十五页。无抗生素平板(píngbǎn)含抗生素平板(píngbǎn)（培养后）耐药菌落(jūnluò)标记点灭菌的丝绒

培养液培养液混浊澄清（含抗生素液体培基）

影印培养示意图第六十三页，共七十五页。

突变是随机的，不定向的。要从菌群中找出个别突变菌，必须将菌群放在一种利于突变菌而不利于其他菌生长的环境中，才能将突变株选择出来。突变是细菌在接触(jiēchù)抗生素之前已经发生，而且突变发生越早，产生抗性突变株的比例就越多。第六十四页，共七十五页。4、回复突变与抑制突变细菌由野生型变为突变型是正向突变。有时突变株经过又一次突变可恢复(huīfù)为野生型的性状，这种第二次突变称为回复突变。

野生型突变型

正向(zhènɡxiànɡ)突变

回复突变第六十五页，共七十五页。普通(pǔtōng)培养基含抗生素培养基第六十六页，共七十五页。突变型细菌及其分离-表型性状鉴定抗性突变型

噬菌体抗性突变型耐药性突变用药敏试验鉴定。营养缺陷突变型不再合成某种营养物质,另外添加。His-菌,组氨酸缺陷菌,组氨酸培养基筛选。条件致死性突变型大肠艾希菌ts株,30℃生存,42℃不能生存。发酵阴性(yīnxìng)突变型失去某种糖发酵能力,乳糖。第六十七页，共七十五页。

1.影响细菌学诊断

2.预防耐药菌株的扩散

3.制备菌苗－卡介苗

4.检测致癌物

5.基因工程(jīyīngōngchéng)方面的应用Sec.5细菌(xìjūn)遗传变异在医学上的实际意义第六十八页，共七十五页。在疾病的诊断(zhěnduàn)、治疗与预防中的应用

形态、结构、染色性、生化特性、