细菌的遗传和变异细菌医学微生物学05课件

第5章细菌的遗传和变异第5章细菌的遗传和变异1遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗传+-可逆性-+外界环境-+变异幅度个别细胞群体遗传性变异（基因型变异）遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗2细菌的变异现象形态、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异细菌的变异现象形态、结构变异3形态结构变异

3-6%食盐

鼠疫耶氏菌多形态性

陈旧培基物

形态结构变异3-6%食盐

4

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌

L型变异抗体或补体

(部分或完全失去胞壁)

青霉素、溶菌酶5特殊结构的变异

42-43℃

炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

变形杆菌0.1%石炭酸

迁徙生长（H）点状生长、单个菌落（O）鞭毛变异特殊结构的变异鞭毛变异6毒力变异增强

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌

获得白喉毒素减弱

胆汁、甘油、马铃薯培养基

牛分枝杆菌卡介苗

13年(230代)

毒力变异增强7耐药性变异

细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌有些细菌还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

长期培养

耐药性变异细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性8菌落变异

在陈旧培养基中长期培养

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特异多糖菌落变异在陈旧培养9细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质

质粒转位因子细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质质粒10质粒（plasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。特征自我复制能力编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除转移性相容性和不相容性质粒（plasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双11几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒代谢质粒几种重要的质粒12转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷13插入序列（insertionsequence,IS）是最小的转位因子，＜2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域转座子（transposon,Tn）＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。IS

ISResistanceGene(s)Tn插入序列（insertionsequence,IS）IS14转座子的特征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）转座子的特征转座子携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3A15转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。转座噬菌体或前噬菌体16细菌的变异机制基因的突变和损伤后修复基因的转移和重组细菌的变异机制基因的突变和损伤后修复17基因的转移和重组基因转移（genetransfer）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基因转移。重组（recombination）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。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。基因的转移和重组基因转移（genetransfer）18转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片19转化试验转化试验20转化因子（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）转化因子（transformingprinciple）21接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。

接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将22F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRec23R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。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。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。R质粒的接合24R质粒耐药传递因子（resistancetransferfactor,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质粒25转导（transduction）以温和噬菌体为载体，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。

普遍性转导（generalizedtransduction）局限性转导（restrictedtransduction）转导（transduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌26普遍性转导

generalizedtransduction

前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。普遍性转导

generalizedtransduction27供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA28细菌的遗传和变异细菌医学微生物学05课件29结果完全转导流产转导未整合整合结果未整合整合30局限性转导restrictedtransduction或称特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。局限性转导restrictedtransduction或31普遍性转导与局限性转导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)普遍性转导与局限性转导的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因32溶原性转换（lysogenicconversion）当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状。白喉棒状杆菌、A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌溶原性转换（lysogenicconversion）当噬33基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenicconversion噬菌体整合基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取c34细菌遗传变异的实际意义在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用在流行病学中的应用在基因工程中的应用细菌遗传变异的实际意义在疾病的诊断、治疗与预防中的应用35在疾病的诊断、治疗与预防中的应用

形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化耐药菌株日益增多，预防耐药性药敏实验早期足量要有一定疗程,联合用药不要滥用减毒菌株和无毒株可制备成疫苗在疾病的诊断、治疗与预防中的应用

形态、结构、染色性、生化特36在测定致癌物质中的应用凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。Ames实验伤寒沙门菌（his-）（his+）在测定致癌物质中的应用凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致37在流行病学中的应用分子生物学分析方法已被用于流行病学调查质粒指纹图（PFP）对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性在流行病学中的应用分子生物学分析方法已被用于流行病学调查38在基因工程中的应用基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的切取目的基因→连接到载体上→转移到工程菌内，大量表达目的基因产物目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品在基因工程中的应用基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和39第5章细菌的遗传和变异第5章细菌的遗传和变异40遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗传+-可逆性-+外界环境-+变异幅度个别细胞群体遗传性变异（基因型变异）遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗41细菌的变异现象形态、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异细菌的变异现象形态、结构变异42形态结构变异

3-6%食盐

鼠疫耶氏菌多形态性

陈旧培基物

形态结构变异3-6%食盐

43

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌

L型变异抗体或补体

(部分或完全失去胞壁)

青霉素、溶菌酶44特殊结构的变异

42-43℃

炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

变形杆菌0.1%石炭酸

迁徙生长（H）点状生长、单个菌落（O）鞭毛变异特殊结构的变异鞭毛变异45毒力变异增强

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌

获得白喉毒素减弱

胆汁、甘油、马铃薯培养基

牛分枝杆菌卡介苗

13年(230代)

毒力变异增强46耐药性变异

细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌有些细菌还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

长期培养

耐药性变异细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性47菌落变异

在陈旧培养基中长期培养

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特异多糖菌落变异在陈旧培养48细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质

质粒转位因子细菌遗传变异的物质基础基因组：染色体和染色体外遗传物质质粒49质粒（plasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。特征自我复制能力编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除转移性相容性和不相容性质粒（plasmid）细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双50几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒代谢质粒几种重要的质粒51转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷52插入序列（insertionsequence,IS）是最小的转位因子，＜2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域转座子（transposon,Tn）＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。IS

ISResistanceGene(s)Tn插入序列（insertionsequence,IS）IS53转座子的特征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）转座子的特征转座子携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3A54转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。转座噬菌体或前噬菌体55细菌的变异机制基因的突变和损伤后修复基因的转移和重组细菌的变异机制基因的突变和损伤后修复56基因的转移和重组基因转移（genetransfer）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基因转移。重组（recombination）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。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。基因的转移和重组基因转移（genetransfer）57转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化（transformation）供体菌裂解游离的DNA片58转化试验转化试验59转化因子（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）转化因子（transformingprinciple）60接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。

接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。接合（conjugation）细菌通过性菌毛相互连接沟通，将61F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRec62R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。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。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。R质粒的接合63R质粒耐药传递因子（resistancetransferfactor,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质粒64转导（transduction）以温和噬菌体为载体，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。

普遍性转导（generalizedtransduction）局限性转导（restrictedtransduction）转导（transduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌65普遍性转导

generalizedtransduction

前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。普遍性转导

generalizedtransduction66供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA供体菌受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA67细菌的遗传和变异细菌医学微生物学05课件68结果完全转导流产转导未整合整合结果未整合整合69局限性转导restrictedtransduction或称特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。局限性转导restrictedtransduction或70普遍性转导与局限性转导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