医学微生物学 细菌的遗传和变异

细菌的遗传和变异1

遗传(heredity):

子代与亲代的相似性变异（variation):

子代与亲代的差异基因型变异（genotypicvariation）

—

遗传物质结构改变而引起表型变异（phenotypicvariation）

—外界环境条件作用而引起2形态变异

3-6%食盐

鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。

琼脂培基

第一节细菌的变异现象3L型变异

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌──────→L型变异

(部分或完全失去胞壁)

4特殊结构变异

42-43℃

炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力,

10-20天毒性降低

变形杆菌（H）1%石炭酸（O）迁徙生长单个菌落鞭毛变异5菌落变异

陈旧培养基中传代5-6次

光滑型菌落─────→粗糙型菌落

S失去LPS的特异性R

多糖重复单位SR变异为全面变异。6毒力变异

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌────→获得白喉毒素

胆汁、甘油、马铃薯培养基

牛型结核杆菌────────→卡介苗

13年(230代)7耐药性变异金黄色葡萄球菌耐PNC的菌株已从1946年的14%上升至目前的90%以上。有些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

8第二节细菌的遗传物质

细菌的遗传物质是DNA，其存在形式有染色体及染色体外的遗传物质（质粒、噬菌体、转座因子、整合子）。

基因：一段具有特定功能和结构的连续DNA片段。

基因组：存在于生物单倍体细胞的全套基因。

基因组学与蛋白组学9一、细菌染色体（chromosome）

环状双螺旋的DNA长链、按一定结构反复回旋成松散的网状结构附着于横隔中介体或细胞膜特点：1、多为单拷贝基因2、功能相关的基因高度集中成操纵子3、具有连续的基因结构，无内含子4、转录后的RNA无需剪切5、大部分基因均能编码蛋白质10细菌染色体的复制－－半保留复制11致病岛（pathogenicityisland）－－位于致病菌染色体上－－编码与毒力相关基因的外源性DNA片断－－常为分子量较大（20～100kbp）的基因群－－两侧往往含有重复序列或插入序列－－其G＋C％与密码使用与宿主菌染色体有明显差异12

细菌染色体外的遗传物质，为环状、闭合的双股DNA；能自我复制；并非细菌生命活动所必需，可以自然丢失，也可以在细菌间转移；赋予细菌某些重要的生物学性状；具有相容性与不相容性。二、质粒（plasmid)131415质粒的分类：1、接合性质粒与非接合性质粒2、紧密型质粒与松弛型质粒3、相容性质粒与不相容性质粒4、具质粒基因编码的生物学性状分代谢质粒；细菌素质粒（col质粒）等致育性质粒（F质粒）；耐药性质粒（R质粒）16

侵袭细菌等微生物的病毒，具有严格的宿主特异性，也是赋予宿主菌生物学性状的遗传物质。

据其感染微生物的后果分为毒性噬菌体与温和噬菌体。三、噬菌体（bacteriophage)17一）生物学性状1、形态个体微小，有蝌蚪形、微球形和细杆形18蝌蚪形噬菌体结构模式图2、结构:头部——六棱柱体尾部——管状器官193、化学组成--DNA或RNA核酸：--位于头部中央蛋白质：--构成头部外壳及尾部--保护核酸--决定噬菌体的表型特征204、抗原性--具有抗原性，能刺激机体产生抗体--抗体能阻止相应噬菌体侵袭敏感菌--主要表现在阻断吸附5、抵抗力--比一般细菌繁殖体强，70摄氏度30min不失活；但紫外10-15min可灭活21二）噬菌体与宿主的相互关系1.毒性噬菌体的溶菌周期Virulentphage---能在敏感宿主菌内大量增殖并使之裂解的噬菌体溶菌周期吸附—

穿入—生物合成与装配—成熟与释放基因的复制蛋白质的合成(脱壳)22Adsorption吸附23Penetration穿入

24BiologicalSynthesis

生物合成

25MaturationandRelease

成熟和释放

26Lyticcycle27噬菌现象液体培养基——浑浊变澄清固体培养基——噬菌斑噬斑荧光假单胞菌282、溶原性噬菌体或温和噬菌体---噬菌体基因整合于宿主菌基因组中，并随染色体复制而复制，随菌分裂而传给子代Lysogenicphage前噬菌体（prophage）---整和在细菌基因组中的噬菌体基因组溶原性细菌（lysogenicbacterium）---带有前噬菌体基因组的细菌29Adsorption吸附30Penetration穿入

31Integration整合

32Lysogeniccycle3334Induction35Replication36MaturationandRelease3738四、转座因子（tranponsableelement)

细菌染色体或质粒DNA分子中一段特异的核苷酸序列片段，可在DNA分子中随机转移，但须依附于染色体或质粒同时复制。

主要有三类：插入序列（IS）转座子(Tn)

转座噬菌体（Mu噬菌体）39TransposaseABCDEFGGFEDCBA插入序列（insertionsequence,IS）--最小的转位因子，长度不超过2kb--不携带任何与插入功能无关的基因区域--往往插入后与插入点附近序列共同起作用可能是原细胞正常代谢的调节开关之一40--转座子可能与细菌的多重耐药性有关

IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)转座子（transposon,Tn）--长度>2kb，除携带与转位有关的基因,

还携带多种结构基因41---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（Mu噬菌体）---一些具有转座功能的溶原性噬菌体---从细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌的DNA片段，故在遗传物质转移中起载体作用42五、整合子（Integron，In)

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，使之转化为功能性基因的表达单位。可存在于染色体、质粒或转座子上，是细菌固有的遗传单位。

又称为整合子—基因盒系统（integron-genecassettessystem）43组成中间的可变区域1个或多个基因盒3’端保守区（3CS）5’端保守区（5CS）整合子—基因盒系统的结构445’3’intIgene2gene1

整合子结构示意图attIABCP1P2P5´3´geneRYYYAACGTTRRRYattCattC455CSintI基因编码整合酶integrase，催化基因盒整合至具有同源性的短序列（attI或attC）之间外源基因整合位点attI两个启动区域据intI基因的不同，可将In分为六类整合酶启动子可变区启动子46由3个ORF组成

qacE1编码季胺类化合物耐药性

sul1编码磺胺类药物耐药性

ORF5功能不明3CS47基因盒（genecassettes）可移动的小分子DNA，仅携带一个基因和一个特异性重组位点（即attC），不含启动子attC的两端为7个bp的回文序列目前发现的基因盒携带的基因绝大多数为抗生素耐药基因48整合子与转位因子的关系整合子是缺陷转座因子或转座因子的变体整合子缺少转座基因，不能启动自身转移基因盒不以反向重复序列为界49一、突变突变（mutation)—遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，包括置换、插入、缺失。分为：点突变和染色体畸变自然突变诱发突变第三节细菌变异的机理50突变的规律（1）随机性、不对应性（2）稀有性、自发突变率低（3）可诱导性（4）可逆性5152一）转化（transformation)概念：供体菌受体菌（转化子）游离DNA(转化因子)

直接摄取条件：供、受体菌具有同源性2.受体菌处于感受态（对数生长期）二、基因的转移与重组53转化因子（transformingprinciple）--同源的、未变性的双链DNA分子--相对分子量为106~108感受态（competence）--细菌表面带有大量吸附DNA的受体，包括DNA

结合蛋白、细胞壁自溶素、各种核酸酶。--感受态常出现在细菌的对数生长期5455565758二）接合（conjugation)概念：供体菌受体菌特点：供一受菌直接接触接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒。性菌毛质粒或染色体DNA59

方式：1)F+ⅹF-2F+

F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient60F+F+HfrHfr菌株：高频重组菌株（Highfrequencyofrecombination)F质粒整合到染色体上,与染色体一起复制，整合后的细菌能以高频率转移该菌染色体上的基因。

Hfr菌上的F质粒也可被正常切割，Hfr菌变为F+菌。61HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-

2）HfrⅹF-F-62F’F’F’F’F’F-F’F-3）F’质粒：Hfr菌上的F质粒被异常切割时，常带有染色体上几个邻近的基因，可导致其再感染菌遗传物质的改变，此为性导。63--编码对抗菌药物的耐药性4)R质粒的接合--R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关--R质粒的组成--编码性菌毛的产生耐药传递因子（RTF）耐药决定因子--几个转座子连接相邻排列Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant64三）转导（transduction)概念：供体菌受体菌1.普遍性转导裂解末期的装配错误所致，可转导供体菌的任一基因片段。分为：（1）完全转导（2）流产转导供体DNA噬菌体65普遍性转导（Generalizedtransduction）66Generalizedtransduction67Generalizedtransduction68Generalizedtransduction6970galbiogalbiogalbiogalbiobiogal2.局限性转导

溶原期的偏差脱落所致，只转导供体菌染色体上个别特定的基因片段。71普遍性转导与局限性转导的区别较普遍转导增加1000倍(10-4)受体菌的10-7转导频率受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性完全转导或流产转导转导的后果噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位供体菌染色体DNA任何部位或质粒转导的遗传物质溶原期裂解期基因转导发生的时期局限性转导普遍性转导区别要点72四）溶原性转换（lysogenicconversion)导致细菌获得新的性状温和噬菌体以前噬菌体的形式与细菌染色体发生重组7374五）原生质体融合（protopastfusion)--两种不同的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融合的过程

--一种人工基因转移系统，本质上与基因转