细菌的遗传与变异课件

医学微生物学2细菌的遗传变异

Bacterialgeneticsandmutations瞿涤博士/教授复旦大学上海医学院1.细菌遗传物质的种类2.细菌基因的水平转移（1）转化、接合、转导、溶原性转换的概念及其在临床实践中的意义。（2）耐药质粒与耐药性的传播。重点与难点基因型变异与表型变异基因型–由细菌的基因组决定，可传给子代表型–基因型在一定环境中所显示的生物性状变异

表型变异受环境的影响暂时性，不遗传基因型变异不受环境的影响稳定，可遗传一、细菌基因组（bacterialgenome）

包括染色体、外源性DNA（质粒、噬菌体的部分或全部的基因组和可移动元件细菌染色体：

dsDNA，580kb～5220kb

复制快：105

bp/min

无组蛋白，无内含子，为连续基因

单倍体：突变后更易表现质粒（plasmid）：独立复制水平转移整合相容性丢失或消除功能：F质粒－转移；Vi质粒－毒力

R质粒－耐药；Col质粒－细菌素转座元件（transposableelement）插入序列

(insertionsequence，IS):750~1550

bp

两端重复序列，与插入有关

中心序列有转位酶基因IS参与沙门菌鞭毛抗原（H）的变异ISH1geneH2geneH1鞭毛抗原H2

鞭毛抗原转座子

(transposon,Tn):2000~25000

bp

两端为IS

中心序列有与转位无关基因

如：毒素基因、耐药基因等整合子（integron，In）：定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构：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噬菌体（bacteriophage）：形态结构: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；分型参与细菌变异：转导,溶原性转换二、基因突变影印平板：自发的，随机的，非诱导的药

物仅起选择作用彷徨试验：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。突变型细菌及其分离鉴定：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发酵试验三、基因的转移基因转移：供体菌提供DNA；受体菌接受DNA基因转移类型基因来源转移方式举例转化供体菌受体菌摄入链球菌荚膜变异接合供体菌性菌毛R质粒介导的耐药性转递转导供体菌噬菌体介导金黄色葡萄球菌耐药传递溶原型转换噬菌体前噬菌体白喉棒状杆菌产毒株的变异影响因素：供受体菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高感受态（competence）：生理活动过程中摄取转化因子的最佳时期环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转化转导（transduction）噬菌体媒介将供体菌DNA转给受体菌分普遍性转导和局限性转导毒性噬菌体，温和噬菌体包装错误：

任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体：

宿主菌DNA，

无噬菌体DNA受体菌接受转导噬菌体(供体菌)DNA受体菌获得供体菌性状普遍性转导：接合（conjugation）通过性菌毛将供体菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状F质粒（fertilityfactor,致育因子）接触：性菌毛与受体菌细胞质沟通转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成复制：F－菌转为F＋菌F+F-F+F-F+F+F+F+性菌毛F质粒复制F质粒染色体R质粒耐药传递因子：

编码性菌毛r决定因子：耐药溶原性转换（lysogenicconversion）噬菌体DNA与菌染色体整合受体菌获得新的性状如白喉棒状杆菌：

β-棒状杆菌噬菌体-外毒素基因

不产毒白喉棒状杆菌

产毒白喉棒状杆菌诊断困难

H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛

S→R变异：消失荚膜或多糖

抗原性改变

毒力下降，生化反应改变治疗困难：耐药预防：BCG四、实际应用Ames试验：基因工程载体：质粒，噬菌体工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等基因工程疫苗细菌基因转移的类型及其主要差异？何谓Transposon、IS、F质粒、R质粒、Hfr和Ames试验？影印试验验证何种理论？研究细菌的突变在临床上有何意义？思考题中英文关键词(keywords)Chromsome

（染色体）Plasmid（质粒）TransposableElements（转座元件）Lysophage(temperate)phage（温和噬菌体）Virulentphage（烈性噬菌体）Prophage（前噬菌体）HorizontalGenetransfer（水平基因转移）Transformation（转化）Transduction（转导）Generaltransduction（普遍性转导）Lysogenic（specific）transduction/conversion（溶原性转换）Conjugation（接合）Ffactor（F

因子）Hfr（高频重组菌株）Rplasmid（R质粒）[1]BrooksGF,CarrollCK,ButelJS,etal.Jawetz,Melnick,&Adelberg'sMedicalMicrobiology,25thed.,(LANGEBasicScience)McCrawHillCo,2009,2010,118[2]LangAS,ZhaxybayevaO,BeattyJT.Genetransferagents:phage-likeelementsofgeneticexchange.NatRevMicrobiol.2012,10(7):472-82[3]CasasV,MaloyS.Roleofbacteriophage-encodedexotoxinsintheevolutionofbacterialpathogens.FutureMicrobiol.2011,6(12):1461-73.[4]MuzziA,DonatiC.Populationgeneticsandevolutionofthepan-genomeofStreptococcuspneumoniae.IntJMedMicrobiol.2011,301(8):619-22.[5]LazcanoA.Naturalhistory,microbesandsequences:shouldn'twelookbackagaintoorganisms?PLoSOne.2011,6(8):e21334.[6]WiedenbeckJ,CohanFM.Originsofbacterialdiversitythroughhorizontalgenetictransferandadaptationtonewecologicalniches.FEMSMicrobiolRev.2011,35(5):957-76.[7]AndamCP,FournierGP,GogartenJP.Multilevelpopulationsandtheevolutionofantibioticresistancethroughhorizontalgenetransfer.FEMSMicrobiolRev.2011,35(5):756-67.课外阅读资料[8]SkippingtonE,RaganMA.Lateralgenetictransferandtheconstructionofgeneticexchangecommunities.FEMSMicrobiolRev.2011,35(5):707-35.[9]vanReenenCA,DicksLM.Horizontalgenetransferamongstprobioticlacticacidbacteriaandotherintestinalmicrobiota:whatarethepossibilities?ArchMicrobiol.2011,193(3):157-68.[10]LeungMM,FlorizoneSM,TaylorTA,etal.ThegenetransferagentofRhodobactercapsulatus.AdvExpMedBiol.2010,675:253-64.[11]HolmgrenL.Horizontalgenetransfer:youarewhatyoueat.BiochemBiophysResCommun.2010,396(1):147-51.[12]RankinDJ,RochaEP,BrownSP.Whattraitsarecarriedonmobilegeneticelements,andwhy?Heredity(Edinb).2011,106(1):1-10.[13]KadoCI.Horizontalgenetransfer:sustainingpathogenicityand