细菌的遗传变异专家讲座

1细菌遗传变异

Bacterialgeneticsandmutations瞿涤博士/教授复旦大学上海医学院细菌的遗传变异第1页1.细菌遗传物质种类2.细菌基因水平转移（1）转化、接合、转导、溶原性转换概念及其在临床实践中意义。（2）耐药质粒与耐药性传输。重点与难点细菌的遗传变异第2页

BCG：牛型结核杆菌（有毒株）

胆汁-甘油-马铃薯培养

13年，230次传代

减毒株（BCG）基因型变异：BCG表型变异：细菌L型细菌的遗传变异第3页基因型变异与表型变异基因型–由细菌基因组决定，可传给子代表型–基因型在一定环境中所显示生物性状变异

表型变异受环境影响暂时性，不遗传基因型变异不受环境影响稳定，可遗传细菌的遗传变异第4页一、细菌基因组（bacterialgenome）

包含染色体、外源性DNA（质粒、噬菌体部分或全部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：突变后更易表现细菌的遗传变异第5页质粒（plasmid）：独立复制水平转移整合相容性丢失或消除功效：F质粒－转移；Vi质粒－毒力

R质粒－耐药；Col质粒－细菌素细菌的遗传变异第6页噬菌体基因组（bacterialphagegenome）

温和型噬菌体全部或部分基因组整合于宿主菌染色体。如β-棒状杆菌噬菌体携带白喉外毒素基因，可整合至白喉棒状杆菌染色体中，使其产毒株。

细菌的遗传变异第7页转座元件（transposableelement）插入序列

(insertionsequence，IS):750~1550

bp

两端重复序列，与插入相关

中心序列有转位酶基因细菌的遗传变异第8页IS参加沙门菌鞭毛抗原（H）变异ISH1geneH2geneH1鞭毛抗原H2

鞭毛抗原细菌的遗传变异第9页转座子

(transposon,Tn):~25000

bp

两端为IS

中心序列有与转位无关基因

如：毒素基因、耐药基因等细菌的遗传变异第10页常见插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因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）

细菌的遗传变异第11页整合子（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个功效元件：重组位点；整合酶基因；开启子经过转座子或接合性质粒，使各种耐药基因在细菌中进行水平传输细菌的遗传变异第12页噬菌体（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；分型参加细菌变异：转导,溶原性转换细菌的遗传变异第13页二、基因突变影印平板：自发，随机，非诱导药

物仅起选择作用细菌的遗传变异第14页基因突变：突变率：10-6~10-9自发突变与诱发突变突变与选择回复突变与抑制突变细菌的遗传变异第15页彷徨试验：随机、非定向突变是在接触噬

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。细菌的遗传变异第16页突变型细菌及其分离判定：耐药性突变型药敏试验营养缺点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细菌的遗传变异第17页三、基因转移基因转移：供体菌提供DNA；受体菌接收DNA基因转移类型基因起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变异细菌的遗传变异第18页转化（transformation）：受体菌主动摄取外源性DNA供体菌死亡时释放或人工方法提取DNA细菌的遗传变异第19页影响原因：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最正确时期环境原因：Mg2＋、Ca2＋等可促进转化细菌的遗传变异第20页转导（transduction）噬菌体媒介将供体菌DNA转给受体菌分普遍性转导和不足转导细菌的遗传变异第21页毒性噬菌体，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受体菌接收转导噬菌体(供体菌)DNA受体菌取得供体菌性状普遍性转导：细菌的遗传变异第22页不足转导（溶原性转换）：温和性噬菌体脱落错误：前噬菌体及两边细菌DNA转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA细菌的遗传变异第23页接合（conjugation）经过性菌毛将供体菌DNA转给受体菌，受体菌取得供体菌性状细菌的遗传变异第24页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质粒染色体细菌的遗传变异第25页Hfr（高频重组菌株）：

F质粒与染色体整合

含有接合和转移功效细菌染色体转移频率高，F质粒转移率低受体菌取得供体菌性状可用于绘制基因图F+HfrF质粒染色体F质粒整合细菌的遗传变异第26页Hfr转移细菌染色体过程细菌的遗传变异第27页R质粒耐药传递因子：

编码性菌毛r决定因子：耐药细菌的遗传变异第28页溶原性转换（lysogenicconversion）噬菌体DNA与菌染色体整合受体菌取得新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

产毒白喉棒状杆菌细菌的遗传变异第29页诊疗困难

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、实际应用细菌的遗传变异第30页Ames试验：细菌的遗传变异第31页基因工程载体：质粒，噬菌体工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶选择目标基因，细菌中表示，如胰岛素、白介素、干扰素等基因工程疫苗细菌的遗传变异第32页细菌基因转移类型及其主要差异？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？研究细菌突变在临床上有何意义？思索题细菌的遗传变异第33页中英文关键词(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）细菌的遗传变异第34页[1]BrooksGF,CarrollCK,ButelJS,etal.Jawetz,Melnick,&Adelberg'sMedicalMicrobiology,25thed.,(LANGEBasicScience)McCrawHillCo,,,118[2]LangAS,ZhaxybayevaO,BeattyJT.Genetransferagents:phage-likeelementsofgeneticexchange.NatRevMicrobiol.,10(7):472-82[3]CasasV,MaloyS.Roleofbacteriophage-encodedexotoxinsintheevolutionofbacterialpathogens.FutureMicrobiol.,6(12):1461-73.[4]MuzziA,DonatiC.Populationgeneticsandevolutionofthepan-genomeofStreptococcuspneumoniae.IntJMedMicrobiol.,301(8):619-22.[5]LazcanoA.Naturalhistory,microbesandsequences:shouldn'twelookbackagaintoorganisms?PLoSOne.,6(8):e21334.[6]WiedenbeckJ,CohanFM.Originsofbacterialdiversitythroughhorizontalgenetictransferandadaptationtonewecologicalniches.FEMSMicrobiolRev.,35(5):957-76.[7]AndamCP,FournierGP,GogartenJP.Multilevelpopulationsandtheevolutionofantibioticresistancethroughhorizontalgenetransfer.FEMSMicrobiolRev.,35(5):756-67.课外阅读资料细菌的遗传变异第35页[8]SkippingtonE,RaganMA.Lateralgenetictransferandtheconstructionofgeneticexchangecommunities.FEMSMicrobiolRev.,35(5):707-35.[9]vanReenenCA,DicksLM.Horizontalgenetransferamongstprobioticlacticacidbacteriaandotherintestinalmicrobiota:whatarethepossibilities?ArchMicrobiol.,193(3):157-68.[10]LeungMM,FlorizoneSM,TaylorTA,etal.ThegenetransferagentofRho