第04章 细菌的遗传变异

病原生物学教研室DepartmentofpathogenicBiologyofGannanMedicalUniversity医学微生物学MedicalMicrobiology张文平Tel-Mail:wenping498@163.com第四章细菌的遗传变异概述细菌的形态结构、生理代谢、致病性和耐药性等性状都是由基因决定的。细菌的基因决定了同一种间的相似性及个体间的差异性。遗传：子代与亲代间生物学性状的相似性。变异：子代与亲代间以及子代与子代间生物学性状的差异。基因型：指生物的遗传型，即控制性状的基因组合类型。是生物体从它的亲本获得全部基因的总和。表型：在一定条件下，特定基因实际表现出来的各种性状。概述基因型变异表型变异原因基因改变环境因素可逆性不可可遗传性可不可变异细菌个别全部基因型和表型变异的比较概述细菌变异的现象1.形态结构变异：L型菌；鞭毛、荚膜、芽胞变异等2.毒力变异：毒力减弱-疫苗制备；毒力增强-细菌战3.耐药性变异：临床治疗中严重问题4.菌落变异：从光滑型（S）粗糙型（R）5.抗原性变异：与细菌鉴定有关第一节细菌的遗传物质1.细菌染色体概念：一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋成松散网状结构，附着在横隔中介体或细胞膜上。特征：相对较小，只有一个复制肇始位点不含组蛋白,无核膜包裹功能上密切相关的基因组成操纵子形式存在基因是连续的，结构基因无内含子较少重叠基因大部分DNA用于编码蛋白质大多情况下，结构基因为单倍体1.细菌染色体功能：细菌的主要遗传物质；决定细菌的基因型；为细菌生命活动所必需。2.质粒概念：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双股DNA，位于细菌细胞质内，能自我复制、控制着细菌的某些生物学性状。特征：可自我复制;编码细菌某些重要的生物学性状;非细菌生活所必需，可自行丢失与消除;转移性:接合/转化/传导方式转移;相容性与不相容性。2.质粒种类：F质粒（致育质粒）：编码性菌毛。有：雄性菌（F+）无：雌性菌（F-）R质粒（耐药性质粒）：编码耐药性。接合性R质粒：通过性菌毛转移非接合性R质粒：通过噬菌体转移2.质粒种类：Vi质粒（毒力质粒）：编码毒力因子。

如：K质粒：编码粘附结构

ST或LT质粒：编码肠毒素Col质粒（细菌素质粒）：编码细菌素。

如：大肠杆菌Col质粒：编码大肠菌素代谢质粒：编码代谢酶。3.转座因子概念：细菌DNA内一段核苷酸序列，能在质粒之间、质粒与染色体之间自行转移位置，是细菌菌体内可移动的遗传物质意义：改变遗传物质的核苷酸序列影响插入点附近基因的表达（失活）直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组均能造成细菌性状的变异

3.转座因子分类：插入序列(IS)750~1550bp两端重复序列，与插入有关中心序列有转位酶基因3.转座因子转座子(Tn)750~1550bp两端为IS中心序列有与转位无关基因如：毒素基因、耐药基因等常见的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因IS1768Tn1AP（氨苄青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四环素）IS41426Tn551Em（红霉素）IS51195Tn681E.coliET（肠毒素）4.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5.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。第三节基因转移和重组概述基因转移：外源性遗传物质由供体菌转入受体菌细胞内的过程。基因重组：转移的基因与受体菌DNA发生整合。类型

基因来源

转移方式转化

供菌

受菌摄入接合

供菌

通过性菌毛转导

供菌

噬菌体媒介溶原性转换

噬菌体

前噬菌体①概念：受体菌直接摄取供体菌裂解后游离的DNA片段而获得新性状。转化因子：在转化过程中转化的DNA片段。分子量＜1×107,≯10-20个基因。②实验依据：肺炎链球菌荚膜S型菌落R型菌落毒力ⅢS型菌＋＋＋ⅡR型菌－＋－1、转化（transformation）小鼠体内肺炎球菌转化试验肺炎链球菌的转化试验

机制：感受态受体菌摄取同源DNA后发生重组+吸附摄入重组突变株DNA受体④影响转化的因素：供、受菌的基因型转化因子分子量小于1×107，不超过10~20个基因，才可能被受体菌摄取受体菌必须处于感受态时，才能摄取转化因子环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等可维持DNA的稳定性，促进转化作用。①概念：通过性菌毛连接沟通，将遗传物质（质粒或染色体DNA)从供体菌转移给受体菌的过程。

接合性质粒：F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒

非接合性质粒

②常见方式2、接合（conjugation）电镜下的接合F＋菌F－菌F质粒的接合性菌毛末端-受体接合桥形成F质粒形成切口，一条DNA链进入受体菌内F质粒留在供体细胞的一条链进行复制并形成互补链F-菌F+菌F-菌F+菌F-菌F+菌F+菌F+菌F＋F＋F＋F-F+F_性菌毛F+F+F_高频重组菌（highfrequencyrecombinant，Hfr菌）：整合后的细菌能高效地转移染色体上的基因。

HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-F+菌HfrF质粒F’菌F’质粒雄性菌：（性菌毛）F’菌Hfr菌F+菌R质粒的接合单独存在不能发生质粒接合性传递a）组成耐药性传递因子（resistancetransferfactor，RTF）耐药决定子（r决定子）存在方式：RTFrRTF+r

RTF:编码性菌毛和转移质粒r决定子：编码耐药性b）功能ISRTFr决定子RTFr决定子ISTn9Tn4Tn5R质粒结构图分子量较小；无编码转移体系所需要的基因，故不能单独结合传递；但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒（F或R质粒），其可被诱动传递。非接合性质粒：3、转导（Transduction）1）概念：以温和噬菌体为载体，将供菌体的一段DNA转移到受体菌体内，使受体菌获得新的性状。2）类型局限性转导/特异性转导普通性转导A.普遍性转导:噬菌体转导供体菌染色体上任何部位DNA片段，发生于裂解期。

完全转导：供体菌DNA片段与受体菌染色