《医学免疫学与医学微生物学》课件第十二章-细菌的遗传与变异

细菌的遗传与变异第十二章基本概念遗传变异指亲代细菌与子代细菌之间的生物学特征（形态、结构、免疫原性等）的相似性。它使细菌的性状保持相对稳定，是各种细菌存在的根据。

指亲代与子代以及子代细菌之间的生物学特征的差异。

遗传性变异（不可逆的）微生物的变异 非遗传性变异（可逆的）基因型变异：是由于基因突变或基因的转移与重组引起的。变异产生的新性状可稳定地传给子代，是不可逆的。表型变异：由外界环境的影响作用引起的变异，无基因结构的改变。不能遗传，是可逆的。第一节噬菌体噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌、支原体或螺旋体等微生物的病毒，与细菌的变异密切相关（是赋予宿主菌生物学性状的遗传物质）。在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。具有病毒的特性：个体微小，可以通过细菌滤器没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成专性细胞内寄生的微生物严格的宿主特异性分布极广---有细菌的地方，就可能有相应的噬菌体形态个体小，需用电子显微镜观察蝌蚪形、微球形和丝形噬菌体的生物学性状电镜下见噬菌体×40000电镜下见噬菌体与宿主菌细胞膜表面接合×40000大肠埃希菌T2噬菌体蝌蚪形噬菌体结构模式图核酸衣壳头部：内含DNA/RNA尾部：包括中空尾髓、尾鞘、尾丝、尾刺等。尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受体部位。头部尾部尾鞘收缩尾丝与受体菌表面结合特异性特异性特异性！尾髓尾鞘

噬菌体与宿主菌的相互关系

噬菌体的种类及繁殖周期毒性噬菌体---溶菌周期温和性噬菌体---溶原周期毒性噬菌体(virulentphage)能在宿主菌细胞内复制增殖,并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体。增殖过程：吸附穿入生物合成组装成熟、释放溶菌周期（复制周期）毒性噬菌体溶菌周期（复制周期）增殖过程吸附--尾刺或尾丝特异地吸附在敏感细菌表面相应受体上穿入--尾鞘收缩将头部中核酸经尾髓小孔（中空尾管）注入菌体内，蛋白质壳留在菌体外。生物合成：以噬菌体的DNA为模板，以复制的 方式进行增殖组装（细胞质中）成熟、释放毒性噬菌体细菌吸附注入合成组装敏感受体裂解释放溶菌性周期合成、组装穿入

噬菌体吸附宿主菌模式图a吸附与宿主菌b尾板扩张，尾鞘收缩c核酸注入菌体温和噬菌体温和噬菌体(temperatephage)噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体。温和噬菌体前噬菌体整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体（prophage）溶原性细菌带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌（lysogenicbacterium）温和噬菌体---整合前噬菌体溶原性细菌的特征：能正常分裂，并将前噬菌体传给子代前噬菌体可编码阻遏蛋白,抑制后进入的毒性噬菌体进行生物合成整合的前噬菌体给细菌带来新的性状前噬菌体可偶尔自发地或在某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主染色体进入溶菌期，导致细菌裂解。溶原性噬菌体溶原状态十分稳定，能经历许多代在某些条件如紫外线、X线、致癌剂、突变剂等作用下，可中断溶原状态进入溶菌性状态。故溶原性噬菌体具有溶菌性及溶原性二个周期。穿入第二节细菌变异的现象形态结构变异

L型菌、鞭毛（H—O变异）

、荚膜、芽胞变异等毒力变异

毒力减弱-疫苗制备毒力增强-细菌战耐药性变异临床治疗中严重问题

菌落变异从光滑型（S）

粗糙型（R）L型葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌L型葡萄球菌是由两位法国科学家卡氏和介氏发明的，预防结核病的，活的减毒结核菌菌苗，故将这种疫苗称之为卡介苗。

耐药性从1946年的14%24% 80%85年现今有荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌菌落变异细菌的菌落由S型变异为R型多见，且常伴随细菌理化性状、抗原性、代谢酶活性及毒力等也发生改变。S型菌落R型菌落第三节细菌遗传变异的物质基础细菌染色体染色体外遗传物质转位因子一、细菌的染色体(chromosome)细菌的染色体是单一的环状双螺旋DNA长链，上有许多编码细菌生物学性状的基因，是细菌的主要遗传物质。细菌的染色体二、染色体外的遗传物质质粒：

是细菌染色体之外的遗传物质，为环状闭合的双链DNA。质粒在细菌之间的转移是细菌获得某些遗传基因的重要方式。大质粒：含几百个基因小质粒：含20-30个基因质粒的基本特征：

1、有自我复制能力

2、编码细菌的一些特殊的性状

3、可自行丢失与消除，非生命活动所必需

4、可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移

5、分相容性与不相容性两种质粒F质粒R质粒Vi质粒细菌素质粒医学上重要的质粒：

1、致育质粒（F质粒）

2、耐药质粒（R质粒）

3、毒力质粒（Vi质粒）

4、细菌素质粒

5、代谢质粒代谢质粒三、转位因子是存在细菌的染色体或质粒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，不断改变它们的基因组位置，从一个基因组转移到另一个基因组中。 插入序列 转位因子 转座子

Mu噬菌体插入序列（insertionsequenceIS）最小、结构较简单，只带有自身插入所需要的酶基因，不带有任何与插入无关的基因。也能介导高频重组菌株的形成。

转座子（transposon

Tn）是一类在细菌染色体和质粒之间或质粒与质粒之间可自行移动的特异性的独立的DNA片段。导致耐药性基因的播散是自然界中细菌耐药性产生的重要原因之一。Mu噬菌体是具有转座功能的溶原性噬菌体。第四节细菌变异的发生机制 基因突变的规律基因突变

DNA损伤后修复基因的转移与重组的方式：

转化 接合 转导 溶原性转换 基因突变概念突变mutation

指细菌遗传物质的结构突然发生的稳定性的改变，可遗传子代。根据涉及基因的多少分为小突变（基因突变）

及大突变（染色体突变）二种。基因突变基因突变的规律：突变率细菌自发突变率低约为10-6—10-9，在一些突变剂诱导下突变率可大大提高。突变与选择细菌突变随机产生，不受环境因素的影响，但在一定条件下可将其选择出来。基因突变突变的回复和抑制野生型（自然环境下的表型株）突变株（发生了基因突变的菌株）

突变回复突变野生型突变株基因的转移与重组基因转移：遗传物质由供体菌进入受体菌 体内的过程重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，称 为重组细菌基因转移和重组的方式：

转化 接合 转导

溶原性转换

转化transformation概念：供体菌游离的DNA片段直接被受体菌摄 取，使受体菌获得新的遗传性状的过程。小鼠体内肺炎球菌转化经典试验有荚膜肺炎链球菌（活菌）IIIS无荚膜肺炎链球菌（活菌）IIR有荚膜肺炎链球菌（死菌）IIISIIR活菌+IIIS死菌或IIR活菌+提取的IIISDNA分离出IIIS型有荚膜的活菌小鼠体内肺炎链球菌转化试验分离出IIIS注射注射注射注射注射分离培养分离培养分离培养如果DNA被酶破坏转化终至从这个实验我们可以看到：活的无荚膜肺炎链球菌能摄取死的有荚膜肺炎链球菌的DNA片段，与自身基因重组后获得了形成荚膜的能力，转变成有荚膜的肺炎链球菌。这一发现第一次精确地证明了DNA是遗传的物质基础。接合conjugation概念

供体菌通过性菌毛将遗传物质（质粒）传递给受体菌（通过接合传递的质粒有F质粒、R质粒、Col质粒、毒力质粒）

细菌接合示意图扫描电镜15000×带有F质粒雄性菌，通过性菌毛将F质粒的一条DNA链传递给无性菌毛的雌性菌，使F-

菌转变为F+

菌，长出性菌毛。1、F质粒接合

高频重组菌株（Hfr菌株）

指细菌接合时，当F质粒进入雌性菌（F-菌），并将其整合在细菌的染色体上使其而成为F+性菌，这种细菌称为高频重组菌株。也就是说，F因子整合到细菌环状DNA上，这种整合状态的F＋菌株叫Hfr（高频重组菌株）。Hfr的F质粒可从染色体上脱落下来，脱落时可带有一段染色体片段，这种质粒称为F`质粒，带有这种质粒的细菌称为F`菌。F因子整合到细菌环状DNA上，这种整合状态F＋菌株叫Hfr（高频重组菌株）。2、

R质粒的接合

结合性R质粒的组成：

1、耐药传递因子

RTF类似F因子，可编码产生性菌毛并以接合方式转移。

2、耐药决定因子（R决定因子）

耐药决定因子编码对人抗菌药物的耐药性，是造成多重耐药的原因。

这两部分可单独存在也可以结合在一起成为复合物，但必须两部分结合在一起时，才能将耐药性转移给其它细菌。转导transduction

概念

以温和噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移到受体菌中，使受体菌获得新的遗传性状。

普遍性转导转导 局限性转导普遍性转导： 当温和噬菌体 溶菌周期 装配时，误将细菌染色体DNA片段包进噬菌体衣壳，由于错误包装细菌的DNA片段可是供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。复制结束溶原周期普遍性转导细菌被裂解供体菌DNA噬菌体DNA细菌被普遍性噬菌体感染整合未整合完全转导流产转导供体菌（原宿主菌）受体菌（新宿主菌）半乳糖基因生物素基因供体菌（原宿主菌）受体菌（新宿主菌）溶原性转换溶原性细菌：某些温和噬菌体感染敏感菌后，其基因可整合于宿主菌染色体中，此状态下的细菌称为溶原性细菌。溶原性转换：溶原性细菌因DNA结构改变而获得噬菌体基因赋予的新性状称为溶原性转换。类型

基因来源

转移方式

转化

供菌游离的DNA

受菌摄入

接合

供菌质粒

通过性菌毛转导

供菌染色体/质粒