医学微生物学第五章 细菌的遗传与变异(1).ppt

1、细菌的遗传和变异，“穷则变，变则通，通则长。 ”易经说：“我的生命在我，不在天上。 庄子，一，细菌遗传的物质基础二，细菌的基因变异三，细菌的基因转移和重组四，基因工程菌株的构建五，微生物基因组学，细菌的遗传和变异，一，染色体(chromosome )，细菌染色体：裸闭环状的双链DNA分子，有核蛋白，滞后一、细菌遗传的物质基础，一、细菌遗传的物质基础，乳糖操纵子，(2)编码相关功能的基因构成操纵子结构，从一个启动子转录到多顺逆子mRNA，被翻译成多种功能相关蛋白质。 细菌基因组结构的主要特征是： (1)遗传信息连续，不含内含子。 重复序列很少。 2、质粒(plasmid )，1、细菌遗传的物质基

2、础是细菌染色体外的遗传物质，多为封闭环状双链DNA，质粒DNA的特征，1、具有的基因给予宿主菌某种生物学性状(f质粒、r质粒、毒性质粒) 生存不是必要的，可以自己丢失或去除。 可以在细菌之间移动。 有自我复制的能力。 3、易位子(transposon )、B.McClintock一生未婚，但玉米情有自己的时间，发现了“跳舞”(在染色体上移动)基因，1938年提出了“易位因子”理论。 与传统的遗传学观点相反，成为了孤独的家。 DNA双螺旋和乳糖操纵子在获得诺贝尔奖后，仍把B.McClintock理论视为替代。 超越这个时代的理论一直被认可到1983年，81岁的高龄她获得了诺贝尔奖，成为了基因调控

3、理论的先驱。 (Mendel，Morgan )、一、细菌遗传物质的基础，转子是可移动的DNA片段，不能自我复制。 可以在质粒和质粒或质粒和染色体之间随机转移(“跳跃基因”: jumpinggene )。 转座子的结构特征，两个末端的反复序列(IR ) :被整合酶认识，与插入功能有关。 一、细菌遗传的物质基础，中心序列：具有转移酶基因，经常具有细菌毒素基因、耐药性基因等。 把转运子插入某个基因中，有可能产生什么样的遗传学效果？ 一、细菌遗传的物质基础，一、细菌遗传的物质基础二、细菌的基因变异三、细菌的基因转移和重组四、基因工程菌株的构建五、微生物基因组学、细菌的遗传和变异、染色体DNA发生突然稳

4、定的结构变化，一对或少数对碱基的缺失、插入或置换(要点变异： po 1、概念、结核分支杆菌：对异烟肼、链霉素、利福平等一线抗结核药发生多药耐药性，与多种耐药性基因突变的积累有关。 二、细菌的基因突变、随机发生、不定向稳定(世代到世代)的自发突变的频率为10-1010-6；野生株、突变株只有一种或两种类似的药物耐药性；二、特征、二、细菌的基因突变；耐药性菌引起毒性突变新的传染病营养缺陷体突变：新药突变作用检测出高产突变：抗生素等药物抗原性突变：免疫机制的脱离，3，突变现象及其应用，2，细菌的基因突变，日本细菌性痢疾流行从患者粪便中检测出大量痢疾杆菌敏感株和耐药株(同时链霉素、氯霉素被分离为四环素

5、、磺胺类)的大肠菌与痢疾杆菌完全相同的多药耐性、多药耐性、感染性、耐药性菌在继代保存的过程中会自发地失去耐药性。二、细菌基因突变，基因突变能说明这些现象吗？ 一、细菌遗传的物质基础二、细菌的基因变异三、细菌的基因转移和重组四、基因工程菌株的构建五、微生物基因组学、细菌的遗传和变异，施主菌(donor )将遗传物质转化为受体菌(recipient )，使后者获得新的生物学性状，基因转移(1、基因转移概念、3、细菌的基因转移和重组、2、基因转移因素、质粒转移体温和噬菌体、3、细菌的基因转移和重组、3、基因转移方式、3、细菌的基因转移和重组接合(conjugation )转化转化(transposi

6、tion )、(1)接合：供体菌通过性菌毛直接接触受体菌，将遗传物质(主要是质粒DNA )转化为受体菌，使受体菌获得新的遗传性状。 三、细菌的基因转移和重组，质粒、染色体、性菌毛、受体菌(敏感菌)、供体菌(耐药菌)，三、细菌的基因转移和重组抗性遗传基因：编码性菌毛，决定自主复制和结合转移的耐药性(r )质粒，三、细菌的基因转移，r质粒主要以结合方式从耐药性菌传递到敏感菌，使后者变成耐药性菌生存。 三、细菌的基因转移和重组，r质粒、r质粒在同一属或不同属细菌间传播，带来耐药性的广泛传播，给临床治疗带来很大困难。 耐多药质粒的结转移可以合理解释。 三、重组细菌基因转移，日本细菌性痢疾流行是从患者粪

7、便分离为大量痢疾杆菌敏感株和耐药性株(同时链霉素、氯霉素、四环素、磺胺类)的大肠菌和痢疾杆菌完全相同的多药耐性多药耐性感染急速抗药性菌在继承保存过程中自发失去耐药性Griffith肺炎链球菌感染小鼠实验(1928 )，没有荚膜生菌，有荚膜生菌，有三、细菌的基因转移，有荚膜生菌？ 怎么证明呢？ Griffith认为，没有荚膜的生菌(r )从有荚膜的死菌(s )中得到某种物质，生成荚膜，它会转化。 引起转化现象的物质叫做转化因子。 三、细菌的基因转移和重组，一、转化因子是DNA还是蛋白质？ 2、如何证明？ 1944年，Avery的研究表明，转化因子的本质是DNA，即遗传物质是DNA。 三、细菌的基

8、因转移和重组，悲伤的原因： DNA似乎没有结构上的蛋白质那么多变化，有个性，很难被认为是遗传信息的载体，Avery太过慎重，因此在论文中想说“DNA可能是转化因子的基本单位”。 当时，因为对Avery理论持怀疑态度，诺贝尔奖审查委员会认为推迟获奖比较合适。 1952年，对Avery业绩的争论平息了，准备颁奖，但Avery已经远离人烟。 (2)转化：受体菌从周围环境直接摄取施主菌游离的DNA片段，与受体菌基因组整合，获得施主菌的遗传性状的过程。 三、细菌转移和重组，荚膜基因，转化条件：施主菌DNA片段大小： 1020kb施主DNA性质：同源性高的未改性双链DNA； 质粒DNA。 受体菌：处于“敏

9、感状态”(competence )，可以采用CaCl2诱导法、穿孔法。 三、细菌转基因，三、细菌转基因，雷德堡(J.Lederberg )立志成为内科医生，进入哥伦比亚医学院学习了两年。 1946年暑假，雷德伯格在耶鲁大学微生物学家塔汤姆(EL.Tatum )实验室学习，沉迷于细菌遗传学。 假期结束后，他没有回医学院，留在塔尔托姆做实验室助手。“圣者随时都去，智者应该改变事物，智者什么都不做，达者生于顺天”(老子)，原养型菌落的原因是什么？ 怎么证明呢？ 基因突变？ 接合？ 接种于基础培养基上，转换MetHisPheTrp、发生频率1105、MetHisPheTrp、MetHisPheTrp、

10、营养缺陷型细菌？ 没有细菌之间的接触接合，存在比细菌小的生物，可以将a株的遗传物质转移到b株上。 加入MetHisPheTrp、MetHisPheTrp、MetHisPheTrp、met 三、细菌的基因转移和重组是感染细菌、放线菌等的病毒。 分成头和尾。 头部由核(核酸)和外套(蛋白质)组成。 寄生在活着的感受性宿主菌体内，必须在尾部牢固地吸附宿主菌。 三、重组细菌基因转移，噬菌体(phage )、噬菌体感染细菌的结束，强烈(毒)性噬菌体(virulentphage ) :噬菌体在宿主菌内复制增殖，产生大量子噬菌体，最终三、细菌的基因转移和重组，三、细菌的基因转移和重组，原噬菌体、原噬菌体、温

11、和噬菌体(temperatephage ) :感染宿主菌后，其核酸被集成到宿主菌基因组中，与宿主菌DNA一起复制，并与细菌子代噬菌体组装时可能会发生错误(1/105107 )，错误地将适当大小的施主菌DNA片段放入噬菌体头部，形成了“假噬菌体”。 假噬菌体、转染机制是当“假噬菌体”再次感染受体菌时，将施主菌的DNA带入受体菌，引起基因重组。 完全传导和流产传导，普遍传导和定位传导，三，细菌的基因转移和重组，假噬菌体，受体菌，施主菌DNA，一，细菌遗传的物质基础，MetHisPheTrp，MetHisPheTrp，MetHisPheTrp，温和的细菌用于某些细菌(鼠疫菌、霍乱菌等)的鉴定和治疗分

12、型抗药性菌感染的分子生物学研究工具遗传工程：噬菌体展示技术，三，细菌的基因转移，噬菌体的应用，三，细菌的基因转移，(4)转录座：质粒转座子可以在两个不具有同源性的基因组之间转座子(即，插入某个基因)，引起一系列的遗传效应。 引起插入基因失活，发生基因变异在插入部位有一个或多个新基因(如抗性基因)，三、细菌的基因转移，一、细菌基因的物质基础二、细菌的基因变异三、细菌的基因转移和重组四、基因工程菌株的构建五、微生物基因组学、细菌的基因五、基因工程菌株的构建目的获得基因： PCR，五，基因工程菌株的构建，重组质粒：限制核酸内核酶、双酶切PCR测序，将重组质粒转化为原核(大肠菌)或真核(酵母菌)表达系统，将“基因工程菌株”转化为五、基因工程菌株的构建、大量培养、表达目的基因的诱导、目的蛋白的获得、药物生产(抗生素、胰岛素、干扰素)、疫苗(乙肝疫苗)等。 幽门螺杆菌(Helicobacterpylori ) :一种慢性活动性胃炎和消化性溃疡的病原菌，与胃腺癌和胃淋巴瘤的发生密切相关。 五、基因工程菌株的构建，我国Hp感染率为70%。 目前主要采用含两种抗生素的三联疗法，但疗效不太理想，容易复发。 疫苗被认为是抑制PS感染的最有效的方法。 幽门螺杆菌是通