《医学微生物学》课件：2 细菌的基本性状、遗传变异

1、细菌的基本性状 遗传和变异,一 细菌的形态和结构 二 分类和命名 三 细菌的生理 四 细菌的遗传与变异,掌握：细胞壁结构、化学组成及功能；特殊结构种类、化学组成、抗原性及意义；细菌合成代谢产物及其生物学意义 熟悉：细菌的基本形态与排列方式；测量细菌大小的单位；常见的细菌变异现象 了解：细菌形态学检查法的种类；细菌的物理性状及营养类型；细菌遗传变异的实际应用,目的要求,第一节 细菌的形态和结构,原核细胞型微生物，体积微小，结构简单，以二分裂方式繁殖，在一定条件下有相应恒定的形态和结构。,细菌（bacterium）,广义：（两菌四体）(eubacteria) 狭义：典型代表性的细菌,一 细菌的大小

2、和形态,以微米为单位，不同时期外形不同。 球菌 (coccus) 杆菌 (bacillus) 螺形菌 (spiral bacterium),大小,形态,革兰阳性菌 革兰阴性菌,Gram Staining,革兰染色法（Gram stain）： 1步骤： （1）细菌涂片、干燥、经火焰固定 （2）结晶紫染色l min，水洗 （3）加碘液媒染 l min，水洗 （4）加 95乙醇脱色 0.5-l min，水洗 （5）用稀释复红或沙黄复染，l min，水洗吸干后镜检,2结果： 革兰阳性（G）菌呈蓝紫色 革兰阴性（G）菌呈红色 3. 原理： （1）等电点： G等电点低，带负电荷多，与带正电荷的结晶紫结合牢

3、固 （2）细胞壁结构：成分、肽聚糖层数等 4革兰染色的临床意义： （1）对细菌的鉴别有重要意义 （2）指导临床选择药物 （3）研究细菌与致病性的关系,二 细菌的结构,细菌的基本结构,革兰氏阳性菌 （G+ ） 肽聚糖： 聚糖骨架 四肽侧链 五肽交联桥 磷壁酸： 表面抗原 调节离子通过 革兰氏阴性菌 （G-） 肽聚糖 ：聚糖骨架 四肽侧链 外膜 ： 脂蛋白 脂质双层 脂多糖 脂质A 核心多糖 特异多糖,（一）化学成分,1、cell wall,革兰阳性菌的细胞壁,G+,G+菌肽聚糖(peptidoglycan)（三维立体结构）,Teichoic acid,According to binding s

4、ite on the bacteria, which can be classified into two types,Membrane teichoic acid/ Lipoteichoic acid Wall teichoic acid,革兰阴性菌的细胞壁,G-,G- 菌肽聚糖结构,( DAP-二氨基庚二酸 ）,聚糖骨架：同G+ 菌 四肽侧链：L-丙、D-谷、DAP、D-丙,L,Outer membrane,脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）,（1）脂质A（lipid A） 为一种糖磷脂，由D-氨基葡萄糖双糖组成的基本骨架，不同细菌骨架一致。 内毒素毒性与生物学活性成分

5、 无种属特异性 （2）核心多糖（core polysaccharide） 位于脂质A的外层 有属特异性，同一属细菌相同 （3）特异多糖（specific polysaccharide） 最外层，由数个至数十个低聚糖（35个单糖）重复单位所构成的多糖链。 是革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种特异性 缺失，菌落将发生S-R变异细菌变为粗糙型,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,A群链球菌膜磷壁酸 抗吞噬作用 金黄色葡萄球菌A蛋白 抗吞噬作用,（二）细胞壁的功能,维持细菌的固有形态 保护细菌抵抗低渗环境 特异性抗原与细菌的血清型分类有关 参与菌体内外的物质交换 某些成分与致病有关,细菌细胞壁缺陷型

6、或L型(bacterial L form)：细胞壁由于理化因素的破坏或合成抑制而受损的细菌，在高渗环境下，仍可存活，能够继续生长和分裂。 原生质体(protoplast)：G+细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包住 原生质球(spheroplast)：G-肽聚糖层受损后尚有外膜保护 某些L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染和反复发作的感染。,细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,细菌L型 ( L formed bacteria),形成条件 生物学特性 与医学的关系,细菌L型的菌落类型 A：CK B：油煎蛋 C：颗粒型 D：丝状,概念：位于细胞壁内侧，紧包在细胞质外的一层有弹性、具有半透性的生物膜。

7、1）青霉素结合蛋白 2）蛋白分泌系统 3）双组分信号转导系统,2、细胞膜 (cell membrane),细胞膜向细胞浆内陷折叠成囊状物，具有参与细胞呼吸、生物合成及有丝分裂的功，类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体 (chondroid)。,（二）细胞膜的功能,物质转运 选择性渗透，载体蛋白的作用 呼吸作用 细胞色素和氧化还原酶类，与能量的产生储存和利用有关 生物合成和分泌 含有多种酶的载体，细菌合成的蛋白质和胞外水解酶分泌 信号转导作用 多种受体和某些蛋白质，参与细菌的趋化信号转导,核糖体 蛋白质合成场所，由蛋白质和核酸组成 （ribosome） 的胞浆颗粒，是抗菌药物选择作用的靶点。

8、 质粒 可以独立复制。 （plasmid） 不是细菌生命所必须的。 可以在细菌之间相互转移。 胞质颗粒 本质是细菌的营养物质。 如白喉杆菌的异染颗粒。,3、细胞质（cytoplasm）,拟核 原核细胞无核膜、核仁，染色体集中 于胞浆中的某一区域，由裸露的双股 DNA反复折叠形成的超螺旋结构，具 有细胞核功能，控制着细菌的遗传和 变异等生物学性状。,4、核质 (nuclear material),细菌的特殊结构,5、荚膜 (capsule),细菌生长过程中，合成并向细胞外分泌的粘液性物质，多糖和多肽成分. 营养要求高(动物体内/血清的培养基上才能生长)，普通染色法不着色,特殊染色可染成和菌体不同

9、的颜色。 抗原性: 鉴别分型（荚膜肿胀试验）,抗吞噬作用(与细菌毒力有关) 粘附作用 抗有害物质的损伤作用 微荚膜与荚膜具有相同的功能,荚膜的功能与细菌的致病性有关,肺炎,荚膜,6、鞭毛 (flagellum),细菌表面细长而弯曲的蛋白质丝状物 。 鞭毛需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在光镜下看到。,鞭毛菌分类,单毛菌(霍乱弧菌) (Monotrichate),双毛菌(amphitrichate) （空肠弯曲菌),丛毛菌 (Lophotrichate) (铜绿假单胞杆菌),周毛菌(伤寒沙门菌) (peritrichate),鞭毛的结构,鞭毛有抗原性。鞭毛的成分为鞭毛蛋白，并且

10、具有高度的特异性，称为鞭毛抗原（H抗原），可作为细菌分类、分型的依据； 鞭毛是运动器官。有鞭毛的细菌能主动运动，可通过动力试验进行细菌鉴定； 有的细菌其鞭毛与致病性有关。,鞭毛的功能,7、菌毛 (Pilus),细菌表面比鞭毛更细，短而直，数目较多的蛋白质丝状物。 菌毛蛋白具有抗原性。 根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。 菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。,普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。 细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一步。 菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛结合的特异性决定宿主的易感部位。,1. 普通菌毛(ordinar

11、y pilus),仅见于少数革兰阴性菌。 数量少，1-4根。 比普通菌毛长而粗，中空呈管状。 性菌毛由致育因子F质粒编码，故又称F菌毛。 带有性菌毛的F+菌与无性菌毛的F-菌相遇时，性菌毛与其相应受体结合，F+菌内的质粒或DNA可通过性菌毛 进入F-菌体内，此过程-接合(conjugation)。 性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。,2. 性菌毛(sex pilus),8、芽孢 (spore),某些细菌在一定条件下在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，具有完整的细菌结构的休眠体，能保持细菌的生命活性。,8、芽孢 (spore),形成和特性 1、营养缺乏（苏云金杆菌例外）。 2、条件恢复以后，

12、芽孢重新发芽生成细菌。 3、是细菌的休眠形式，无新陈代谢 。 4、一个细菌只能形成一个芽孢 功能和医学意义 1、抵抗力强（作为消毒灭菌的指标）。 2、不直接引起疾病，成繁殖体后迅速引起疾病。 3、鉴别细菌（芽孢的大小、形态、位置）。,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。,三 细菌形态与结构检查法,显微镜放大法,染色法,单染法 复染法 革兰染色法 抗酸染色法 特殊染色法,光学显微镜 电子显微镜 暗视野显微镜等,第二节 细菌的分类和命名,分类 人工分类：根据性状的形似程度用计算机进行归类 自然分类：以细菌发育关系为基础的分类 基本单位 种(species): 基本单位，生物学性状

13、基本相同的细菌群体构成一个菌种。 差异明显：亚种(subspecies, subsp.) 差异较小：型(type) 属(genus): 性状相近，关系密切的若干菌种组成菌属。 株(strain): 不同来源的同一菌种的细菌。,菌株（strain）,对不同来源的同一种细菌称为该菌的不同菌株。同一种细菌可有许多菌株，其主要性状应该完全相同，次要性状可稍有差异，通常用地名或动物名的缩写加编号作菌株名。 如: Aeromonas hydrophila J-1 标准菌株：具有某种细菌典型特征的菌株。,细菌的分类地位,地位：原核生物界 （真）细菌 ： 狭义：专指其中的细菌, 种类最多、数量最大、 最具代表

14、性。 广义：指各类原核细胞型微生物 古细菌 ：生存在极端环境下（高温、高盐、低pH)， 细胞壁无肽聚糖。未发现有病原菌。,细菌的命名,细菌的命名依据“国际细菌命名法规” 的规定，学名用拉丁文，遵循“双名法”。 “双名法”就是每一种细菌的拉丁文名称由属名和种名两部分构成，属名第一个字母必须大写，其余均应小字。整个属名及种名在出版物中应排成斜体。 Escherichia coli 大肠杆菌 属名+种名 种名+属名,属名：细菌的形态或发现或有贡献者 种名：细菌的性状特征、寄居部位、所致疾病,属名重复出现，可缩写 E. coli （大肠杆菌）； S. pullorum（鸡白痢沙门氏菌） 只确定属名，未

15、确定种名的某一株细菌 Salmonella sp. 只确定属名，未确定种名的若干菌株 Salmonella spp. 亚种用subsp.表示 Pasteurella multocida subsp. septica,几种不同的书写情况：,细菌的分类体系,目前公认的细菌分类体系是“伯吉氏系统细菌学手册”描述了各个属的性状及属内各种的简明比较 。 “国际系统与进化微生物学杂志”（International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, IJSEM）是细菌分类命名的世界公认的权威期刊。,第三节 细菌的生理,一、细菌的理化性状

16、 二、细菌的营养与生长繁殖 三、细菌的新陈代谢 四、细菌的人工培养,化学组成,构成：水（75-90%）、无机盐、蛋白质、糖、脂类、核酸 元素：C、O、N、S、H、P、K、Na、Fe、 Mg、Ca、Cl 特有成分：肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、砒啶二羧酸、二氨基庚二酸,物理性状,光学性质：半透明颗粒（透射、折射） 表面积：较一般生物体大一万倍 带电现象：G+菌，PI 2-3 G-菌，PI 4-5 半透性：细胞壁、细胞膜 渗透压：G+菌，20-25个大气压、 G-菌， 5-6个大气压,一、细菌的理化性状,二、细菌的生长与营养,细菌的营养类型 细菌的营养物质 细菌的生长繁殖条件 细菌的营养摄取

17、方式 细菌生长繁殖的方式和速度,细菌的营养类型,利用能源和碳源的不同,组成细胞的组成成分 提供细胞代谢的介质 直接参与代谢过程 降低细胞内温度 维持生物大分子的天然构象,合成含氮物质 提供能量,合成含碳物质及细胞结构 提供能量,维持细菌的代谢、繁殖,酶或辅酶的组成成分 酶的调节剂 维持渗透压 提供能源 维持生物大分子与细胞结构的稳定性,细菌生长的营养物质,细菌生长繁殖的条件,营养物质：碳源、氮源、无机盐、必要的生长因子。 酸碱度 ：大多数是中性，个别强碱性或弱酸性。 温度 ：寄生菌以人体温度适宜，个别嗜冷或嗜热。 气体：氧气和二氧化碳。 渗透压,氧,专性需氧菌(obligate aerobe)

18、 结核分枝杆菌，霍乱弧菌 微需氧菌（microaerophilic bacterium ） 氧浓度5-6%，空肠弯曲菌、幽门螺杆菌 兼性厌氧菌(facultative anaerobe) 大多数病原菌 专性厌氧菌(obligate anaerobe) 破伤风梭菌、肉毒梭菌,缺乏氧化还原电势（Eh）高的呼吸酶 150/300120,缺乏分解有毒氧基团的酶,细菌的营养摄取方式,被动扩散：简单扩散 易化扩散 主动转运：蛋白转运 基团转移,需要载体蛋白，需要能量。 (1)转运过程中物质发生了化学变化； (2)主要存在于厌氧菌和兼性厌氧菌中。,一、细菌个体的生长繁殖 无性二分裂方式 (binary fi

19、ssion) 代时（generation time）: 一个菌体分裂为两个菌体 所需的时间 。 一般20-30 min。,细菌的生长繁殖方式和速度,二、细菌群体的生长繁殖 生长曲线（growth curve ）：,细菌的生长繁殖方式和速度,细菌来到新环境的一个适应过程，为生长繁殖作准备。 特点： (1)代谢活跃，合成并积累所需酶系统; (2)RNA含量明显增多，但DNA的量无变化; (3)细菌数并不增加,1. 迟缓期（lag phase）,细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强，其形态、染色特性及生理

20、活性均较典型，对抗菌药物等的作用较为敏感。,2. 对数期（logarithmic phase）,新繁殖的活菌数与死菌数大致平衡 ，营养的消耗、代谢产物的蓄积等。 形成芽孢、外毒素、抗生素,3. 稳定期（stationary phase）,4. 衰亡期（decline phase）,死菌数超过活菌数,如不移植到新的培养基，最终可全部死亡，此期细菌的菌体变形或自溶，染色不典型，难以进行鉴定 。 细菌死亡速度大于繁殖速度,三 细菌的新陈代谢,分解代谢：底物分解或转化为能量的过程，异化过程，伴能量的释放。 合成代谢：产生的能量用于细胞组分的合成过程，同化过程。 细菌的酶：不同种类的细菌合成酶类不同，因

21、此生物学性状不同，这对菌种的鉴定、疾病诊断和研究发病机制等方面有重要意义；某些细菌的酶类是重要的致病物质。DNA酶、溶纤维蛋白酶。,细菌能量代谢的形式和主要途径,发酵：以有机物为受氢体，专性厌氧菌产能的唯一途径，1分子葡萄糖生成2分子ATP 有氧呼吸：以分子氧为受氢体，1分子葡萄糖生成38分子ATP 厌氧呼吸：以非氧无机物为受氢体，1分子葡萄糖生成2分子ATP,细菌的分解代谢产物及其意义,糖酵解试验 吲哚(indol)试验 甲基红(methyl red)试验 VP (voges-proskauer)试验 枸橼酸盐利用(citrate utilization)试验 尿素酶试验 硫化氢试验,糖发酵

22、试验,pH indicator: phenol red (yellow-orange-red) pH 6.6 8.8,吲哚试验,色氨酸,吲哚（靛基质）,玫瑰吲哚（红色）,+ 二甲基氨 基苯甲醛,大肠杆菌/变形杆菌/霍乱弧菌,甲基红试验,Medium: contains glucose and peptone Indicator: methyl Red (red-yellow) pH 4.4 6.2,VP试验,Medium: contains glucose and peptone Indicator: Barritts A (alpha-napthol) Barritts B (potassi

23、um hydroxide),枸橼酸盐利用试验,枸橼酸盐 （碳源）,碳酸盐,铵盐 （氮源）,氨,培养基变为碱性,蓝色,尿素酶试验,Medium: urea agar slantIndicator: phenol red (yellow-orange-red) pH 6.6 8.8,变形杆菌,硫化氢试验,沙门菌/变形杆菌,肠道杆菌IMViC试验特性,吲哚 甲基红 V-P 枸橼酸盐 埃希菌属 + + 沙门菌属 + + 志贺菌属 +/ + 克雷伯菌属 +/ +/ +/ 变形杆菌属 +/ + /+ /+,细菌的合成代谢产物及其意义,热原质 毒素和侵袭性酶 色素 抗生素 细菌素 维生素,概念：细菌合成的脂

24、多糖，可引起人 或动物体发热。 特点：耐高温 消除方法：高温干烤法 吸附法 蒸馏法,热原质（pyrogen）,毒素与侵袭性酶,内毒素(endotoxin)：G- 菌细胞壁的脂多糖 外毒素(exotoxin)：细菌在释放的毒性蛋白质 侵袭性酶：细菌引起宿主机体组织损伤的酶类,色 素（pigment）,水溶性色素、脂溶性色素,金黄色,柠檬色,白色,绿色,由微生物代谢过程中产生的一些能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质，称抗生素。,抗生素（antibiotics）,某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，其作用范围比抗生素狭窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。,细菌素（bacterio

25、cin）,细菌在代谢过程中产生的维生素，除供自身所用外，还能分泌到周围环境。,维生素（vitamin）,四 细菌的人工培养,培养基（culture medium）,是人工配制的基质，含有细菌生长繁殖必需的营养物质。培养基制成后，通常都要经灭菌处理。,按营养组分和用途分: 按物理性状分:,1.基础培养基(basic medium) : 基本营养成分 2.营养培养基 (enrichment medium) : 在基础培养基中添加一些其它营养物质，使其适合某种细菌而不适合其它细菌生长 如葡萄糖、血液、血清、生长因子等 3.鉴别培养基(differential medium) :在培养基中加入特定底物

26、和指示剂，观察细菌在其生长后分解底物如何，从而鉴别细菌。 4.选择培养基(selective medium) :在培养基中加入某种化学物质，使之抑制一类细菌生长，而有利于另一类细菌生长，从而将后者选择出来。 5.厌氧培养基(anaerobic medium) :专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用。 营养丰富，含有特殊生长因子，氧化还原电势低。,(一) 按营养组成和用途的差异,1.固体培养基 : 1.5-2%琼脂，用于细菌分离纯化。 2.半固体培养基: 0.5%琼脂，作穿刺试验。 3.液体培养基 : 扩增纯培养的菌体。,(二) 按状态的差异,细菌在培养基中的生长现象 液体: 浑浊状 链状 膜状 固体

27、: 形成菌落 半固体:呈云雾状,细菌在固体培养基中的生长情况,菌落（colony）：经培养后，单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团。 光滑型菌落（smooth colony，S型）：表面光滑、湿润、边缘整齐。 粗糙型菌落（rough colony，R型）：表面粗糙、干燥、呈皱纹或颗粒状，边缘多不整齐。结核分枝杆菌、炭疽芽孢杆菌 粘液型菌落（mucoid colony，M型）：粘稠、有光泽，似水珠样，多见于有荚膜或丰富粘液层的细菌。肺炎克雷伯菌,遗传(heredity)： 使生物性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存 变异(variation)： 子代与亲代及子代与 子代之间生物学性

28、状 发生改变,第四节 细菌的遗传与变异,细菌遗传变异类型： 遗传型变异（基因型变异， BCG ） 非遗传型变异（表型变异，L form ）,细菌的遗传变异,遗传物质：DNA,细菌的遗传变异,1、形态结构的变异： L型变异（细胞壁缺陷型） 荚膜变异： SR变异 芽胞变异： 鞭毛变异： HO变异,细菌的变异现象,2、毒力的变异 毒力降低或消失：如卡介苗 毒力增强：如白喉杆菌 3、耐药性变异： 细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。 4、菌落变异： 光滑型S型 粗糙型R型 （失去LPS的特异多糖）,细菌遗传变异的物质基础,基因组：染色体 染色体外遗传物质 质粒 噬菌体 转位因子 整合子,68% Dein

29、ococcus radiodurans,Microbial Genome Features,G+C content,29% Borrelia burgdorferi,Genome organization,single circular chromosome,large linear chromosome plus extrachromosomal elements,circular chromosome plus one or more extrachromosomal elements,two circular chromosomes,Microorganism Genome Projec

30、t,/tdb/mdb/mdbcomplete.html /tdb/mdb/mdbinprogress.html,一 细菌染色体,dsDNA，3.2-5106 bp 按一定构型反复回旋而成的松散网状结构 一端附着在横隔中介体或细胞膜上 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,DNA含量少，序列的组织性简单 RNA基因通常为多拷贝 多数编码蛋白质基因为单考贝,染色体以外的遗传物质，双股环状闭合DNA，编码某些生物学性状,二 质粒, 有自我复制的能力: 一个质粒是一个复制子 紧密型：

31、复制与染色体同步 松弛型：与染色体的复制不相关 编码某些表型： F质粒（致育性质粒） R质粒（耐药性质粒） Vi质粒（毒力质粒） Col质粒（细菌素质粒） 代谢质粒 可自行丢失或人工消除 消除质粒， 其所赋予的特性也随之消失,特征：, 可在细菌间转移 通过接合、转导、转化等方式 可分为相容性与不相容性两种 相容性： 不相容性：,F质粒（致育质粒） 与性生殖功能有关带有,能长出性菌毛;无F质粒的为雌性菌,无性菌毛 耐药性质粒 对抗生素/重金属盐类的耐药性, 接合性(R)耐药性质粒 非接合性耐药性质粒,医学上重要的质粒,毒力质粒或Vi质粒 编码与致病性有关的致病因子,如大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠

32、毒素(ST)和不耐热性肠毒素(LT) 细菌素质粒 编码各种细菌素,如大肠埃希菌Col质粒编码的大肠菌素 代谢质粒 编码产生各种相关的代谢酶,如沙门菌发酵乳糖的能力是质粒编码,是一类不依赖于同源性重组可以在细菌的基因组（染色体、质粒、噬菌体）中从一个位置转移到另一个位置上的独特DNA片段，也称为跳跃基因（jumping genes）或移动基因（movable genes）。 转移：质粒质粒 质粒染色体 包括： 插入序列(insertion sequence, IS) 转座子(transposon, Tn),三 转座因子(transposable element),插入序列 (insertion

33、sequence, IS)：750-1550 bp 两端有反式重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因，没有其他基因,转座子 (transposon, Tn): 2-25 kb，两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 如：毒素基因、耐药基因等,常见的插入序列和转座子,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 个体微小，可以通过细菌滤器 无细胞结构，由衣壳（蛋白质）和核酸组成 只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物 噬菌体分布极广，有菌即有噬菌体,四 噬菌体 (bacteriophage),噬菌体结构,头部 核心：DNA 或 RNA 衣壳：蛋白质,尾部 蛋白质

34、与吸附宿主有关,different sizes and shapes,噬菌体的复制,噬菌体的种类,毒性噬菌体（virulent phage） 能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体 温和噬菌体（temperate phage）/前噬菌体（prophage） 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,溶菌性周期,毒性噬菌体在宿主菌内的增殖过程（复制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟释放等3个阶段。,溶原性周期,温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，成为前噬菌体。并随细菌复

35、制而复制，随细菌的分裂而分配到子代细菌染色体中。,溶原性细菌：带有前噬菌体的细菌。 温和噬菌体可以自发或在有些因素的诱导下，整合的前噬菌体可以从染色体上脱离，进入溶菌性周期。 溶原性：温和噬菌体具有的这种产生成熟子代 噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期， 而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。,溶原性转换 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。,白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理：由于-棒状杆菌噬菌体DNA携带白喉毒素基因，其感染白喉棒状杆菌后，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。,噬菌体的应用,细菌的鉴定与分型 分子生物学研究的重要工具 细菌感染的诊断

36、与治疗,是一种遗传物质 包含一个能捕获外源基因的位点特异重组系统 被捕获的基因通常为耐药基因，耐药基因被包含在一个单一的移动单元，即基因盒,四 整合子 (integron),5端：编码整合酶的Int基因、Int特异重组位点、负责转录的启动子,基因突变 细菌基因的转移和重组 1基因突变(mutation)： 遗传物质结构发生突然改变 基因突变类型： 基因突变：点突变 染色体畸变：范围大 突变株/ 野生株,细菌的变异机制,基因突变的规律, 随机发生 抗菌药物的使用与细菌耐药性的产生并无必然联系 具有相对稳定性 突变可回复,彷徨试验-自发突变与诱发突变 ： 随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已

37、发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。,影印平板-突变与选择 ： 自发的，随机的，非诱导的，药物仅起选择作用,转化 (transformstion) 转导 (transduction) 接合（conjugation） 溶原性转换 (lysogenic conversion) 原生质体融合 (fusion of protoplast),细菌的基因转移和重组的方式,转移：供体菌DNA转移给受体菌的过程 重组：进入受体菌的外源DNA与受体菌基因组整合,转化（transformation） 受体菌直接摄取外源性DNA（供菌死亡时释放或人工方法提取的DNA）并整合到自己的基因组中，获得新的遗传性状的

38、过程。,影响转化的因素： DNA片段的大小： 双链DNA片段长度约500 kb 供受菌基因型：亲缘关系越近，转化率越高 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,Steps in transformation,Recombination,Steps Uptake of DNA,肺炎链球菌的转化试验,转导（transduction） 以噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。,普遍性转导(generalized transduction),前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬

39、菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。,被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分,供体菌,受体菌,转导噬菌体,细菌DNA,噬菌体DNA,完全 转导,流产转导,普遍转导：装配错误,局限性转导(restricted transduction),特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。 溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上的基因。其转导并整合到受体菌中，

40、使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。,所转导的只限于供体菌上个别的基因,局限性转导：脱落错误,普遍性转导与局限性转导的区别,接合（conjugation） 两个细菌接触，供体菌通过性菌毛将DNA直接转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的过程 。,only one strand of DNA is transferred,Physiological States of F Factor (I),I. Autonomous (F+): F plasmid (fertility factor, 致育因子) the F factor is autonomous and carries only tho

41、se genes necessary for its replication and for DNA transfer (no chromosomal genes of bacterial donor). So in this type of conjugation, there is low transfer level of bacterial donors genes. In crosses of the F+ and F- bacteria, the F- bacterium becomes F+ and the F+ bacterium remains F+.,According t

42、o the different patterns and characteristics of gene transfer, conjugation can divided into three types.,Mechanism of F+ F- Crosses,F+,F+,F+,F+,F+,F-,F+,F-,F+,F-,The F+ bacterium transfers extra chain of F+ factor and then the completed F+ factors in the two bacteria is synthesized by rolling circle

43、 replication.,Physiological States of F Factor (II),II. Integrated (Hfr): Hfr (high frequency recombinant, 高频重组菌株) The F factor has integrated on bacterial chromosome, and only bacterial DNA is transferred with a high frequency (usually the F factor is not transferred). In crosses of the Hfr and F-

44、bacteria, the F- bacterium rarely becomes Hfr but obtaining DNA segment from donor bacterium, and the Hfr bacterium remains Hfr.,Mechanism of Hfr F- Crosses,DNA transfer - Origin of transfer - Rolling circle replication Homologous recombination,Hfr,F-,Hfr,F-,Hfr,F-,Hfr,F-,F+,Hfr,recombination,insertion,III. Autonomous (F): In this pattern