病原生物學(xué)正式細(xì)菌的遺傳與變異第1頁(yè)/共60頁(yè)第十二章

細(xì)菌的遺傳與變異第2頁(yè)/共60頁(yè)生命的特征——遺傳和變異遺傳：生命有機(jī)體在生殖過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的子代與親代之間的相似性。遺傳使物種能保持相對(duì)穩(wěn)定。變異：同種個(gè)體之間的差異性。變異增加了生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和物種的多樣性，為生物進(jìn)化提供了選擇的材料。第3頁(yè)/共60頁(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌遺傳性變異的機(jī)制細(xì)菌遺傳變異的應(yīng)用第4頁(yè)/共60頁(yè)學(xué)習(xí)要求1）熟悉細(xì)菌常見的變異現(xiàn)象，并掌握與細(xì)菌遺傳變異有關(guān)的物質(zhì)基礎(chǔ)。2）熟悉細(xì)菌變異的機(jī)制以及細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移與重組的四種方式。3）了解其它內(nèi)容。第5頁(yè)/共60頁(yè)概述遺傳（heredity）親子代間生物學(xué)性狀的相似性稱為遺傳。變異（variation）親子代間以及子代之間生物學(xué)性狀的差異性稱為變異。遺傳性變異（基因型變異）：細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如基因突變或重組，不可逆，可遺傳給后代。非遺傳性變異（表型變異）：環(huán)境因素改變所致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳。一、概念第6頁(yè)/共60頁(yè)第一節(jié)噬菌體1.概念：噬菌體是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒，在葡萄球菌和志賀菌中首先發(fā)現(xiàn)。2.噬菌體的特性：個(gè)體微小，需用電鏡觀察，可以通過(guò)細(xì)菌濾器沒(méi)有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)和核酸組成專性細(xì)胞內(nèi)寄生的微生物第7頁(yè)/共60頁(yè)（一）噬菌體的生物學(xué)性狀形態(tài)與結(jié)構(gòu)：噬菌體有三種形態(tài)：蝌蚪形、微球形和絲形，但多數(shù)為蝌蚪形。第8頁(yè)/共60頁(yè)噬菌體細(xì)菌細(xì)胞第9頁(yè)/共60頁(yè)噬菌體的特點(diǎn)

噬菌體具有嚴(yán)格的宿主特異性，即某一種噬菌體只難感染某一種微生物，甚至只能感染某一種微生物中的某一型。因此可用來(lái)鑒定和分型。噬菌體對(duì)理化因素及多數(shù)化學(xué)消毒劑的抵抗力比一般細(xì)菌的繁殖體強(qiáng),75℃30min滅活。噬菌體能耐受低溫和冰凍，但對(duì)紫外線和X射線敏感。第10頁(yè)/共60頁(yè)（二）噬菌體與宿主菌的相互關(guān)系

毒性噬菌體(virulentphage)：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌溫和噬菌體(temperatephage)：噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細(xì)菌DNA復(fù)制，并隨細(xì)菌的分裂而傳代。第11頁(yè)/共60頁(yè)

吸附穿入生物合成成熟、釋放毒性噬菌體的溶菌性周期

第12頁(yè)/共60頁(yè)

溫和噬菌體的溶源性周期

前噬菌體第13頁(yè)/共60頁(yè)

噬菌體的溶菌性周期第14頁(yè)/共60頁(yè)第15頁(yè)/共60頁(yè)（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)變異（1）形態(tài)變異（2）結(jié)構(gòu)變異（二）生理特性變異（1）毒力變異（2）耐藥性變異第二節(jié)、常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象第16頁(yè)/共60頁(yè)（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)變異

3%-6%食鹽瓊脂培養(yǎng)基

鼠疫桿菌(典型形態(tài))────→多形態(tài)性(衰殘型)第17頁(yè)/共60頁(yè)形態(tài)結(jié)構(gòu)變異青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌──────→L型變異抗體或補(bǔ)體

(部分或完全失去胞壁)

正常葡萄球菌葡萄球菌L型第18頁(yè)/共60頁(yè)

形態(tài)結(jié)構(gòu)變異鼠疫耶爾森菌3-6%食鹽多形態(tài)性陳舊培基物第19頁(yè)/共60頁(yè)形態(tài)結(jié)構(gòu)變異特殊結(jié)構(gòu)的變異（芽胞、鞭毛從有→無(wú)）

42-43℃（1）炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力,毒性

10-20天降低

（2）變形桿菌

1%石炭酸單個(gè)菌落（鞭毛）遷徙生長(zhǎng)鞭毛變異（H菌落）（O菌落）第20頁(yè)/共60頁(yè)有莢膜的肺炎球菌無(wú)莢膜的肺炎球菌細(xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)變異第21頁(yè)/共60頁(yè)1、毒力變異（有利有弊）β棒狀桿菌噬菌體

白喉棒狀桿菌──────→獲得白喉毒素

(無(wú)毒)(有毒)（二）生理特性變異第22頁(yè)/共60頁(yè)

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛型結(jié)核桿菌────────→卡介苗

（強(qiáng)毒

）13年(230代)（弱毒）卡介苗是由法國(guó)巴斯德研究所的卡默特和介林（Calmette&Guerin）兩人首創(chuàng)的?？ń槎嫌?908年對(duì)一株從乳牛膿液分離的毒力很強(qiáng)的牛型結(jié)核菌進(jìn)行了研究，將有毒力的結(jié)核桿菌在含有膽汁的甘油馬鈴薯培養(yǎng)基上連續(xù)傳代，經(jīng)13年230代獲得了減毒但保持免疫原性的菌株，為紀(jì)念卡默特與介林的功績(jī)，稱此菌苗為卡介苗，簡(jiǎn)稱BCG。用于人工接種以預(yù)防結(jié)核病。第23頁(yè)/共60頁(yè)2、耐藥性變異（變本加厲）概念：細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物有敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異?，F(xiàn)狀：金黃色葡萄球菌耐青霉素的菌株已從1946年的14%上升至目前的90%以上。敏感------單一耐藥--------多重耐藥性----藥物依賴性含鏈霉素培基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長(zhǎng)期培養(yǎng)

第24頁(yè)/共60頁(yè)

菌落變異在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)期培養(yǎng)光滑型菌落粗糙型菌落光滑型菌落（Ｓ）粗糙型菌落（Ｒ）第25頁(yè)/共60頁(yè)第26頁(yè)/共60頁(yè)第27頁(yè)/共60頁(yè)值得我們深思的問(wèn)題：如何防止細(xì)菌的耐藥性變異？（1）合理使用抗生素，用藥要足量，療程要合適，維持體內(nèi)藥物的抑菌濃度。（2）嚴(yán)格執(zhí)行消毒隔離制度，防止耐藥菌的交叉感染。（3）做好藥物敏感試驗(yàn)，提供細(xì)菌對(duì)藥物的敏感程度，供臨床用藥時(shí)參考。（4）加強(qiáng)藥政管理，抗菌藥物憑處方供應(yīng)。（5）實(shí)行抗菌藥物“輪休”制（6）研制新的抗菌藥物。第28頁(yè)/共60頁(yè)（一）細(xì)菌染色體細(xì)菌屬于原核細(xì)胞型微生物,細(xì)菌染色體是環(huán)狀雙螺旋DNA，不含組蛋白,無(wú)核膜包圍。細(xì)菌基因組是具有一定生物學(xué)功能的核苷酸序列，可編碼多種的結(jié)構(gòu)蛋白和酶類;其基因結(jié)構(gòu)是連續(xù)編碼的、無(wú)內(nèi)含子。細(xì)菌染色體DNA的復(fù)制：已證明大腸埃希菌的DNA是雙向復(fù)制。第三節(jié)細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)(掌握)第29頁(yè)/共60頁(yè)細(xì)菌染色體DNA第30頁(yè)/共60頁(yè)（二）質(zhì)粒質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外、不依賴于染色體而自我復(fù)制的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。幾種重要的質(zhì)粒致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）：編碼性菌毛的合成耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒）：編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物和重金屬鹽類的耐藥性。毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）：編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子。細(xì)菌素質(zhì)粒（Col質(zhì)粒）：編碼各種細(xì)菌素。代謝質(zhì)粒：編碼與代謝相關(guān)的各種酶類。第31頁(yè)/共60頁(yè)質(zhì)粒的特征自我復(fù)制能力，為復(fù)制子，單拷貝或多拷貝緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征可自行丟失與消除有轉(zhuǎn)移性可分為相容性和不相容性第32頁(yè)/共60頁(yè)三轉(zhuǎn)位因子（轉(zhuǎn)座子）概念：是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段可移動(dòng)的特異性核苷酸序列，能不斷地改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組中。種類：插入序列（IS）：最簡(jiǎn)單或序列較短的轉(zhuǎn)座子，長(zhǎng)度不超過(guò)2kbp，僅攜帶轉(zhuǎn)座基因。轉(zhuǎn)座子（Tn）：長(zhǎng)度超過(guò)2kbp，有轉(zhuǎn)座基因，還有其它特殊功能的基因，如耐藥性基因。第33頁(yè)/共60頁(yè)插入序列：是最小的轉(zhuǎn)位因子，長(zhǎng)度不超過(guò)2kb，不攜帶任何已知與插入功能無(wú)關(guān)的基因區(qū)域，往往是插入后與插入點(diǎn)附近的序列共同起作用，可能是原細(xì)胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一。TransposaseABCDEFGGFEDCBA轉(zhuǎn)座子：長(zhǎng)度一般超過(guò)2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗重金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因等。因此當(dāng)Tn插入某一基因時(shí)，一方面可引起插入基因失活產(chǎn)生基因突變，另一方面可因帶入耐藥性基因而使細(xì)菌獲得耐藥性。轉(zhuǎn)座子可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)第34頁(yè)/共60頁(yè)小結(jié)細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)：1、細(xì)菌染色體2、質(zhì)粒3、噬菌體4、轉(zhuǎn)位因子第35頁(yè)/共60頁(yè)說(shuō)了這么多，嚴(yán)重記不??！開開心吧！第36頁(yè)/共60頁(yè)一、基因的突變突變二、基因的轉(zhuǎn)移與重組轉(zhuǎn)化接合轉(zhuǎn)導(dǎo)溶源性轉(zhuǎn)換第四節(jié)細(xì)菌遺傳性變異的機(jī)制（熟悉）第37頁(yè)/共60頁(yè)一、基因突變1.種類

突變（mutation）是指生物體的遺傳物質(zhì)核酸的結(jié)構(gòu)發(fā)生了突然而穩(wěn)定的變化。突變可導(dǎo)致微生物的某些性狀發(fā)生遺傳性變異。第38頁(yè)/共60頁(yè)2.基因突變的共同特性（1）稀少性：自發(fā)突變率10-9～10-6

。（2）突變的回復(fù)和抑制：未發(fā)生突變的原始菌株稱為野生株，經(jīng)突變后性狀改變了的菌株稱為突變株。（3）突變與選擇第39頁(yè)/共60頁(yè)基因轉(zhuǎn)移與重組基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌進(jìn)入某受體菌的過(guò)程?；蛑亟M（recombination）：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起，使受體菌獲得供體菌的某些特性。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組方式：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶源性轉(zhuǎn)換。第40頁(yè)/共60頁(yè)（一）轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化是供體菌裂解后，游離的DNA片段被受體菌直接攝取，并整合到受體菌的基因組中，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在肺炎鏈球菌、葡萄球菌和流感嗜血桿菌等中被證實(shí)。1928年Griffith等設(shè)計(jì)的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。S型細(xì)菌，菌體有莢膜，有毒性,菌落光滑。R型細(xì)菌，菌體無(wú)莢膜，無(wú)毒性,菌落粗糙。第41頁(yè)/共60頁(yè)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)

第42頁(yè)/共60頁(yè)1944年，艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)不僅揭開了“格里菲斯之謎”，并且在世界上第一次證明基因就在DNA上。

OswaldTheodoreAvery

（1877～1955）第43頁(yè)/共60頁(yè)第44頁(yè)/共60頁(yè)（二）接合（conjugation）接合是細(xì)菌通過(guò)性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。接合性質(zhì)粒：能通過(guò)接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒。第45頁(yè)/共60頁(yè)1.質(zhì)粒的接合(F+XF-F+）

F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientoriT第46頁(yè)/共60頁(yè)2.R質(zhì)粒的接合R質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)1959年首先由日本學(xué)者分離到抗多種藥物的宋內(nèi)志賀菌多重耐藥株，多重耐藥性很難用基因突變解釋。健康人中大腸埃希菌30%~50%有R質(zhì)粒，而致病性大腸埃希菌90%有R質(zhì)粒。R質(zhì)粒與耐藥性有關(guān)，尤其與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌中。第47頁(yè)/共60頁(yè)耐藥傳遞因子（RTF）：與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過(guò)接合轉(zhuǎn)移耐藥（r）決定子：r-dir能編碼對(duì)抗菌藥物的耐藥性，可由幾個(gè)轉(zhuǎn)座子（Tn）連接相鄰排列，如Tn9帶有氯霉素耐藥基因，Tn4帶有氨芐青霉素、磺胺、鏈霉素的耐藥基因，Tn5帶有卡那霉素的耐藥基因。r決定子在與RTF結(jié)合的狀態(tài)下,才能傳遞給受體菌。R質(zhì)粒的組成第48頁(yè)/共60頁(yè)R質(zhì)粒決定耐藥的機(jī)制使細(xì)菌產(chǎn)生滅活抗生素的酶類；R質(zhì)?？刂萍?xì)菌改變藥物作用的靶部位；R質(zhì)?？煽刂萍?xì)菌細(xì)胞對(duì)藥物的通透性。Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant第49頁(yè)/共60頁(yè)（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）第50頁(yè)/共60頁(yè)（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：是毒性噬菌體在復(fù)制過(guò)程中，或者前噬菌體在脫離溶原菌染色體進(jìn)入裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復(fù)制，裝配時(shí)可能會(huì)發(fā)生裝配錯(cuò)誤，誤將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。第51頁(yè)/共60頁(yè)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)第52頁(yè)/共60頁(yè)（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)或特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)，是通過(guò)溫和噬菌體將供體菌某些特定的基因轉(zhuǎn)移給