2022年医学专题—版第2章细菌的遗传与变异(1).ppt

第第2章章 细菌的细菌的遗传遗传(ychun)与与变变异异高等教育出版社高等教育出版社医学医学(yxu)(yxu)细菌细菌学学Medical Bacteriology第一页，共二十二页。目目 录录123细菌遗传(ychun)与变异的物质根底细菌的变异现象(xinxing)及机制 细菌遗传变异的医学(yxu)意义及其应用 第二页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：质粒的遗传物质：质粒v细菌遗传物质：染色体、质粒、噬菌体。细菌遗传物质：染色体、质粒、噬菌体。v质粒质粒(plasmid)：细菌染色体外遗传物质，为双链环状：细菌染色体外遗传物质，为双链环状DNA，携带遗传信息并能自我复制，可丧失且不影响细菌存活。携带遗传信息并能自我复制，可丧失且不影响细菌存活。v质粒通过接合、转化质粒通过接合、转化(zhunhu)、转导方式在细菌间转移、转导方式在细菌间转移遗传物质。遗传物质。严紧型质粒严紧型质粒(stringent plasmid)：复制：复制(fzh)与染色体同步。与染色体同步。松松驰驰型型质质粒粒(relaxed plasmid)：复复制制与染色体无关。与染色体无关。第三页，共二十二页。v噬菌体噬菌体(phage)：细菌的病毒，蛋白外壳：细菌的病毒，蛋白外壳+DNA或或RNA组成，多组成，多为蝌蚪形。为蝌蚪形。v噬菌体结构：头部噬菌体结构：头部=球状外壳球状外壳+核酸核酸(h sun)尾部尾部=尾板尾板(溶菌酶溶菌酶)+尾刺尾刺+尾丝尾丝(吸附细菌吸附细菌)v噬菌体噬菌体可通过转导、转换方式可通过转导、转换方式在细菌间转移遗传物质在细菌间转移遗传物质。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体第四页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体v毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)：感染宿主菌后在菌体内以复制：感染宿主菌后在菌体内以复制(fzh)方式增殖，产生大量子代噬菌体并导致细菌裂解。该过程方式增殖，产生大量子代噬菌体并导致细菌裂解。该过程称为溶菌性周期称为溶菌性周期(bacteriolysis cycle)，分为吸附与穿入、生物合成，分为吸附与穿入、生物合成、成熟与释放等阶段，。、成熟与释放等阶段，。v温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：感染宿主菌后其基因组整合到宿主：感染宿主菌后其基因组整合到宿主菌染色体菌染色体DNA中，随宿主菌中，随宿主菌DNA复制而复制，并随宿主菌分裂复制而复制，并随宿主菌分裂而分配至子代菌染色体而分配至子代菌染色体DNA中，宿主菌不裂解。该过程称为溶原性中，宿主菌不裂解。该过程称为溶原性周期周期(lysogenic cycle)。v前噬菌体前噬菌体(prophage)：整合在细菌染色体中的噬菌体基因组，可在某些：整合在细菌染色体中的噬菌体基因组，可在某些因素刺激下脱落进入溶菌性周期因素刺激下脱落进入溶菌性周期。v溶原性细菌溶原性细菌(lysogenic bacterium)：携带前噬菌体基因组。：携带前噬菌体基因组。第五页，共二十二页。v溶菌性周期和溶原性周期：溶菌性周期和溶原性周期：细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传物质：噬菌体的遗传物质：噬菌体第六页，共二十二页。转位转位(zhun wi)(zhun wi)因子因子v转位因子转位因子(ynz)(transposable element)：能在细菌基因组中：能在细菌基因组中移动位置移动位置的一段独特的一段独特DNA片段。片段。v插入序列插入序列(insertion sequence，IS)：转座酶基因：转座酶基因+两端反向重复序列，两端反向重复序列，可宿主菌基因组的突变、失活或基因重排。可宿主菌基因组的突变、失活或基因重排。v转座子转座子(transposon，Tn)：IS+其他基因，能通过质粒在细菌以及细菌与其他基因，能通过质粒在细菌以及细菌与真核细胞之间转移。真核细胞之间转移。第七页，共二十二页。整合整合(zhn h)(zhn h)子和转座噬菌体子和转座噬菌体 v整合子整合子(integron)：定位于细菌：定位于细菌(xjn)染色体、染色体、能捕获和整合外能捕获和整合外源性基因源性基因的独特的独特DNA序列。序列。v整合子典型结构：整合位点可有一个或多个基因盒。整合子典型结构：整合位点可有一个或多个基因盒。5-保守保守(boshu)区区-整合酶整合酶-P1/P2启动子启动子-整合位点整合位点-3-保守保守区区v转座噬菌体转座噬菌体(mutation phage，Mu phage)：能整合入宿主菌染色体：能整合入宿主菌染色体DNA但无一定整合位置的温和噬菌体。但无一定整合位置的温和噬菌体。第八页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)的变异现象的变异现象v形态和结构变异：如细菌形态和结构变异：如细菌(xjn)L型。型。v毒力变异：如卡介苗毒力变异：如卡介苗BCG、白喉棒状杆菌被、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感染棒状杆菌噬菌体感染后产生白喉毒素。后产生白喉毒素。v耐药性变异：产生对耐药性变异：产生对1 种或多种抗生素耐药性。种或多种抗生素耐药性。v抗原性变异：如抗原性变异：如H和和O抗原变异，带来诊断困难的问题。抗原变异，带来诊断困难的问题。v菌落变异：光滑型菌落变异：光滑型(smooth，S)与粗糙型与粗糙型(rough，R)菌落变异菌落变异(S-R)，常伴随抗原性、毒力、酶活性等改变。多数常伴随抗原性、毒力、酶活性等改变。多数S型细菌毒力强，少数型细菌毒力强，少数R型毒型毒力强力强(结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌)。第九页，共二十二页。细菌细菌(xjn)(xjn)变异机制变异机制v突变突变(tbin)(mutation)：单、多点各种突变。：单、多点各种突变。v基因转移基因转移(transfer)与与重组重组(recombination)：是细菌获得新遗传性：是细菌获得新遗传性状的主要途径。状的主要途径。v细菌基因转移和重组的主要方式：细菌基因转移和重组的主要方式：转化、接合、转导、溶原性转换转化、接合、转导、溶原性转换。v提供提供DNA的细菌称为的细菌称为供体菌供体菌(donor)，接受，接受DNA并进行重组的细菌称并进行重组的细菌称为为受体菌受体菌(recipient)。第十页，共二十二页。v转化转化(transformation)：供体菌游离的：供体菌游离的DNA片段片段直接被受体菌摄取直接被受体菌摄取(shq)并重组并重组，使受体菌获得新的生物学性状。，使受体菌获得新的生物学性状。细菌变异细菌变异(biny)(biny)机制：转化机制：转化第十一页，共二十二页。v被转化的被转化的DNA片段称为片段称为(chn wi)转化转化因子因子(transforming factor)，分子量小，分子量小于于107，最多不超过，最多不超过1020个基因。个基因。v转化后能重组并稳定地表达供体菌遗传转化后能重组并稳定地表达供体菌遗传性状的外源性性状的外源性DNA片段称为片段称为转化子转化子(transformant)。v接受接受DNA片段的受体菌必须处于片段的受体菌必须处于感感受态受态(competence)。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转化：转化第十二页，共二十二页。细菌变异细菌变异(biny)(biny)机制：接合机制：接合v接合接合(conjugation)：供体菌通过性菌毛将：供体菌通过性菌毛将质粒或染色体质粒或染色体DNA转移转移入受体菌，使受体菌获得入受体菌，使受体菌获得(hud)新的生物学性状。新的生物学性状。vF质粒：编码质粒：编码性菌毛性菌毛(F+菌，又称供体菌或雄性菌菌，又称供体菌或雄性菌)。v受体菌或雌性菌：无受体菌或雌性菌：无F质粒、无性菌毛质粒、无性菌毛(F-菌菌)。F+F+F+F+F+F-F+F-F+F-第十三页，共二十二页。vF质粒还可质粒还可整合整合入细菌染色体入细菌染色体DNA中，称为中，称为Hfr菌株菌株。v转移过程：染色体转移过程：染色体DNA在在F质粒转移启始位点处的一股单链断开质粒转移启始位点处的一股单链断开(dun ki)后后先经性菌毛进入受体菌先经性菌毛进入受体菌，F质粒质粒DNA后进入受体菌后进入受体菌，该过程，该过程易中断，故受体菌常获得不同长度易中断，故受体菌常获得不同长度Hfr菌株染色体菌株染色体DNA片段，但片段，但不易获得不易获得F质粒质粒DNA。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合F-HfrHfrF-HfrHfrF-F-第十四页，共二十二页。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合vF菌株：少见。整合的菌株：少见。整合的F质粒从染色体质粒从染色体DNA上脱落，但上脱落，但携带了邻近染携带了邻近染色体色体DNA片段片段，称为，称为(chn wi)F质粒及质粒及F菌株，可通过菌株，可通过F+与与F-菌菌株相似的过程，将株相似的过程，将F质粒及其可能携带的供体菌染色体质粒及其可能携带的供体菌染色体DNA片段片段转移给转移给F-受体菌。受体菌。FHfrFFFF-第十五页，共二十二页。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：接合：接合v耐药质粒耐药质粒 耐药传递因子耐药传递因子(ynz)(resistance transfer factor，RTF)。耐药决定子耐药决定子(r determinant)：也即耐药基因。：也即耐药基因。Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFr determinant第十六页，共二十二页。v转导转导(transduction)：温和噬菌体为载体温和噬菌体为载体将将供体菌供体菌DNA片段转移到受片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。体菌内，使受体菌获得新的性状。v可分为普遍性转导和局限性转导。可分为普遍性转导和局限性转导。v普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)：装配装配(zhungpi)错误错误。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转导：转导第十七页，共二十二页。v局限性转导局限性转导(restricted transduction)：前噬菌体从染色体中脱落时带：前噬菌体从染色体中脱落时带有有整合部位一或两侧染色体整合部位一或两侧染色体DNA片段片段(pin dun)，感染细菌时可将该，感染细菌时可将该供体菌供体菌DNA片段转移到新的受体菌内。片段转移到新的受体菌内。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转导：转导第十八页，共二十二页。v溶原性转换溶原性转换(zhunhun)(lysogenic conversion)：溶原菌染色体：溶原菌染色体DNA中整合的中整合的前噬体基因前噬体基因使宿主菌获得新的遗传性状的过程。使宿主菌获得新的遗传性状的过程。v白喉棒状杆菌被携带毒素基因的白喉棒状杆菌被携带毒素基因的-棒状杆菌噬菌体感染后才能棒状杆菌噬菌体感染后才能产生白喉外毒素。产生白喉外毒素。细菌变异机制细菌变异机制(jzh)(jzh)：转换：转换第十九页，共二十二页。v诊断和治疗及预防方面的应用诊断和治疗及预防方面的应用(yngyng)(yngyng)：抗原变异、耐药产生、制备疫苗等。抗原变异、耐药产生、制备疫苗等。v流行病学方面的应用：流行病学方面的应用：确定优势流行菌株和耐确定优势流行菌株和耐药基因等、病原追踪与溯源，如药基因等、病原追踪与溯源，如PCR+RFLP、质粒指纹图谱、质粒指纹图谱。v分子生物学和基因工程中的应用：分子生物学和基因工程中的应用：载体载体(质质粒、噬菌体、腺病毒粒、噬菌体、腺病毒)与与DNA重组方法重组方法(转化、转化、转导、转染转导、转染)，生产疫苗，生产疫苗(rHBsAg等等)及生物制及生物制品品(rIFN等等)。细菌变异细菌变异(biny)(biny)的医学意义及应用的医学意义及应用第二十页，共二十二页。v细菌细菌(xjn)获得新的遗传性状的主要方式