2022年医学专题—病原8.细菌的遗传与变异(1).ppt

第三节 细菌(xjn)的遗传与变异,第一页，共七十二页。,基本概念,遗传(ychun)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其菌种得以保存。变异：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。细菌的变异分为:1.遗传性变异：基因变 不可逆 可遗传 2.非遗传性变异：基因未变 可逆 不遗传,第二页，共七十二页。,遗传性变异(biny)与非遗传性变异(biny)的比较,第三页，共七十二页。,一.细菌(xjn)的变异现象,（一）形态结构的变异(biny)（二）菌落变异（三）毒力变异（四）耐药性变异,第四页，共七十二页。,细菌的大小和形态：在不同的生长时期可不同，生长过程(guchng)中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌L型。细菌的特殊结构：如荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌H-O变异）也可发生变异。,（一）形态(xngti)结构的变异,第五页，共七十二页。,（一）形态(xngti)结构的变异,3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态(xngti)性 陈旧培基物,第六页，共七十二页。,青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体(部分(b fen)或完全失去胞壁),第七页，共七十二页。,细菌的菌落：有光滑(S)型和粗糙(R)型两种。S型表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称SR变异。SR变异常见于肠道杆菌。变异时不仅菌落的发生改变，且其它(qt)性状也可变化。S型菌的致病性强，但有少数R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。,（二）菌落(jnlu)变异,第八页，共七十二页。,（二）菌落(jnlu)变异,在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 原因：失去(shq)LPS的特异多糖,第九页，共七十二页。,S型菌落(jnlu),R型菌落(jnlu),第十页，共七十二页。,毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力减弱(jinru)：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。,（三）毒力变异(biny),第十一页，共七十二页。,（三）毒力变异(biny),增强(zngqing)棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),第十二页，共七十二页。,牛分支(fnzh)杆菌 Mycobacterium bovis,置于含胆汁的培养基，逐渐增加(zngji)胆汁的浓度,13年,卡介苗 Bacillus Calmette-Guerin(BCG),在胆汁中适应性生长，充分(chngfn)减毒成为预防肺结核的疫苗。,第十三页，共七十二页。,耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为(chngwi)当今医学上的重要问题。,（四）耐药性变异(biny),第十四页，共七十二页。,（四）耐药性变异(biny),金黄色葡萄球菌有些细菌还同时耐受(nai shu)多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基痢疾杆菌 依链株 长期培养,第十五页，共七十二页。,二.细菌(xjn)遗传变异的物质基础,（一）细菌(xjn)的染色体（二）染色体外的遗传物质 1.细菌的质粒 2.噬菌体 3.转位因子,第十六页，共七十二页。,（一）细菌(xjn)的染色体,是裸露的DNA，无组蛋白包绕。由一条双股环状DNA分子反复回旋盘绕而成，附着在横隔中介体或细菌膜上。基因与真核细菌不同，基因是连续的,无内含子，转录后形成的mRNA不必再剪切、拼接(pn ji)，可直接翻译成多肽。DNA的复制，在大肠杆菌已被证明是双向复制。自大肠杆菌提取的DNA是一条完整的DNA链，分子量仅为人体细胞DNA量的0.1%。大肠杆菌的DNA约为4106个碱基对，因此约有5000多个基因，可编码几千种多肽。,第十七页，共七十二页。,概念：是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。质粒基因可编码多种重要(zhngyo)的生物学性状。,1.质粒,（二）染色体外的遗传物质,第十八页，共七十二页。,具有(jyu)自我复制的能力。DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。可自行丢失与消除。转移性。可分为相容性与不相容性两种。,（1）质粒DNA的主要(zhyo)特征,第十九页，共七十二页。,（2）医学(yxu)上重要的质粒,1)致育质粒（F质粒）：编码细菌的性菌毛2)耐药性质粒：编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药 性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒；3)细菌素质粒：编码细菌产生(chnshng)细菌素；4)毒力质粒（Vi质粒）：编码与该菌致病性有关的毒力因子；5)代谢质粒：编码产生相关的代谢酶。,第二十页，共七十二页。,噬菌体：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体具有病毒的一些特性(txng)：个体微小、没有细胞结构、专性细胞内寄生。噬菌体分布：极广，凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在。,2.噬菌体,第二十一页，共七十二页。,噬菌体很小，用电镜观察。在电镜下有三种形态：蝌蚪形、微球形和丝形。大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部(wi b)两部分组成。,（1）噬菌体的形态(xngti)与结构,第二十二页，共七十二页。,蝌蚪(kdu)形噬菌体结构模式图,第二十三页，共七十二页。,噬菌体的其他(qt)生物学性状,化学组成：噬菌体主要由核酸和蛋白质组成。遗传物质：DNA或RNA，由此分成DNA噬菌体和RNA噬菌体。蛋白质：构成头部的衣壳及尾部，起着保护核酸的作用。抗原性：噬菌体具有(jyu)抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。抵抗力：对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强，75 30min灭活。能耐受低温和冰冻，但对紫外线和X射线敏感。,第二十四页，共七十二页。,（2）噬菌体与细菌(xjn)的相互关系,噬菌体感染细菌有两种结果：噬菌体增殖(zngzh)，细菌被裂解，建立溶菌性周期，这类噬菌体称为毒性噬菌体。噬菌体核酸与细菌染色体整合，成为前噬菌体，细菌变为溶原性细菌，建立溶原性周期，这类噬菌体称为温和噬菌体。,第二十五页，共七十二页。,噬菌体可分为两类：毒性噬菌体：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。温和(wnh)噬菌体：噬菌体基因与宿主染色体整合，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。,（2）噬菌体与细菌(xjn)的相互关系,第二十六页，共七十二页。,1)噬菌体的溶菌性周期,噬菌体的复制周期或溶菌周期：从噬菌体吸附至细菌溶解释放出子代噬菌体的过程。增殖方式：毒性(d xn)噬菌体在敏感菌内以复制方式进行增殖。增殖过程包括：吸附穿入、生物合成、成熟释放。,第二十七页，共七十二页。,吸附(xf),吸附是噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主(szh)菌表面受体分子结构的互补性。,第二十八页，共七十二页。,毒性噬菌体的复制(fzh)周期溶菌性周期,第二十九页，共七十二页。,第三十页，共七十二页。,2）溶原性周期,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期溶原性周期：温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合(zhn h)，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。前噬菌体：整合在细菌基因组中的噬菌体基因组。溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌。,第三十一页，共七十二页。,温和(wnh)噬菌体的溶菌性周期,前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物(shngw)因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。,第三十二页，共七十二页。,2）溶原性周期,温和噬菌体可有三种存在状态：A.游离的具有感染性的噬菌体颗粒；B.宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C.前噬菌体。溶原性转换：某些前噬菌体可导致(dozh)细菌基因型和性状发生改变。,第三十三页，共七十二页。,第三十四页，共七十二页。,噬菌体（总结(zngji)）,定义：是寄生于细菌的病毒，有宿主细胞的特异性。毒性噬菌体：在敏感菌中增殖并裂解细菌的噬菌体温和噬菌体：感染细菌后，有两种后果，或裂解细菌或形成溶原状态。裂解细菌的过程(guchng)与毒性噬菌体相同，形成溶原状态则为噬菌体的基因组整合于细菌的染色体上，并随细菌的繁殖传至子代。在细菌染色体上的温和噬菌体的基因，可相当于遗传物质，也能决定细菌的某些特性。当细菌失去相应噬菌体基因后，则失去产生毒素或表达特异抗原特性。溶原性细菌：带有噬菌体基因组的细菌前噬菌体：整合于细菌染色体上的噬菌体基因溶原性转换：由噬菌体基因决定细菌的某些生物学特性称为溶原性转换。,第三十五页，共七十二页。,转位因子：是存在于细菌染色体或质粒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(ydng)，不断改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。原核生物的转位因子有三类：插入序列(IS)、转座子(Tn)、Mu噬菌体或前噬菌体。,3.转位(zhun wi)因子,第三十六页，共七十二页。,(1)插入序列（IS）是最小的转位因子，2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域(2)转座子（Tn）2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能(knng)与细菌的多重耐药性有关。,Tn,第三十七页，共七十二页。,转座子的特征(tzhng),第三十八页，共七十二页。,(3)转座噬菌体或前噬菌体,是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变(gibin)溶原性细菌的某些生物学性状。,第三十九页，共七十二页。,三.细菌(xjn)变异的机制,(一)基因突变和损伤(snshng)后修复(二)基因转移和重组,第四十页，共七十二页。,1.突变：是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。基因突变(j yn t bin)：也称点突变，是DNA中一对或少数几对硷基的置换、增加或缺失。染色体畸变：涉及大段DNA的易位、缺失、重复或倒位等变化，结果导致细菌死亡。,(一)基因(jyn)的突变和损伤后修复,第四十一页，共七十二页。,突变率：突变常自然发生，但突变率极低 突变与选择：突变是随机的，不定向的。回复突变：细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复(huf)野生型的性状。,2.基因突变(j yn t bin)的规律,第四十二页，共七十二页。,基因转移(zhuny)：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体 菌细胞内的过程。基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体基因等。细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性转换、细胞融合。,(二)基因(jyn)转移和重组,第四十三页，共七十二页。,1.转化:供体菌裂解的游离DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得(hud)新的性状。,第四十四页，共七十二页。,第四十五页，共七十二页。,转化因子：在转化过程(guchng)中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于107，最多不超过10-20个基因。感受态,第四十六页，共七十二页。,2.接合(jih),接合：是细菌(xjn)通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。接合性质粒：能通过结合方式转移的质粒，如F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。非接合性质粒：不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为,第四十七页