2022年医学专题—第5章细菌的遗传与变异(1).ppt

第五章 细菌的遗传(ychun)与变异 Bacterial heredity and variation,1,第一页，共四十八页。,Essentials:,Grasp：细菌的遗传物质 基因转移(zhuny)与重组方式Know：质粒的特点Understand：基因突变的特点,2,第二页，共四十八页。,细菌(xjn)的变异现象1、形态结构变异2、毒力变异：(Virulence)BCG P1513、耐药性变异:(Drug-resistance)4、菌落变异：(Colony)5、抗原性变异：(Antigenicity),3,第三页，共四十八页。,第一节 细菌的遗传物质 Bacterial Genetic elements 一）染色体(chromosome)二）质粒(plasmid)三）转座因子(ynz)(transposable element)四）噬菌体（phage）基因组(已讲)五）整合子（自学）,4,第四页，共四十八页。,一)细菌(xjn)染色体/类核 Bacterial Chromosome or nucleoid,Definition：circular,double-stranded molecule of DNACharacteristics:1.单倍体2.不含组蛋白,无核膜(h m),5,第五页，共四十八页。,3.具有操纵子(operon)结构4.结构基因(jyn)不含内含子(intron),转录后不需剪接加工5.基因组DNA大部分用来编码蛋白质6.结构基因绝大多数无重叠现象,6,第六页，共四十八页。,7.细菌的种内和种间存在广泛(gungfn)的遗传物质交换致病岛(pathogenicity island)：致病菌染色体上编码与毒力相关基因的外源DNA片断.耐药基因(resistant gene)：与耐药性的产生和传播密切相关,7,第七页，共四十八页。,1、Definition：细菌(xjn)染色体外的遗传物质，具有自我复制的能力。为双股环状DNA分子。质粒可游离于胞浆中或整合于染色体上,二）质粒(plasmid),8,第八页，共四十八页。,2.Types：根据质粒基因编码(bin m)的生物学性状毒力质粒/Vi(virulence plasmid)细菌素质粒/Col(colicinogenic plasmid)代谢质粒(metabolize plasmid)致育质粒/F(fertility plasmid)耐药性质粒(resistance plasmid),9,第九页，共四十八页。,F plasmid:作用编码性菌毛和介导细菌(xjn)之间的接合 存在F+菌-含游离的F质粒F 菌-含带宿主菌基因 的F质粒Hfr菌-高频重组菌(high frequency recombinant)-F质粒整合于细菌染色体中,2.1 重要(zhngyo)的质粒,10,第十页，共四十八页。,R plasmid接合性耐药质粒 作用：决定细菌(xjn)的耐药性(Drug-resistance)结构：,RTF(resistance transfer factor)-耐药传递因子功能(gngnng)：编码性菌毛和介导细菌之间的 接合 R决定子(resistance determining factor）-耐药决定子功能：编码对抗菌药物和重金属盐的耐药性,9-6,10-4,11,第十一页，共四十八页。,3、质粒的共同(gngtng)特征(Characteristics),能自主(zzh)复制决定宿主菌的某些生物学性状,但不是生命所必需 转移性-质粒在细菌间的转移 接合性质粒（质粒；质粒）非接合性质粒相容性与不相容性可自行丢失或经人工处理消除(curing),12,第十二页，共四十八页。,三）噬菌体(phage)(已讲),1.Definition：是感染细菌、真菌、放线菌 或螺旋体等微生物的病毒 2.Characteristics：个体微小(small)结构简单(simple)核酸单一(dny)(single)寄生特异(special),S 4,13,第十三页，共四十八页。,四）转座因子(ynz)(transposable element),1.Definition：细菌基因组中能改变(gibin)自身位置的DNA序列，为移动基因（movable genes）2.Transfer way：通过自身编码产生的特殊重组酶导致 其转移或移位 染色体内移位（AB）染色体与质粒间 不同质粒之间,14,第十四页，共四十八页。,3.Types：,1.插入序列（insertion sequence,IS）：2.转座子（transposon,Tn）：如Tn3 3.转座噬菌体（如：Mu噬菌体）,15,第十五页，共四十八页。,五)整合子（integron，In）：定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构：两端为保守(boshu)末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒整合子含有3个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播,16,第十六页，共四十八页。,第三节 基因(jyn)的转移和重组,Definition：遗传物质由供体菌(Donor)转移给受体菌(Recipient)-基因转移，并与受体菌的基因进行整合-基因重组，使受体菌获得供体菌的某些(mu xi)特性的过程,Types：转化 transformation 转导(zhun do)transduction 转换 lysogenic conversion 接合 conjugation 原生质体融合 protoplast fusion,17,第十七页，共四十八页。,A、转化(zhunhu)(transformation),Definition：受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段(pin dun)，并与本身的基因进行重组，从而获得新的性状的过程。,供体菌,受体菌,18,第十八页，共四十八页。,Transferred DNA:chromosomal segment plasmid bacteriophage转化条件：供体菌:DNA片段大小、性质 受体菌:感受态Competence bacteria：能吸附外源DNA的受体菌细菌(xjn)感受态产生方式：自然转化（肺炎链球菌等）人工转化（E.coli等）,19,第十九页，共四十八页。,肺炎链球菌转化(zhunhu)试验,20,第二十页，共四十八页。,B.转导(zhun do)(transduction),1.Definition：是以噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移给受体菌，使受体菌获得新的性状的过程(guchng)。2.types：普遍性转导(general transduction)：转导性(假)噬菌体介导；局限性转导(restricted transduction)：缺陷性噬菌体介导。,21,第二十一页，共四十八页。,Generalized transduction,Definition Genetic recombination in which a DNA fragment is transferred from one bacterium to another by a phage that is now carrying donor bacterial DNA due to an error in maturation（成熟(chngsh)）during the lytic life cycle（溶菌周期）.Transferred DNA:random（随机）segment of the donor chromosomal or plasmid DNA,22,第二十二页，共四十八页。,普遍性转导(zhun do)机制（generalized transduction),转导噬菌体-(假噬菌体)Results：整合-完全(wnqun)转导(complete transduction)不整合-流产转导（abortive transduction）（多见）,受体菌,供体菌,核酸酶,组装(z zhun),释放,23,第二十三页，共四十八页。,Specialized transduction,DefinitionGenetic recombination in which a DNA fragment is transferred from one bacterium to another by a temperate phage that is now carrying donor bacterial DNA due to an error in spontaneous induction（自发诱导）during the lysogenic life cycle（溶原周期）.Transferred DNA:specific segment（特定(tdng)片段）of donor chromosome,24,第二十四页，共四十八页。,局限性转导(zhun do)机制（restricted transduction),bio-生物素操纵子gal-半乳糖操纵子,正常(zhngchng)切离,偏差(pinch)切离,缺陷噬菌体,正常噬菌体,前噬菌体,25,第二十五页，共四十八页。,局限性转导与普遍性转导的主要区别：普遍性转导 局限性转导转导时间 噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期转导载体 噬菌体 温和噬菌体转导基因 供体菌染色体DNA 供体菌染色体DNA的 的任何部位基因或质粒基因 特定部位基因转导频率 低 10-7 高 10-4转导结果 完全转导 获得供体菌DNA特定 流产转导 部位的遗传(ychun)特性,26,第二十六页，共四十八页。,C、溶原性转换(zhunhun)(conversion),Definition 当温和噬菌体感染细菌时，噬菌体作为供体，宿主菌染色体中整合了噬菌体的DNA片段，从而获得新的遗传性状e.g：白喉杆菌(gnjn)（不产毒素）,棒状杆菌(gnjn)噬菌体,Results:change of virulence,antigenicity,溶原性白喉杆菌（产生毒素）,27,第二十七页，共四十八页。,D、接合(jih)(conjugation),Definition 供体菌与受体菌通过性菌毛相互沟通，将遗传物质从供体菌转移(zhuny)给受体菌，使受体菌获得新的性状。Transferred DNA:plasmidchromosome,F质粒的接合(jih)R质粒的接合,28,第二十八页，共四十八页。,Conjugation-F plasmid,F+bacteria(male)-donorF-bacteria(female)-recipient3 types:F+conjugationHfr conjugationF conjugation,29,第二十九页，共四十八页。,1，Mechanism of F+x F-Crosses,结果(ji gu)：F-菌获得F质粒,变为F+菌,接合(jih)类型,30,第三十页，共四十八页。,2，Mechanism of Hfr x F-Crosses,结果：F-菌可获得不同长度(chngd)染色体基因,但F-菌仍为F-菌,31,第三十一页，共四十八页。,3，Mechanism of F x F-Crosses,结果(ji gu)：F-菌获得F质粒,F-菌变成F 菌,32,第三十二页，共四十八页。,E、原生质体的融合(rngh)（protoplast fusion）,甲菌 乙菌,溶菌酶或青霉素处理(chl),原生质体,聚乙二醇,重组(zhn z)融合体,特点：1、不限于个别基因的转移 而是整个染色体基因的 转移2、同种、异种间都可发生3、可获得多种不同表型的 重组融合体，但随机性 大，寿命短,33,第三十三页，共四十八页。,基因转移与重组的几种(j zhn)方式比较,类 型 转移(zhuny)基因 转移(zhuny)方式,转 化 供菌染色体基因 直