细菌的遗传变异.ppt

第第5章章 细菌的细菌的遗传变异遗传变异 目目 的的 要要 求求 1 1、掌握、掌握：细菌基因转移与重组：转化、接合、转细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念导、溶原性转换、原生质体融合的概念及机制。及机制。2 2、熟悉、熟悉：细菌的变异现象。细菌的变异现象。细菌遗传变异在医学上的意义。细菌遗传变异在医学上的意义。遗传（遗传（heredityheredity）：子代与亲代的生物学）：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。性状基本相同，且代代相传。遗传保证了遗传保证了物种的稳定性。物种的稳定性。变异：子代与亲代以及子代与子代之间的变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异生物学性状出现差异。变异产生新的物种变异产生新的物种，有利于物种的进化有利于物种的进化。基因型变异基因型变异（遗传性变异遗传性变异）表型变异表型变异（非遗传性变异非遗传性变异）BCGBCG：牛型结核杆菌：牛型结核杆菌（有毒株有毒株）胆汁胆汁-甘油甘油-马铃薯培养马铃薯培养 1313年年，230230次传代次传代 减毒株减毒株（BCGBCG）基因型变异：基因型变异：BCGBCG 表型变异：细菌表型变异：细菌L L型型 基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较 基因型变异基因型变异 表型变异表型变异 基因结构基因结构 变化变化 未变未变 可逆性可逆性 不或极少不或极少 可逆可逆 稳定性稳定性 稳定稳定 不稳定不稳定 环境影响环境影响 涉及细菌数涉及细菌数 不受影响不受影响 受影响受影响 个别个别 全体全体 一、一、形态结构变异形态结构变异 鼠疫耶尔森氏菌鼠疫耶尔森氏菌含含3 36 6NaClNaCl琼脂培琼脂培养养多形态性（衰退型）多形态性（衰退型）第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象 L型变异（细型变异（细胞壁缺陷型）胞壁缺陷型）生物学特性：生物学特性：多形性、革兰多形性、革兰阴性、高渗培阴性、高渗培养、生长缓慢、养、生长缓慢、荷包蛋样菌落、荷包蛋样菌落、可回复可回复 A、原细菌型菌落、原细菌型菌落 B、荷包蛋样、荷包蛋样L型菌落型菌落 C、颗粒型、颗粒型L型菌落型菌落 D、丝状型、丝状型L型菌落型菌落 葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状 L 型菌落型菌落 葡萄球菌丝状葡萄球菌丝状 L 型菌落回复后型菌落回复后 荚膜变异：荚膜变异：肺炎链球菌荚膜肺炎链球菌荚膜体外体外长期培养长期培养失去荚膜失去荚膜 芽胞变异：芽胞变异：炭疽杆菌炭疽杆菌经经4242，10102020天天失去芽胞，毒力减弱失去芽胞，毒力减弱 鞭毛（鞭毛（H HO O）变异：）变异：变形杆菌变形杆菌含含1010的培养基上生长的培养基上生长失去鞭毛失去鞭毛 二、菌落变异（二、菌落变异（SR变异）变异）光滑型（光滑型（S型）型）粗糙型（粗糙型（R型型）三、毒力的变异三、毒力的变异 毒力降低或消失：如卡介苗毒力降低或消失：如卡介苗 毒力增强：如白喉棒状杆菌毒力增强：如白喉棒状杆菌 四、耐药性变异四、耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质 1 1、细菌的染色体：、细菌的染色体：环状、环状、dsDNAdsDNA。相对较小（相对较小（4.24.210106 6 bpbp，40004000个基因个基因 复制快：复制快：10105 5 bp/minbp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现单倍体：突变后更易表现 2 2、质粒、质粒(plasmid)(plasmid)：细菌染色体外的遗传物：细菌染色体外的遗传物质，环状闭质，环状闭 合的双股合的双股DNADNA。可编码许多可编码许多重要的生物学性状。重要的生物学性状。质粒质粒DNADNA的特性的特性 具有自我复制能力具有自我复制能力 紧密型质粒；松紧密型质粒；松弛型质粒弛型质粒 质粒能编码某些特定性状质粒能编码某些特定性状 可自行丢失与消除可自行丢失与消除 可在细菌间转移。可在细菌间转移。分相容性与不相容性两种分相容性与不相容性两种 种种 类类 致育质粒或称致育质粒或称F F质粒质粒 结合结合 耐药性质粒耐药性质粒 可分为接合性耐药质粒（可分为接合性耐药质粒（R R质粒）和非接合性耐药质粒。质粒）和非接合性耐药质粒。耐药耐药 毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒质粒 编码与该菌致病性编码与该菌致病性有关的毒力因子。有关的毒力因子。毒力毒力 细菌素质粒细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素。编码各种细菌产生的细菌素。细菌素细菌素 代谢质粒代谢质粒 编码产生与代谢相关的许多酶编码产生与代谢相关的许多酶类类 3 3、转座因子、转座因子 是细菌基因组中能改变自身位置的一段是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNADNA序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上或染色体与质粒之间。或染色体与质粒之间。分类分类 （1 1）插入序列）插入序列 (insertion sequenceinsertion sequence，ISIS):):75075015501550 bp bp 两端重复序列，与插入有关两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因中心序列有转位酶基因 （2 2）转座子）转座子 (transposontransposon，TnTn):):200020002500025000 bpbp 两端为两端为ISIS 中心序列有与转位无关基因中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因如：毒素基因、耐药基因等耐药基因等 IS IS Resistance Gene(s)常见的插入序列和转座子常见的插入序列和转座子 IS bp Tn 耐药或毒素基因耐药或毒素基因 IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素氨苄青霉素）IS2 1327 Tn6 Kan（卡那霉素卡那霉素）IS3 1300 Tn10 Tet（四环素四环素）IS4 1426 Tn551 Em（红霉素红霉素）IS5 1195 Tn681 E.coli ET（肠毒素肠毒素）4 4、整合子整合子（integronintegron，InIn）：是一种运动性是一种运动性DNADNA分子分子，具有独立结构可捕获和整合外源具有独立结构可捕获和整合外源性基因性基因，使之转变成为使之转变成为功能性基因表达单功能性基因表达单位位。定位于细菌染色体定位于细菌染色体、质粒或转座子上质粒或转座子上 基本结构基本结构：两端为保守末端两端为保守末端，中间为可变中间为可变区区，含一个或多个基因盒含一个或多个基因盒 整合子含有整合子含有3 3个功能元件：重组位点；整合个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子酶基因；启动子 通过转座子或接合性质粒通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基使多种耐药基因在细菌中进行水平传播因在细菌中进行水平传播 5 5、噬菌体噬菌体基因组：基因组：形态结构形态结构:蝌蚪形蝌蚪形 衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质 核酸：核酸：dsDNA dsDNA 分布广分布广:有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体 宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型 参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导,溶原性转换溶原性转换 基因转移基因转移(gene transfer)(gene transfer)：外源性遗传外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。物质由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组基因重组(gene recombination)(gene recombination)：转移转移的基因与受体菌的基因与受体菌DNADNA整合在一起的过程。整合在一起的过程。供体菌供体菌(donor)(donor)；受体菌受体菌(recipient)(recipient)第三节第三节 基因的转移和重组基因的转移和重组 一一、转化转化（transformation）：供体菌游供体菌游离的离的DNA片段被受体菌直接摄取片段被受体菌直接摄取，使受使受体菌获得新的性状体菌获得新的性状。*条件条件：受体菌与供体菌受体菌与供体菌DNA有同源性。有同源性。感感 受受 态：受体菌能摄取外源态：受体菌能摄取外源DNA片段的片段的生理状态。感受态一般出现在细菌对数生理状态。感受态一般出现在细菌对数生长期的后期，持续时间约生长期的后期，持续时间约34小时。小时。小鼠体内肺炎链球菌的转化试验小鼠体内肺炎链球菌的转化试验 转化因子转化因子（transforming principle）在转化过程中，转在转化过程中，转化的化的DNA片段称片段称为转化因子为转化因子，分，分子量小于子量小于107，最，最多不超过多不超过1020个个基因。基因。感受态感受态（competence）二二、接合接合(conjugation)(conjugation)：细菌通过性菌毛细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。F F质粒质粒（fertilityfertility factorfactor,致育因子致育因子）接触：细胞质沟通接触：细胞质沟通 转移：转移：F F质粒进入质粒进入F F菌菌，1 1分钟完成分钟完成 复制：复制：F F菌转为菌转为F F菌菌 HfrHfr（高频重组菌株高频重组菌株）：F F质粒与染色体整合质粒与染色体整合 具有结合和转移功能具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高细菌染色体转移频率高，F F质粒低质粒低 受体菌获得供体菌性状受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图用于绘制基因图 HfrHfr转移细菌染色体过程转移细菌染色体过程 R R质粒质粒 （1 1）耐药传递因耐药传递因子：编码性菌毛子：编码性菌毛 （2 2）耐药耐药决定因决定因子：耐药子：耐药 三三、转导转导（transductiontransduction）：以温和以温和噬菌体为载体噬菌体为载体，将供体菌的一段将供体菌的一段DNADNA转移到受体菌内转移到受体菌内，使受体菌获得新使受体菌获得新的性状的性状。（1 1）普遍 性转导普遍 性转导 前噬菌体脱离溶原前噬菌体脱离溶原性细菌增殖时性细菌增殖时，误误装入细菌装入细菌DNADNA。故故该噬菌体感染受体该噬菌体感染受体菌时菌时，则将供体菌则将供体菌DNADNA带入受体菌内带入受体菌内。完全转导完全转导 流产转导流产转导 未整合未整合 整整 合合 普遍性转导模式图普遍性转导模式图 局限性转导模式图局限性转导模式图 2 2、局限性转导：、局限性转导：前噬菌体从宿主前噬菌体从宿主菌染色体脱离时菌染色体脱离时发生偏差，将前发生偏差，将前噬菌体两侧的宿噬菌体两侧的宿主染色体基因转主染色体基因转移到受体菌，使移到受体菌，使受体菌的遗传性受体菌的遗传性状发生改变的过状发生改变的过程。程。普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别 区别要点区别要点 普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导 基因转导发生的时期基因转导发生的时期 裂解期裂解期 溶原期溶原期 转导的遗传物质转导的遗传物质 供体菌染色体供体菌染色体DNA任何部位或质粒任何部位或质粒 噬菌体噬菌体DNA及供体及供体菌菌DNA的特定部位的特定部位 转导的后果转导的后果 完全转导或流产转完全转导或流产转导导 受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗特定部位的遗传特性传特性 转导频率转导频率 受体菌的受体菌的10-7 转导频率较普遍转转导频率较普遍转导增加导增加1000倍倍(10-4)四四、溶原性转换：溶原性转换：是宿主菌染色体中整合是宿主菌染色体中整合了噬菌体的了噬菌体的DNADNA片段而获得新的遗传性状片段而获得新的遗传性状。五、原生质体融合五、原生质体融合 两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。合的过程。机机 制制 基因来源基因来源 转移方式转移方式 转转 化化 供体菌供体菌 直接摄取直接摄取 转转 导导 供体菌供体菌 噬菌体为载体噬菌体为