醫(yī)學微生物學：3 遺傳與變異 細菌耐藥

1、2022/8/111/68第二章 細菌的遺傳與變異教學要求：掌握：1.細菌變異的機制； 2.溫和噬菌體的特性、與宿主的關系熟悉：細菌的變異現象、遺傳變異的物質基礎、噬菌體的生物學特性、毒性噬菌體的復制周期2022/8/112/68 第一節(jié) 細菌的變異現象 (一)形態(tài)結構變異： 多形態(tài)性變異 細菌L型變異 特殊結構變異(H-O變異等)(二)毒力變異：增強(白喉棒狀桿菌) 減弱(卡介苗)(三)耐藥性變異：對某種抗菌藥物耐藥 多重耐藥性變異 藥物依賴性變異(SD株)(四)菌落變異：S-R變異2022/8/113/68形態(tài)結構變異 3-6%食鹽鼠疫桿菌多形態(tài)性(衰殘型)。 瓊脂培基2022/8/114

2、/68 青霉素、溶菌酶正常形態(tài)細菌- L型變異 抗體或補體 (部分或完全失去胞壁)正?；魜y弧菌霍亂弧菌L型2022/8/115/68毒力變異 棒狀噬菌體白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛型結核桿菌 卡介苗 13年(230代)2022/8/116/68第二節(jié) 細菌的遺傳物質 遺傳物質DNA(基因)：染色體質粒染色體外遺傳物質噬菌體轉座子2022/8/117/68一、染色體(chromosome):1. 多為一條染色體 2. 環(huán)狀雙螺旋結構，按一定構型反復回旋而成松散結構3. 除rRNA基因外，絕大多數基因為單拷貝，很少有重復序列4. 具有連續(xù)的基因結構，無內含子，轉錄后形成的

3、RNA分子不需加工剪切，邊轉錄邊翻譯成多肽2022/8/118/685. 雙向復制2022/8/119/68二、染色體外的遺傳物質(一)質粒(plasmid)： 1.概念：是細菌染色體外的環(huán)狀閉合的DNA小體,可自我復制，也可自行丟失或經人工處理消除，控制細菌某些特定的遺傳性狀。2022/8/1110/682.分類： 1).按傳遞方式分類： 接合性質粒：帶有與接合傳遞有關的基因(tra基因等),分子量較大,40-100kb, 如F質粒,R質粒 非接合性質粒：分子量較小，多在15kb以下，通過共存的接合質粒誘動或轉導傳遞2022/8/1111/682). 按拷貝數分類：緊密型質粒(stringe

4、nt P) ：大質粒，拷貝數1-2個，一般為40-100kb，與染色體復制同步。 松馳型質粒(relaxed P) ：小質粒,拷貝數多(20-60個)，一般為15kb以下，可隨時復制，與染色體復制無關。3). 按相容性分類：不相容性：結構相似、密切相關的質粒不能穩(wěn)定地共存于同一個宿主內的現象 2022/8/1112/684). 按生物學性狀分類：(1)致育質粒（F質粒, fertility plasmid) 編碼性菌毛，介導細菌間的接合傳遞(2)耐藥性質粒（resistance plasmid) R質粒：通過細菌間的接合進行傳遞， G-菌多見 r質粒：通過噬菌體在細菌間轉導進行傳遞，G+菌多見

5、(3)毒力質粒（Vi質粒, virulence plasmid) 編碼與細菌致病性有關的毒力因子2022/8/1113/68(二) 噬菌體 (bacteriophage，phage)是感染細菌、真菌等微生物的病毒。1.形態(tài)結構: 微小, 以nm計量, 需電鏡觀察 形態(tài)：蝌蚪形(大多)，微球形，絲形。 結構：頭、尾 化學組成: 核酸(DNA或RNA)和蛋白質。 抗原性：特異性抗體僅阻止噬菌體的吸附穿入。 抵抗力：比細菌繁殖體稍強2022/8/1114/682022/8/1115/68大腸埃希菌T2噬菌體2022/8/1116/682.噬菌體與細菌的相互關系： 1) 毒性噬菌體；2) 溫和噬菌體

6、毒性噬菌體(virulent phage) 概念：能在宿主菌細胞內復制增殖，最終裂解細菌并釋放子代噬菌體。復制周期(溶菌周期)：從噬菌體吸附穿入細菌體內，到細菌溶解釋放出子代噬菌體的過程分四個階段： (1)吸附； (2)穿入； (3)生物合成；(4)成熟釋放2022/8/1117/68毒性噬菌體2022/8/1118/682022/8/1119/68normal bacteriophage bacteriophage after contraction of sheath 2022/8/1120/682022/8/1121/68 溫和噬菌體(temperate phage)概念：在宿主菌細胞內

7、發(fā)生基因組整合，并隨細菌分裂繁殖而復制傳代, 稱溫和噬菌體。前噬菌體：整合在細菌基因組中的噬菌體基因組。溶原性細菌：帶有前噬菌體基因組的細菌。 在一定條件下，亦可進入溶菌周期。 溫和噬菌體有兩種周期： 1.溶源性周期 2.溶菌性周期溶原和溶菌可交替出現。2022/8/1122/68prophage: 整合在細菌基因組中的噬菌體基因組溶原性細菌2022/8/1123/68Induction2022/8/1124/682022/8/1125/682022/8/1126/683. 功能：1. 使溶原性細菌的表型發(fā)生改變：溶原性轉換 棒狀噬菌體白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 2. 傳遞宿主菌的基因：轉導2

8、022/8/1127/68(三)轉座因子(transposable element)1. 概念：是一類可以在細菌的基因組(染色體、質粒、噬菌體)DNA分子中移動的獨特DNA片段.2. 類型：(1) 插入序列(insertion sequence IS)：長度不超過2Kb，末端都有一段反向重復序列(IR)，只有插入功能,不帶其他遺傳信息。(2)轉座子(transposon Tn)：結構較復雜，長度超過2Kb。Tn兩端的IR具有插入功能,中心序列帶有遺傳信息，如耐藥性基因、毒力基因及其他結構基因等。IS ISResistance Gene(s) IS ISVirulence Gene(s)Tran

9、sposaseABCDEFGGFEDCBA2022/8/1128/68分二類： 復合轉座子(composite Tn) 復合轉座子(complex Tn)(3) Mu噬菌體：具有轉位作用的溫和噬菌體3. 轉座機制： 保留型轉座 復制型轉座 接合型轉座（P44，圖2-6）2022/8/1129/68轉座子的特征轉座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP（氨芐青霉素）Tn4AP、SM(鏈霉素)、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）Tn551Em（紅霉素）Tn971EmTn1681大腸埃希菌（腸毒素基因）20

10、22/8/1130/68第三節(jié) 細菌變異的機制基因轉移與重組突變2022/8/1131/68一、 突變突變(mutation)：細菌遺傳物質的結構發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導致遺傳性變異。野生型(wild type)某種細菌在自然環(huán)境下大多數所具有的表型菌株，稱為野生型菌株。突變型(mutant)相對的某一性狀的野生型基因發(fā)生突變，由于DNA分子結構上的突變才表現出性狀發(fā)生改變。2022/8/1132/68突變的類型 點突變：小突變或基因突變，一個堿基對的置換、 插入或缺失引起，常指堿基置換。 多點突變: 大突變或染色體突變, 兩個堿基對以上的變化, 涉及廣泛的染色體重排, 發(fā)生易位、重復或缺失等

11、。2022/8/1133/68 堿基置換：. 轉換(transition): 不同嘌呤之間或不同嘧啶之間的替代; .顛換(transversion):嘌呤與嘧啶之間的相互交換。 移碼：當DNA序列中由于堿基的插入或缺失 而導致 DNA序列移位。2022/8/1134/68二、基因轉移與重組： 遺傳物質由供體菌轉入到受體菌并發(fā)生整合, 使受體菌獲得新的性狀特征。2022/8/1135/68基因轉移和重組的方式1. 轉化(treansformation)：受體菌直接攝取供體菌游離的DNA獲得新的遺傳性狀的過程稱為轉化。2022/8/1136/68感受態(tài)2022/8/1137/682. 接合(con

12、jugation)：細菌通過性菌毛 溝通，將遺傳物質(質粒)從供體菌轉移給受體菌。其類型有：(1) F質粒的接合：質粒傳遞；質粒整合高頻重組菌株(Hfr)2022/8/1138/68接合F+F-F+F+2022/8/1139/682022/8/1140/68HfrF+r2022/8/1141/68(2) R質粒的接合：R質粒的組成：耐藥傳遞因子(RTF)：功能與F質粒相似，可編碼性菌毛，并通過接合轉移。耐藥決定子(r決定子)：編碼對抗菌藥物的耐藥性。(2) 誘動傳遞：2022/8/1142/683.轉導(transduction)：以溫和噬菌體為載體，將供體菌的DNA片段轉移到受體菌內，使受體

13、菌獲得新的遺傳性狀。兩種類型：(1)普遍性轉導：轉導供體菌染色體上的任何部分(裂解期復制、裝配誤差)。(2)局限性轉導：轉導供體菌染色體上的特定基因(DNA分離偏差)。2022/8/1143/682022/8/1144/682022/8/1145/682022/8/1146/684. 溶原性轉換（lysogenic conversion)：指噬菌體基因整合于細菌染色體上，使細菌處于溶原狀態(tài)并獲得新性狀。 -棒狀噬菌體白喉毒素基因；鏈球菌-紅疹毒素；5.原生質體融合(protoplast fusion)：兩種細菌失去細菌壁成為原生質體后相互融合，可獲得多種不同表型的重組融合體 。2022/8/1

14、147/68 第四節(jié) 細菌遺傳變異在醫(yī)學上的應用 一在疾病診斷和防治中的應用：(一)病原學診斷 1. 細菌感染：16S rRNA 基因V1V2V3V4V5V6V7V8V9V101550bpP11P23S1 23S rRNA16S rRNAInter spacer region(3-7 tRNA)XB516S-23S rRNA 區(qū)間基因2022/8/1148/68 2.真菌感染：18S rRNA28S rRNA5.8S rRNAITS1 regionITS2 regionITS1ITS3ITS418S-5.8S-28S rRNA 區(qū)間基因 3.檢測方法：(1) PCRCE-RFLP(2) PCR

15、DNA sequence2022/8/1149/682022/8/1150/682022/8/1151/682022/8/1152/68(二) 特異性防治 (1) 毒力島的檢測 (2) 耐藥菌的檢測 (3) 篩選變異菌株，制備理想的菌苗。 二.在測定致癌物質中的應用 三.在流行病學中的應用 四. 在分子生物學方面的應用 五. 在基因工程中的應用2022/8/1153/68第三章 細菌的耐藥性教學要求：掌握：細菌耐藥性的概念及耐藥機制2022/8/1154/68抗菌藥物(antibacterial agents)：具有 殺菌和抑菌活性、供全身應用的各種抗生素和化學合成藥物。耐藥性(antibio

16、tic resistance) ：細菌對某些抗生素由敏感到耐受的改變。2022/8/1155/68藥物敏感試驗（藥敏） 指測定抗菌藥物在體外對某種細菌有無抑制作用的方法。 1藥敏測定方法(1)稀釋法(試管稀釋法、微量稀釋法、瓊脂稀釋法) (2)擴散法（紙片法）2022/8/1156/682藥敏結果的判斷(1) 稀釋法藥敏結果的判斷 最低抑菌濃度(minimal inhibitory concentration MIC)：以抑制細菌生長為標準。 最低殺菌濃度(minimal bactericidal concentration MBC)：以殺滅細菌為標準,應使活菌總數減少99.9%以上。2022

17、/8/1157/68(2) 擴散法(紙片法)藥敏結果的判斷 敏感：指被檢菌株引起的感染，可用該藥 常用劑量治療。中介：被檢菌株抑菌環(huán)的直徑介于敏感與 耐藥之間，用藥要慎重。耐藥：該藥的常用劑量不能抑制被檢菌株, 臨床治療無效。2022/8/1158/682022/8/1159/68第一節(jié) 抗菌藥物的種類及其作用機制一、抗菌藥物的種類(一) b-內酰胺類(b-lactams) ：均含 b-內酰胺環(huán)，有青霉素類、頭孢菌素類等。 (二) 大環(huán)內酯類(macrolides)：紅霉素類等(三) 氨基糖苷：有鏈霉素、慶大霉素等。(四) 四環(huán)素類：(五) 氯霉素類：(六) 化學合成的抗菌藥物：磺胺類、喹諾酮

18、類2022/8/1160/68二、抗菌藥物的作用機制 干擾細菌胞壁的合成： b-內酰胺類藥 影響細胞膜的功能：多年菌素類 影響蛋白質的合成：氨基糖甙類、大環(huán)內酯類 影響核酸的代謝：利福平、喹諾龍類。P52 圖3-12022/8/1161/68第二節(jié) 細菌的耐藥機制 一. 細菌耐藥性的來源遺傳性與非遺傳性 1. 固有耐藥性 細菌對某種抗菌藥物的天然耐藥性。始終如一，由細菌的種屬所決定的。2. 獲得耐藥性 對藥物敏感的細菌中出現了耐藥性。2022/8/1162/68(1).染色體突變：細菌的自發(fā)突變，藥物選擇性壓力有利于耐藥突變株的存活。聯合用藥和輪換用藥可防止耐藥菌株的存活。(2). 可傳遞的耐藥性： 質粒介導的耐藥性:耐藥質粒通過接合、轉導和轉化等方式傳遞。 轉座因子介導的耐藥性：Tn轉移位置插入某一基因時,使細菌產生耐藥。 整合子介導的耐藥性20