2023年初級檢驗技師《微生物檢驗》講義第4章細菌的遺傳變異

1、第 頁細菌的遺傳變異一、概述遺傳使微生物的性狀保持其種屬的穩(wěn)定性，變異是微生物進化的根底。研究微生物遺傳變異對微生物所致感染性疾病的預防、診斷和治療有重要意義。二、遺傳變異的物質(zhì)根底一微生物遺傳物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)特點細菌的遺傳物質(zhì)是DNA，具有信息量大、為雙螺旋結(jié)構(gòu)等特點。病毒的遺傳信息由其核心的DNA或RNA攜帶。細菌遺傳的物質(zhì)根底存在于染色體、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)位因子中。二細菌染色體1.細菌染色體特點為一環(huán)狀閉合雙螺旋長鏈，反復折疊扭曲形成負超螺旋結(jié)構(gòu)，減少了二級結(jié)構(gòu)右手螺旋張力，使其結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定。細菌的基因結(jié)構(gòu)呈連續(xù)性、幾乎無內(nèi)含子，因此，轉(zhuǎn)錄后的DNA不需加工剪切即可產(chǎn)生成熟的mRNA。2.細菌D

2、NA復制和表達大多數(shù)細菌的基因組中只有一個起始點，復制時成團的DNA解開成環(huán)狀，然后按DNA復制半不連續(xù)模式進行復制：即35鏈先導鏈復制的新生鏈是連續(xù)的，而與先導鏈互補的53鏈隨從鏈復制的DNA是不連續(xù)的，以53方向先合成岡崎片段，再通過DNA連接酶共價連接成完整的一條鏈。由DNA經(jīng)過RNA到多肽鏈的過程，即基因表達的過程。三細菌質(zhì)粒1.質(zhì)粒是細菌體內(nèi)染色體外的環(huán)狀雙股DNA，有時也可呈線狀或超螺旋狀。2.質(zhì)粒的根本特性1質(zhì)粒DNA能自主復制；2不相容性；3轉(zhuǎn)移性；4編碼某些特殊功能蛋白質(zhì)而賦予宿主菌眾多的生物學特性。3.質(zhì)粒分類按質(zhì)粒基因編碼的生物學性狀分為：耐藥性質(zhì)粒R質(zhì)粒。Col質(zhì)粒編碼

3、腸毒素。Vi質(zhì)粒編碼細菌與致病性有關(guān)的蛋白質(zhì)等。F質(zhì)粒編碼性菌毛。4.耐藥性質(zhì)粒的分類及其特征1接合性耐藥質(zhì)粒：可以通過細菌間的接合進行基因傳遞，由兩局部組成，即耐藥傳遞因子R和耐藥決定因子r。前者編碼性菌毛，后者決定對藥物的耐受性。通過耐藥質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移，耐藥菌可將耐藥基因轉(zhuǎn)移到敏感菌，使后者成為耐藥菌。2非接合性耐藥質(zhì)粒：僅有耐藥決定因子r。四細菌轉(zhuǎn)位因子1.轉(zhuǎn)位因子為存在于細菌染色體或質(zhì)粒上的一段特異的核苷酸序列，它可在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組內(nèi)的位置。2.轉(zhuǎn)位因子的特點DNA片段的兩端有反向或同向的重復順序，中間局部有編碼轉(zhuǎn)座酶的結(jié)構(gòu)基因，使它們整合到受體DNA的某一位上。3

4、.分類及特點轉(zhuǎn)位因子主要有三類：1插入順序由兩末端為反向重復順序和轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因組成，不攜帶其他任何和插入功能無關(guān)的基因區(qū)域，是最小的轉(zhuǎn)位因子。2轉(zhuǎn)座子除攜帶與轉(zhuǎn)座有關(guān)基因外，還帶有其它特殊功能的基因，如耐藥性基因、腸毒素基因等。3轉(zhuǎn)座噬菌體是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體。三、微生物變異的現(xiàn)象微生物變異現(xiàn)象：形態(tài)、結(jié)構(gòu)、菌落、抗原性、毒力、酶活性、耐藥性、空斑、宿主范圍等的變異?？煞譃榉沁z傳型變異和遺傳型變異。微生物在一定的環(huán)境條件下發(fā)生的變異，不能穩(wěn)定地傳給子代，當環(huán)境條件改變，可能恢復原來性狀，稱為非遺傳型變異；微生物的基因型發(fā)生改變，變異的性狀能穩(wěn)定地傳給子代，并且不可逆轉(zhuǎn)，稱為遺傳型

5、變異。一形態(tài)與結(jié)構(gòu)變異細菌在不同的生長時期菌體形態(tài)和大小可以不同，生長過程中受外界環(huán)境條件的影響也可發(fā)生形態(tài)變異。如細菌的L型形態(tài)呈現(xiàn)高度多形性且對滲透壓敏感，在普通培養(yǎng)基中不能生長。細菌的一些特殊結(jié)構(gòu)，如莢膜、芽胞、鞭毛等也可發(fā)生變異。二培養(yǎng)特性變異1.S-R變異光滑型向粗糙型的變異。常伴有抗原、毒力、某些生化特性的改變。2.病毒突變株有些病毒在敏感細胞內(nèi)連續(xù)培養(yǎng)傳代過程中產(chǎn)生大小外形不同于野生型的空斑，稱為空斑突變株。三毒力變異有毒力減弱和增強兩種?？ń槊缡且恢甓玖p弱而保存抗原性的變異株，預防接種對人不致病，卻可使人獲得免疫力。四耐藥性變異是對某種抗菌藥物敏感的細菌變成對該藥物耐受的變異

6、。四、微生物變異的機制微生物變異分遺傳型變異和非遺傳型變異。引起遺傳型變異的機制包括微生物遺傳物質(zhì)的突變及基因的轉(zhuǎn)移和重組。一突變突變是細菌遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，這種改變可傳于后代。在細菌生長繁殖過程中突變經(jīng)常發(fā)生。不同種類的細菌其突變率差異很大。突變率是由復制的準確度、DNA損傷的發(fā)生時機及對損傷DNA修復程度三方面綜合決定。一般細菌每分裂106109次即可發(fā)生一次。1.基因突變的規(guī)律1自發(fā)突變和誘導：自發(fā)突變的頻率很低。當參加誘導劑紫外線、X線、烷化劑、亞硝酸鹽等后可使突變率提高101000倍。2隨機突變和選擇：突變是隨機和不定向的。將此菌放在一個有利于突變株而不利于其他菌株生

7、長的環(huán)境中將突變菌篩選出來。3突變和回復突變：某種細菌在自然環(huán)境下大多數(shù)所具有的表型菌株稱為野生型菌株，發(fā)生突變后的菌株那么稱為突變型株。經(jīng)過再次突變又可成為與野生型相同表型的過程稱為回復突變。2.突變的類型和機制按DNA分子堿基對的變化可分為堿基的置換、堿基的插入和缺失，以及轉(zhuǎn)位因子的插入。1堿基的置換：一個嘌呤堿置換另一個嘌呤堿A+G或一個嘧啶堿置換另一個嘧啶堿T+C，稱為轉(zhuǎn)換；當以嘌呤置換嘧啶或反之那么稱顛換。2堿基的插入和缺失：當核苷酸序列上插人或缺失一個堿基。3轉(zhuǎn)位因子的插入或缺失：DNA鏈上大段核苷酸序列的插入、缺失可導致大的突變。二基因物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組1.轉(zhuǎn)化是受體菌直接攝取供體

8、菌提供的游離DNA片段整合重組，使受體菌的性狀發(fā)生變異的過程。2.轉(zhuǎn)導是以噬菌體為媒介，將供體菌的基因轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，導致受體菌基因改變的過程。1普遍性轉(zhuǎn)導：細菌的DNA片段被錯誤地包裝在噬菌體頭部，成為一個轉(zhuǎn)導性噬菌體。由于這種錯誤包裝是隨機的，可將細菌染色體任何部位基因包裝于噬菌體頭部，因而稱普遍性轉(zhuǎn)導。2局限性轉(zhuǎn)導：噬菌體DNA脫離宿主染色體時發(fā)生偏差，把自身一段DNA留在染色體上，而將細菌染色體上原整合部位兩側(cè)特定的基因帶走，稱為局限性轉(zhuǎn)導。3.接合供體菌通過性菌毛將所帶有的F質(zhì)?；蝾愃七z傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移至受體菌的過程。主要見于革蘭陰性菌。帶有F質(zhì)粒的細菌可形成性菌毛，稱F+雄菌，無F質(zhì)粒的

9、細菌無性菌毛，稱F-雌菌。電鏡下的接合4.溶原性轉(zhuǎn)換是噬菌體的DNA與細菌染色體重組，使宿主菌遺傳結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起的遺傳型變異。溶原性細菌因此而獲得新的特性。白喉桿菌溶原性轉(zhuǎn)換示意圖溶原性細菌失去了前噬菌體，其獲得的性狀也隨之消失。5.原生質(zhì)體融合兩種經(jīng)過處理失去細胞壁的原生質(zhì)體混和可發(fā)生融合，融合后的雙倍體細胞可發(fā)生細菌染色體間的重組。三病毒基因的相互作用1.基因重組當兩種或兩種以上親緣關(guān)系相近的病毒感染同一細胞時，其基因組可相互作用發(fā)生基因重組。當一種有感染性的病毒和另一種滅活病毒同時感染細胞時，形成交叉復活。兩種滅活病毒感染同一細胞，經(jīng)過基因重組而復活，產(chǎn)生感染性的病毒，此現(xiàn)象稱為多重復活。2.互補作用和表型混合1互補作用：是一種病毒為另一種病毒提供本身不能合成但又是必需的基因產(chǎn)物，使其在混合感染的細胞中得以增殖。2表型混合：病毒含一個親代的基因組和另一個親代的衣殼；病毒具有兩種病毒成分的衣殼。一種病毒核酸編碼的蛋白質(zhì)包在了另外一種病毒的核酸外面，即稱為表型混合，而無包膜病毒發(fā)生的表型混合那么稱核殼轉(zhuǎn)移。屬于非遺傳性變異。五、遺傳變異研究的實際意義一在臨床疾病診斷和治療中的意義在臨床微生物學工作中，不但要熟悉其典型特性，還要了解細菌發(fā)生各種性狀變異。防止誤診和漏診。在疾病治療方面，選用治療藥物時應先