2022年醫(yī)學(xué)專題-細(xì)菌的遺傳與變異2012

Bacterialheredityandvariation第一頁，共四十四頁。教學(xué)(jiāoxué)重難點1、教學(xué)重點：細(xì)菌變異的機(jī)制2、教學(xué)難點(nádiǎn)：細(xì)菌遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二頁，共四十四頁。遺傳（heredity）子代(zǐdài)與親代的生物學(xué)性狀基本相同，且代代相傳。變異（variation）子代與親代以及子代與子代之間的生物學(xué)性狀(xìngzhuàng)出現(xiàn)差異。第三頁，共四十四頁。

基因型變異

表型變異基因改變+-遺傳+-可逆性-+外界環(huán)境-+變異幅度個別細(xì)胞群體第四頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象毒力變異(biànyì)形態(tài)(xíngtài)結(jié)構(gòu)的變異耐藥性變異細(xì)菌的變異現(xiàn)象菌落變異第五頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象形態(tài)(xíngtài)結(jié)構(gòu)變異正常形態(tài)(xíngtài)細(xì)菌細(xì)菌L型葡萄球菌葡萄球菌L型青霉素、溶菌酶等第六頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象形態(tài)結(jié)構(gòu)(jiégòu)變異有莢膜的肺炎球菌無莢膜的肺炎球菌第七頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象毒力變異(biànyì)白喉(báihóu)棒狀桿菌獲得白喉毒素β棒狀桿菌噬菌體白喉桿菌溶原性轉(zhuǎn)換示意圖第八頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)現(xiàn)象耐藥性變異(biànyì)1.金黃色葡萄球菌耐青霉素的菌株已從1946年的14%上升至目前的80%以上。2.有些(yǒuxiē)細(xì)菌還表現(xiàn)為同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。

含鏈霉素培養(yǎng)基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)

第九頁，共四十四頁。------細(xì)菌(xìjūn)的變異現(xiàn)象細(xì)菌菌落形態(tài)(xíngtài)變異S型菌落R型菌落第十頁，共四十四頁。------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)質(zhì)粒染色體噬菌體細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)位(zhuǎnwèi)因子整合子第十一頁，共四十四頁。染色體（chromosome）環(huán)狀雙螺旋DNA，長約1mm,決定細(xì)菌基因型(genotype)和表型(phenotype）缺乏組蛋白，有核蛋白染色體基因無內(nèi)含子細(xì)菌染色體DNA的復(fù)制和高等(gāoděng)生物十分相似。------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十二頁，共四十四頁。質(zhì)粒（plasmid）染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合雙鏈的DNA，存在(cúnzài)于細(xì)胞質(zhì)中，具有自我復(fù)制能力，所攜帶的遺傳物質(zhì)能賦予宿主菌某些生物學(xué)性狀。------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十三頁，共四十四頁。醫(yī)學(xué)(yīxué)上重要的質(zhì)粒F質(zhì)粒（致育因子）-編碼細(xì)菌(xìjūn)的性菌毛R質(zhì)粒(耐藥性質(zhì)粒)-與細(xì)菌耐藥性有關(guān)3.Vi質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒）-編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子，如ST、LT質(zhì)粒4.代謝質(zhì)粒-編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶5.細(xì)菌素質(zhì)粒-編碼細(xì)菌素------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)質(zhì)粒（plasmid）第十四頁，共四十四頁。質(zhì)粒的特性(tèxìng)1.自我復(fù)制（緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒）2.可以自行丟失與消除3.可賦予(fùyǔ)細(xì)菌新的性狀4.可在菌間轉(zhuǎn)移5.相容性和不相容性------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)質(zhì)粒（plasmid）第十五頁，共四十四頁。噬菌體(bacteriophage)------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十六頁，共四十四頁。噬菌體(bacteriophage)------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十七頁，共四十四頁。噬菌體(bacteriophage)------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)相關(guān)(xiāngguān)概念1.前噬菌體（prophage）：?2.溶原性細(xì)菌(xìjūn)（lysogenicbacterium）：?3.溫和噬菌體（temperatephage）：?第十八頁，共四十四頁。轉(zhuǎn)位(zhuǎnwèi)因子(Transposableelement)轉(zhuǎn)位因子是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動，不斷改變它們(tāmen)在基因組的位置，能從一個基因組轉(zhuǎn)移到另一個基因組中。------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十九頁，共四十四頁。轉(zhuǎn)位(zhuǎnwèi)因子(Transposableelement)------細(xì)菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)位因子(yīnzǐ)分類插入系列轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體是最小的轉(zhuǎn)位因子，不攜帶細(xì)菌表現(xiàn)任何性狀的基因，可能是原核細(xì)胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、毒素基因等,它可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)轉(zhuǎn)座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP(氨芐青霉素)Tn4AP、SM(鏈霉素)、Su(磺胺)Tn5Tn6Km(卡那霉素)Tn7TMP(甲氧芐氨嘧啶)、SMTn9Cm(氯霉素)Tn10Tc(四環(huán)素)Tn551Em(紅霉素)Tn971Em(紅霉素)Tn1681大腸埃希菌(腸毒素基因)轉(zhuǎn)座子的特征第二十頁，共四十四頁。------細(xì)菌(xìjūn)的變異機(jī)制一、基因突變(jīyīntūbiàn)(mutation)基因突變即遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)(jiégòu)發(fā)生突然改變基因突變的類型點突變：范圍小染色體畸變：范圍大基因突變的機(jī)制堿基的置換和移碼第二十一頁，共四十四頁。------細(xì)菌的變異(biànyì)機(jī)制一、基因突變(jīyīntūbiàn)(mutation)基因突變(jīyīntūbiàn)特性1.自發(fā)性與可誘發(fā)性2.隨機(jī)性與不對應(yīng)性e.g.彷徨試驗；影印試驗3.可逆性突變可回復(fù)：野生型?突變株第二十二頁，共四十四頁。------細(xì)菌(xìjūn)的變異機(jī)制一、基因突變(jīyīntūbiàn)(mutation)彷徨實驗影印實驗第二十三頁，共四十四頁。轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)接合(jiēhé)溶原性轉(zhuǎn)換原生質(zhì)體融合------細(xì)菌的變異機(jī)制二、基因的轉(zhuǎn)移和重組第二十四頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)（transformation）轉(zhuǎn)化是供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。第二十五頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)（transformation）第二十六頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)（transduction）以溫和噬菌體為媒介，將供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）

包括完全轉(zhuǎn)導(dǎo)與流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）第二十七頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)（transduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)第二十八頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)（transduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第二十九頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率受體菌的10-7轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率較普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)增加1000倍(10-4)第三十頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組接合(jiēhé)（conjugation）細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌,使受體菌獲得新性狀。第三十一頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組接合(jiēhé)（conjugation）F質(zhì)粒的接合(F+與F-的接合)第三十二頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組接合(jiēhé)（conjugation）F+與Hfr菌的轉(zhuǎn)換Hfr與F+菌的轉(zhuǎn)換第三十三頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組接合(jiēhé)（conjugation）F質(zhì)粒的接合(Hfr與F-的接合)第三十四頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組高頻(ɡāopín)重組菌

（highfrequencyrecombinant，Hfr）細(xì)菌染色體上整合有F質(zhì)粒，該菌能以較高的頻率轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體基因。F′質(zhì)粒：F質(zhì)粒在Hfr菌中的整合作用是一種可逆過程，從染色體上脫離下來的F質(zhì)粒還會攜帶鄰近的染色體基因或DNA片段。F+、Hfr、F′都為雄菌第三十五頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組R質(zhì)粒的接合(jiēhé)耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）與F質(zhì)粒相似耐藥（r）決定子(resistancedeterminant)編碼對抗菌藥物的耐藥性，可由幾個轉(zhuǎn)座子連接相鄰排列。第三十六頁，共四十四頁。------基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組R質(zhì)粒的接合(jiēhé)Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant第三十七頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組溶原性轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)（lysogenicconversion）溶原性細(xì)菌因染色體上整合有前噬菌體,從而獲得新的遺傳性狀，稱溶原性轉(zhuǎn)換。白喉棒狀桿菌獲得白喉毒素β棒狀桿菌噬菌體第三十八頁，共四十四頁。------基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組二、基因的轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)和重組原生質(zhì)體融合(rónghé)（protoplastfusion)是將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過程。第三十九頁，共四十四頁。------細(xì)菌遺傳變異的醫(yī)學(xué)(yīxué)應(yīng)用1.在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用2.在流行病學(xué)中的應(yīng)用

噬菌體分型指紋圖譜法（plasmidfingerprinting,PFP）3.在測定(cèdìng)致癌物質(zhì)中的應(yīng)用--Ame'stest

4.在基因工程中的應(yīng)用

工程技術(shù)生產(chǎn)胰島素、生長激素、疫苗等第四十頁，共四十四頁。------細(xì)菌遺傳變異的醫(yī)學(xué)(yīxué)應(yīng)用Ame'stest第四十一頁，共四十四頁。------細(xì)菌(xìjūn)遺傳變異的醫(yī)學(xué)應(yīng)用基因工程的主要(zhǔyào)步驟從供體細(xì)胞（細(xì)菌或其他生物細(xì)胞）的DNA上切取一段需表達(dá)的基因，即所謂的目的基因。將目的基因結(jié)合至適當(dāng)?shù)妮d體（質(zhì)粒或噬菌體）上。通過載體將目的基因轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)到工程菌（