噬菌體、遺傳和變異

噬菌體、遺傳和變異教學(xué)目的與要求掌握毒性噬菌體、溫和噬菌體的概念及其與細菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的關(guān)系；熟悉噬菌體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成和繁殖方式及其應(yīng)用；了解噬菌體數(shù)量的測定方法。噬菌體（bacteriophage）：是感染細菌、真菌、放線菌、螺旋體等微生物的病毒。

特點：個體微小，能通過細菌濾器無細胞結(jié)構(gòu)，由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成專性寄生，在活細胞內(nèi)復(fù)制增殖具有宿主特異性

一、噬菌體的生物學(xué)性狀形態(tài)：蝌蚪形tadpole

微球形spherical細桿形filamentous結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成：化學(xué)組成：核酸和蛋白質(zhì)

噬菌體與宿主菌的相互關(guān)系毒性噬菌體(virulentphage)：在宿主菌細胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解宿主菌。溫和噬菌體(temperatephage)：噬菌體基因組整合于宿主菌染色體中，不產(chǎn)生子代噬菌體，也不引起宿主菌裂解，但噬菌體DNA隨細菌基因組的復(fù)制而復(fù)制，并隨細菌的分裂而分配至子代細菌的基因組中。第二節(jié)毒性噬菌體以復(fù)制方式進行增殖增殖過程包括四個階段：吸附（Adsorption）穿入（Penetration）生物合成（Biosynthesis）成熟與釋放（MaturationandRelease）Lifecycleofvirulentphage:lytic

溶菌性周期噬斑（plaque）：在固體培養(yǎng)基上，將適量噬菌體和宿主菌液混合接種培養(yǎng)后，培養(yǎng)基表面可出現(xiàn)透亮的溶菌空斑，每個空斑系由一個噬菌體復(fù)制增殖并裂解宿主菌后形成的。噬斑形成單位（plaqueformingunit,PFU）：通過噬斑計數(shù)，可測知一定體積內(nèi)的噬菌體數(shù)量。

第三節(jié)溫和噬菌體又叫溶原性噬菌體(lysogenicphage)包括溶菌性周期和溶原性周期第四節(jié)噬菌體應(yīng)用1、細菌的鑒定和分型2、檢測標(biāo)本中的未知細菌3、基因工程的工具4、用于治療細菌性感染第四章

細菌的遺傳與變異教學(xué)目的與要求掌握：細菌的變異現(xiàn)象，細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)和機制（轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換的概念）；

熟悉：細菌遺傳變異的醫(yī)學(xué)意義。遺傳(heredity)：微生物親代的特性可通過遺傳物質(zhì)傳遞給子代。（物種延續(xù)）基因（gene）是遺傳的基本單位。細菌的基因組包含菌細胞的全部遺傳信息。包括：染色體外源DNA（質(zhì)粒、噬菌體）可移動元件細菌的全部遺傳信息構(gòu)成了細菌的基因型。基因型（genotype）：是指子代細菌從親代獲得的全部基因組合的總和，又稱遺傳型。細菌的基因型決定了細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理代謝、致病性、免疫性及對藥物的敏感性等形狀。表型（phenotype）:是指在特定外界環(huán)境中，細菌在生長中所表現(xiàn)的形態(tài)和生理特征等性狀的總和。變異(variation)：在某種情況下，子代與親代之間的生物學(xué)性狀出現(xiàn)差異。（物種進化）分為遺傳變異geneticvariation表型變異phenotypicvariation遺傳變異表型變異基因改變+-遺傳性+-外界環(huán)境-+可逆性-+變異幅度個別細胞群體細菌的變異現(xiàn)象（一）形態(tài)變異（二）特殊結(jié)構(gòu)變異（三）毒力變異（四）耐藥性變異（五）菌落變異（一）形態(tài)變異

3-6%NaCl

鼠疫耶氏菌多形態(tài)性

陳舊培基物

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌

L型變異抗體或補體（二）特殊結(jié)構(gòu)的變異

普通培養(yǎng)基生長或傳代肺炎鏈球菌無莢膜（Ⅲ）致病（Ⅱ）不致病

42-43℃

炭疽桿菌失去形成芽孢能力,毒性降低

10-20天

變形桿菌

0.1%石炭酸

遷徙生長（H）點狀生長（O）

（三）菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

表面光滑、濕潤，表面粗糙，干皺邊緣整齊邊緣不整齊（四）毒力變異增強

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌

獲得白喉毒素

減弱

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛結(jié)核分枝桿菌卡介苗

13年(230代)

（五）耐藥性變異細菌對某種抗菌藥物增強了耐受性或失去了敏感性的變異稱為耐藥性變異。金黃色葡萄球菌有些細菌還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。含鏈霉素培基

痢疾桿菌依鏈株

長期培養(yǎng)二、細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第一節(jié)細菌基因組1、主要組成2、特殊結(jié)構(gòu)一、細菌基因組的主要組成1、染色體單一的環(huán)狀雙螺旋DNA鏈（dsDNA）580kb～5220kb無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因復(fù)制快：105

bp/min單倍體：突變后更易表現(xiàn)2、質(zhì)粒（plasmid）含義：存在于菌細胞內(nèi)，獨立于染色體外的一種遺傳物質(zhì)，為環(huán)狀閉合或線性雙鏈DNA，不受染色體控制，可自我復(fù)制，也可隨意丟失。分類：根據(jù)質(zhì)?；蚓幋a的生物學(xué)性狀分類⑴F質(zhì)粒（致育質(zhì)粒）：編碼F因子，有F因子的為雄性菌，可長出性菌毛⑵耐藥性質(zhì)粒：編碼對多種抗菌藥物和重金屬的抗性接合性耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒）:可通過接合方式進行基因傳遞

（革蘭陰性菌多見）非接合性耐藥質(zhì)粒（r質(zhì)粒）：不能通過細菌接合傳遞的質(zhì)粒（革蘭陽性菌多見，可通過噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)進行傳遞）⑶毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）：編碼與細菌致病性有關(guān)的毒力因子

ST質(zhì)粒⑷細菌素質(zhì)粒：編碼產(chǎn)生細菌素Col質(zhì)粒編碼大腸菌素⑸代謝質(zhì)粒：編碼與代謝相關(guān)的酶類沙門菌發(fā)酵乳糖二、細菌基因組的特殊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)座元件（跳躍基因或移動基因）可在細菌或其他生物的基因組（染色體、質(zhì)粒、噬菌體基因組）中改變自身位置的獨特DNA序列。轉(zhuǎn)座元件的轉(zhuǎn)移可發(fā)生在同一染色體上，不同染色體之間，質(zhì)粒之間或染色體和質(zhì)粒之間，通過位置移動改變遺傳物質(zhì)的核苷酸序列而引起某些性狀的改變。1、插入序列（insertionsequenceIS）是最簡單的轉(zhuǎn)座元件，750-1550bp，不攜帶任何已知與轉(zhuǎn)位功能無關(guān)的基因區(qū)域2、轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）2000-2500bp，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因；可能與細菌的多重耐藥性有關(guān)。

3、整合子（integron）概念：一種可移動的DNA分子，具有獨特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之成為功能性基因的表達單位，通過轉(zhuǎn)座子或結(jié)合性質(zhì)粒，使多種耐藥性基因在細菌內(nèi)水平傳播。（1）定位于染色體和質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上（2）基本結(jié)構(gòu)由兩端保守末端和中間可變區(qū)（3）含有三個功能元件：整合酶基因、重組位點和啟動子，均位于5’保守末端第二節(jié)、基因突變基因突變是指DNA堿基對的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)的變化，分為點突變和插入或缺失突變、多點突變。其規(guī)律是：⒈隨機性彷徨試驗、影印試驗證實突變的自發(fā)性、隨機性彷徨試驗示意圖彷徨試驗證明：1、細菌的突變是自發(fā)的2、隨機的3、突變發(fā)生在接觸噬菌體之前，噬菌體是篩選作用，不是誘導(dǎo)作用。影印培養(yǎng)試驗示意圖影印培養(yǎng)試驗證明：1、細菌的突變是自發(fā)的2、隨機的3、突變發(fā)生在接觸抗生素之前，抗生素是篩選作用，不是誘導(dǎo)作用。⒉稀少性突變率低：自發(fā)突變率10-10～10-6⒊可誘發(fā)性誘導(dǎo)劑：高溫、X線、紫外線、亞硝酸鹽、化學(xué)因子誘發(fā)突變率10-6～10-4⒋回復(fù)性：突變株經(jīng)過第二次突變可恢復(fù)野生型的性狀，稱為回復(fù)突變。野生型DNA序列的回復(fù)突變幾率很低，因此往往是表型回復(fù)突變，即第二次突變沒有改變正向突變的DNA序列，只是在第二個位點發(fā)生突變抑制第一次突變效應(yīng)，稱為抑制突變?；騼?nèi)抑制基因間抑制突變型細菌常見類型抗性突變型（耐藥性突變）營養(yǎng)缺陷突變型條件致死突變型（溫度敏感突變型）發(fā)酵陰性突變型第三節(jié)基因的轉(zhuǎn)移和重組細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和溶原性轉(zhuǎn)換等方式進行。TransformationConjugationTransductionLysogenicconversion1、轉(zhuǎn)化

（transformation）受體菌直接攝取供體菌的DNA片段而獲得新的遺傳性狀的過程。莢膜轉(zhuǎn)化試驗影響因素供、受體菌的基因型：越相似轉(zhuǎn)化率越高在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于1×107，最多不超過10~20個基因。感受態(tài)（competence）環(huán)境因素：Ca2+、Mg2+、

cAMP可以維持DNA的穩(wěn)定性，促進轉(zhuǎn)化作用的發(fā)生2、接合（conjugation）細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。接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒等。F質(zhì)粒的接合DonorRecipientF+F+F-F+F-F+F+F+F+3、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）由噬菌體介導(dǎo)，將供體菌的DNA片段轉(zhuǎn)入受體菌，使受體菌獲得供體菌的部分遺傳性狀。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generaltransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，進行增殖，在裂解期的后期，噬菌體的DNA已大量復(fù)制，裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤，誤將細菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。供體菌受體菌轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細菌DNA噬菌體DNA完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restrictedtransduction溶原期時，噬菌體DNA整合在細菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留在細菌染色體上，而帶走了細菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個別的基因。又稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)，所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。Specializedtransduction普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)介導(dǎo)的噬菌體毒性噬菌體溫和噬菌體溫和噬菌體轉(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的特定部位結(jié)果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)