病原微生物細(xì)菌的遺傳與變異

病原微生物細(xì)菌的遺傳與變異第1頁/共46頁目的要求1.掌握：細(xì)菌的遺傳物質(zhì)；插入序列、轉(zhuǎn)座子的概念；細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組的幾種方式（轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、原生質(zhì)體融合）的概念和機(jī)制；2.熟悉：遺傳變異的原理；細(xì)菌的變異現(xiàn)象。3.了解：細(xì)菌基因突變的規(guī)律；遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。第2頁/共46頁細(xì)菌染色體質(zhì)粒噬菌體轉(zhuǎn)座子整合子插入序列第一節(jié)細(xì)菌基因組主要成分主要的特殊結(jié)構(gòu)第3頁/共46頁1.細(xì)菌染色體（bacterialchromosome）：為一條環(huán)狀雙螺旋的DNA分子組成的細(xì)菌染色體相對聚集在一起，形成一個較為致密的區(qū)域，稱為類核（nucleoid）。第4頁/共46頁共價閉合環(huán)狀雙股螺旋DNA，類核折疊盤旋成松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，裸露于胞質(zhì)內(nèi)，無核膜包裹不含有組蛋白無內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后無需剪切染色體上的耐藥基因(drugresistancegene)和致病島(pathogenicityisland)的存在，反映了細(xì)菌種內(nèi)和種間存在廣泛的遺傳交換致病島：致病菌染色體上編碼與毒力相關(guān)基因的外源DNA片段，是分子量較大（20～100kb）的基因群。細(xì)菌染色體第5頁/共46頁第6頁/共46頁第7頁/共46頁第8頁/共46頁噬菌體基因組(bacteriophage)溫和噬菌體—前噬菌體第9頁/共46頁插入序列(insertionsequence,IS)是最小的轉(zhuǎn)位因子，＜2kb不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域兩側(cè)末端有反向重復(fù)序列能介導(dǎo)高頻重組菌株的形成第10頁/共46頁轉(zhuǎn)座子(transposon,Tn)＞2kb，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?？赡芘c細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。第11頁/共46頁整合子(Integron,In)是一種可以動的DNA分子，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)看捕獲和整合外源性基因，是之轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄曰虻谋磉_(dá)單位，可通過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使多種耐藥基因在細(xì)菌中進(jìn)行水平傳播。第12頁/共46頁第二節(jié)細(xì)菌基因突變突變(mutation)：是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(核苷酸序列)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性改變(突變型)。點(diǎn)突變(又稱為小突變):細(xì)菌DNA上核苷酸序列的改變,僅為一個或幾個堿基的置換、插入、丟失。單點(diǎn)突變；多點(diǎn)突變?nèi)旧w畸變(大突變):染色體重排、倒位、重復(fù)、缺失第13頁/共46頁一、基因突變規(guī)律可以自發(fā)突變，也可以誘發(fā)突變突變率：指細(xì)菌生長時發(fā)生突變的頻率。自發(fā)突變率：10-9~10-6誘發(fā)突變率：10-6~10-4（10~1000倍）突變與選擇回復(fù)突變與抑制突變正向突變：野生型→突變型回復(fù)突變(表型)：突變株→野生株(第二次抑制突變后)第14頁/共46頁二、突變型細(xì)菌及其分離抗性突變型：耐藥性突變營養(yǎng)缺陷突變型條件致死性突變型：溫度敏感突變株發(fā)酵陰性突變型第15頁/共46頁第三節(jié)、基因的轉(zhuǎn)移和重組第16頁/共46頁第17頁/共46頁第18頁/共46頁第19頁/共46頁ABCD供體菌供體菌DNA片段受體菌供體DNA受體DNADNA接合蛋白細(xì)菌的轉(zhuǎn)化第20頁/共46頁第21頁/共46頁第22頁/共46頁第23頁/共46頁第24頁/共46頁F+F-F+F-F+F+F+F+F質(zhì)粒接合通過性菌毛的接觸溝通將接合性質(zhì)粒從供菌轉(zhuǎn)移到受菌。DonorRecipient第25頁/共46頁第26頁/共46頁F質(zhì)粒的接合高頻重組株(Hfr)Hfr接合第27頁/共46頁第28頁/共46頁F’質(zhì)粒：Hfr菌中的F質(zhì)粒有時會從染色體上脫離，終止Hfr狀態(tài)，從染色體上脫離的F質(zhì)粒還會攜帶有相鄰染色體DNA片段，稱為F’質(zhì)粒第29頁/共46頁第30頁/共46頁第31頁/共46頁ACDB第32頁/共46頁轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）由噬菌體介導(dǎo)，將供菌的DNA片段轉(zhuǎn)入受菌，使受菌獲得供菌的部分遺傳性狀。分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第33頁/共46頁普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)1、在噬菌體成熟裝配過程中，誤將宿主（供菌）染色體片段或質(zhì)粒片段裝入噬菌體內(nèi)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。當(dāng)它感染其他菌時，便將供菌DNA轉(zhuǎn)入受菌。2、任何供菌DNA片段都有可能被誤裝入噬菌體內(nèi)，故成為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。3、毒性噬菌體和溫和噬菌體都能介導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。第34頁/共46頁普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌受體菌第35頁/共46頁普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)局轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)第36頁/共46頁局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1、進(jìn)入溶原期的溫和噬菌體，以前噬菌體形式整合在細(xì)菌染色體的某一位置，當(dāng)其自發(fā)或經(jīng)誘導(dǎo)中止溶原狀態(tài)，前噬菌體脫離細(xì)菌染色體時，脫離的前噬菌體基因攜帶出與它緊密連鎖的細(xì)菌的DNA片斷，使受體菌獲得供體菌的某種遺傳性狀的過程。2、所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。如λ噬菌體進(jìn)入大腸埃希菌。第37頁/共46頁局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第38頁/共46頁第39頁/共46頁第40頁/共46頁12溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)在溫和噬菌體的溶原期，因前噬菌體與細(xì)菌染色體整合而導(dǎo)致細(xì)菌基因型發(fā)生改變而獲得新的性狀。無毒的白喉桿菌感染了β-棒狀桿菌噬菌體后變成了產(chǎn)毒的白喉桿菌。第41頁/共46頁五、原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)人工將兩種不同的細(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)行相互融合的過程。融合劑：PEG（聚乙二醇）應(yīng)用：基因轉(zhuǎn)輸、實驗工具第42頁/共46頁第四節(jié)細(xì)菌遺傳變異的實際意義在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用在測定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用在流行病學(xué)中的應(yīng)用在基因工程中的應(yīng)用第43頁/共46頁目的基因（從生物體細(xì)胞基因組中制備的DNA片段）載體（質(zhì)粒、噬菌體）重組DNA分子工程菌（大腸埃希菌、酵母菌）目的基因產(chǎn)物：胰島素、干擾素、生長因子、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等

連接酶轉(zhuǎn)移人工培養(yǎng)基因工程方面的應(yīng)用第44頁/共46頁思考題一、名詞解釋1．接合（conjugation）

2．轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）3．轉(zhuǎn)化（transformat