細(xì)菌的遺傳變異講解專家講座

第三章細(xì)菌遺傳與變異細(xì)菌的遺傳變異講解第1頁

BCG：牛型結(jié)核桿菌（有毒株）

膽汁-甘油-馬鈴薯培養(yǎng)13年，230次傳代

減毒株（BCG）基因型變異：BCG表型變異：細(xì)菌L型細(xì)菌的遺傳變異講解第2頁基因型和表型變異比較基因型變異表型變異基因結(jié)構(gòu)改變未變可逆性不或極少可逆穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定環(huán)境影響包括細(xì)菌數(shù)不受影響受影響個別全體細(xì)菌的遺傳變異講解第3頁一、細(xì)菌染色體細(xì)菌染色體：dsDNA，3.2～5×106

bp復(fù)制快：105bp/min無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因單倍體：突變后更易表現(xiàn)細(xì)菌的遺傳變異講解第4頁二、染色體外遺傳物質(zhì)（一）質(zhì)粒復(fù)制能力轉(zhuǎn)移能力整合能力相容性丟失或消除功效與分類：F質(zhì)粒－轉(zhuǎn)移；Vi質(zhì)粒－毒力

R質(zhì)粒－耐藥；Col質(zhì)粒－細(xì)菌素細(xì)菌的遺傳變異講解第5頁（二）噬菌體與前噬菌體★噬菌體是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物病毒；★個體微小，能夠經(jīng)過細(xì)菌濾器；★無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由衣殼（蛋白質(zhì)）和核酸組成；★只能在活微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，是一個專性胞內(nèi)寄生微生物。★噬菌體分布極廣。細(xì)菌的遺傳變異講解第6頁噬菌體生物學(xué)性狀1.形態(tài)與結(jié)構(gòu)

噬菌體有三種基本形態(tài)，即蝌蚪形、微球形和細(xì)桿形。大多數(shù)噬菌體呈蝌蚪形。細(xì)菌的遺傳變異講解第7頁結(jié)構(gòu)：由頭部和尾部組成；化學(xué)組成：蛋白質(zhì)與核酸；核酸類型：為DNA或RNA，大多數(shù)DNA噬菌體DNA為線狀雙鏈；噬菌體含有抗原性；抵抗力：比普通細(xì)菌繁殖體強(qiáng)。細(xì)菌的遺傳變異講解第8頁毒性噬菌體

噬菌體可分為兩種類型：1.毒性噬菌體：能在宿主菌內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌。2.溫和噬菌體或溶原性噬菌體：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，也不引發(fā)細(xì)菌裂解，但噬菌體DNA隨細(xì)菌基因組復(fù)制而復(fù)制，并隨細(xì)菌分裂而分配至子代細(xì)菌基因組中。細(xì)菌的遺傳變異講解第9頁毒性噬菌體復(fù)制周期

毒性噬菌體在宿主菌內(nèi)增殖過程（復(fù)制周期或溶菌周期）包含吸附、穿入、生物合成、成熟與釋放等四個階段。

細(xì)菌的遺傳變異講解第10頁前噬菌體：整合在細(xì)菌染色體上噬菌體基因溶原性細(xì)菌：帶有前噬菌體細(xì)菌。溶原性：溫和噬菌體含有這種產(chǎn)生成熟子代噬菌體顆粒和裂解宿主菌潛在能力。溫和噬菌體有三種存在狀態(tài)：游離含有感染性噬菌體顆粒；宿主菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式噬菌體核酸；前噬菌體。溫和噬菌體細(xì)菌的遺傳變異講解第11頁

溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌體只有一個溶菌性周期。溫和噬菌體細(xì)菌的遺傳變異講解第12頁溶原性轉(zhuǎn)換：

一些前噬菌體可造成細(xì)菌基因型和性狀發(fā)生改變。比如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素機(jī)理溫和噬菌體細(xì)菌的遺傳變異講解第13頁

（三）轉(zhuǎn)位因子：IS(insertionsequence):750~1550

bp

兩端重復(fù)序列，與插入序列相關(guān)中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因細(xì)菌的遺傳變異講解第14頁Tn(transposon):~25000

bp兩端為IS中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因如：毒素基因、耐藥基因等細(xì)菌的遺傳變異講解第15頁常見插入序列和轉(zhuǎn)座子ISbpTn耐藥或毒素基因IS1768Tn1AP（氨芐青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四環(huán)素）IS41426Tn551Em（紅霉素）IS51195Tn681E.coliET（腸毒素）細(xì)菌的遺傳變異講解第16頁整合子（integron，In）：定位于細(xì)菌染色體、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上基本結(jié)構(gòu)：兩端為保守末端，中間為可變區(qū)，含一個或多個基因盒整合子含有3個功效元件：重組位點(diǎn)；整合酶基因；開啟子經(jīng)過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使各種耐藥基因在細(xì)菌中進(jìn)行水平傳輸細(xì)菌的遺傳變異講解第17頁一、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異二、抗原性變異三、菌落變異四、毒力變異五、耐藥性變異第二節(jié)細(xì)菌變異現(xiàn)象細(xì)菌的遺傳變異講解第18頁第三節(jié)細(xì)菌變異機(jī)制一、突變影印平板：自發(fā)，隨機(jī)，非誘導(dǎo)藥物僅起選擇作用細(xì)菌的遺傳變異講解第19頁突變性質(zhì)：突變率：10-6~10-9自發(fā)突變與誘發(fā)突變突變與選擇回復(fù)突變與抑制突變細(xì)菌的遺傳變異講解第20頁彷徨試驗(yàn)：隨機(jī)、非定向突變是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導(dǎo)作用。細(xì)菌的遺傳變異講解第21頁突變型細(xì)菌及其分離：

耐藥性突變型藥敏試驗(yàn)營養(yǎng)缺點(diǎn)突變型營養(yǎng)物質(zhì)篩選條件致死性突變型溫度敏感試驗(yàn)發(fā)酵陰性突變型乳糖發(fā)酵試驗(yàn)細(xì)菌的遺傳變異講解第22頁二、基因轉(zhuǎn)移與重組轉(zhuǎn)移：供菌提供DNA；受菌接收DNA重組：受菌取得供菌DNA類型

基因起源

轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化

供菌

受菌攝入接合

供菌

經(jīng)過性菌毛轉(zhuǎn)導(dǎo)

供菌

噬菌體媒介溶原性轉(zhuǎn)換

噬菌體

前噬菌體原生質(zhì)體融合細(xì)菌的遺傳變異講解第23頁轉(zhuǎn)化（transformation）：受菌主動攝取外源性DNA供菌死亡時釋放或人工方法提取DNA細(xì)菌的遺傳變異講解第24頁影響原因：供受菌基因型：同源性；親緣關(guān)系近，轉(zhuǎn)化率高感受態(tài)（competence）：生理活動過程中攝取轉(zhuǎn)化因子最正確時期環(huán)境原因：Mg2＋、Ca2＋等可促進(jìn)轉(zhuǎn)化細(xì)菌的遺傳變異講解第25頁接合（conjugation）經(jīng)過性菌毛將供菌DNA轉(zhuǎn)給受體菌，受體菌取得供體菌性狀細(xì)菌的遺傳變異講解第26頁F質(zhì)粒（fertilityfactor,致育因子）接觸：細(xì)胞質(zhì)溝通轉(zhuǎn)移：F質(zhì)粒進(jìn)入F－菌，1分鐘完成復(fù)制：F－菌轉(zhuǎn)為F＋菌細(xì)菌的遺傳變異講解第27頁Hfr（高頻重組菌株）：

F質(zhì)粒與染色體整合含有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功效細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，F(xiàn)質(zhì)粒低受體菌取得供體菌性狀用于繪制基因圖細(xì)菌的遺傳變異講解第28頁Hfr轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體過程細(xì)菌的遺傳變異講解第29頁

R質(zhì)粒

耐藥傳遞因子：編碼性菌毛

r決定因子：耐藥細(xì)菌的遺傳變異講解第30頁轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）噬菌體媒介將供菌DNA轉(zhuǎn)給受菌分普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和不足轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌的遺傳變異講解第31頁毒性噬菌體，溫和噬菌體包裝錯誤：任何部位細(xì)菌DNA片段轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體：宿主菌DNA，無噬菌體DNA受菌接收轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體(供菌)DNA受菌取得供菌性狀普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：細(xì)菌的遺傳變異講解第32頁不足轉(zhuǎn)導(dǎo)：溫和性噬菌體脫落錯誤：前噬菌體及兩邊細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體：噬菌體DNA及細(xì)菌DNA細(xì)菌的遺傳變異講解第33頁溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）

噬菌體DNA與菌染色體整合

受菌取得新性狀

如白喉?xiàng)U菌：β-噬菌體-外毒素基因

不產(chǎn)毒白喉?xiàng)U菌產(chǎn)毒白喉?xiàng)U菌細(xì)菌的遺傳變異講解第34頁原生質(zhì)體融合細(xì)菌的遺傳變異講解第35頁一、細(xì)菌感染診療與防治二、檢測致癌物質(zhì)三、流行病學(xué)研究四、在分子生物學(xué)方面應(yīng)用五、在基因工程方面應(yīng)用第四節(jié)、實(shí)際應(yīng)用細(xì)菌的遺傳變異講解第36頁

Ames試驗(yàn)：細(xì)菌的遺傳變異講解第37頁基