噬菌體第細菌的遺傳與變異第細菌的耐藥性

噬菌體第細菌的遺傳與變異第細菌的耐藥性第一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五噬菌體(bacteriophage)

是感染細菌、真菌、放線菌、支原體、螺旋體等微生物的病毒。因其能使細菌裂解，故稱為噬菌體。

第四章噬菌體第二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五噬菌體的特點個體微小，可以通過細菌濾器；需用電子顯微鏡觀察；無細胞結(jié)構(gòu)，主要由衣殼（蛋白質(zhì)）和核酸組成；分布廣泛；與細菌的變異密切相關(guān)；噬菌體具有嚴格的宿主特異性，只寄居于易感宿主菌體內(nèi)，第三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、噬菌體的生物學性狀

其基本形態(tài)有蝌蚪形、微球形和細桿形三種；大多數(shù)呈蝌蚪形。第四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、噬菌體的生物學性狀結(jié)構(gòu)：由頭部和尾部組成；化學組成：蛋白質(zhì)與核酸；核酸類型：為DNA或RNA，大多數(shù)DNA噬菌體的DNA為線狀雙鏈；噬菌體具有抗原性；抵抗力：比一般細菌繁殖體強。第六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五噬菌體的增殖（－）毒性噬菌體（virulentphage）

能在敏感細菌中增殖并引起細菌裂解的噬菌體稱為毒性噬菌體，毒性噬菌體完成吸附、穿入、生物合成、裝配、成熟與釋放等過程，稱為復制周期或溶菌周期，完成一個復制日期約需15～25min。第七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

（二）溫和性噬菌體

有些噬菌體感染敏感菌后不增殖子代噬菌體，而是將噬菌體的基因整合于細菌染色體中，成為細菌DNA的一部分。等細菌分裂時，噬菌體基因隨同分裂傳至兩個子代細菌中，這種隨著細菌分裂而傳代的狀態(tài)稱為溶原狀態(tài)。

形成溶原狀態(tài)的噬菌體稱為溶原性噬菌體或溫和性噬菌體。整合在細菌DNA上的噬菌體基因稱為前噬菌體，帶有前噬菌體的細菌稱為溶原性細菌。

第九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五溫和噬菌體第十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五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。溶原性轉(zhuǎn)換：

某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變。例如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素的機理第十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五細菌的鑒定與分型

噬菌體與宿主菌的關(guān)系具有高度特異性，即一種噬菌體只能裂解一種和它相應(yīng)的細菌，故可用于未知細菌的鑒定和分型。分子生物學研究的重要工具

噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細菌和高等細胞簡單得多，且易獲得大量的突變體。細菌感染的診斷與治療

但由于噬菌體過于專一，限制了噬菌體在臨床上的廣泛應(yīng)用。噬菌體的應(yīng)用第十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第4章細菌的遺傳與變異第十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

子代與親代之間的生物學性狀具有相似性，能代代相傳。這種現(xiàn)象稱為遺傳；

在一定條件下，若子代與親代之間出現(xiàn)差異則稱為變異。第十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五變異遺傳性變異（基因型變異）細菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如基因突變或重組，不可逆，可遺傳給后代。非遺傳性變異（表型變異）環(huán)境改變導致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳。第十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)細菌的變異現(xiàn)象形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異毒力變異耐藥性變異菌落變異第十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異

3-6%NaCI

鼠疫桿菌────→多形態(tài)性(衰殘型)。

瓊脂培基

第十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌─────→L型變異抗體或補體(部分或完全失去胞壁)

正?；魜y弧菌霍亂弧菌L型第十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異特殊結(jié)構(gòu)的變異

42-43℃炭疽桿菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

變形桿菌（H）1%石炭酸（O）遷徙生長單個菌落第二十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五二、毒力的變異細菌的毒力變異表現(xiàn)為毒力的減弱或增強毒力減弱卡介苗（BCG）毒力增強白喉棒狀桿菌第二十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五三、耐藥性變異細菌對某種抗菌藥物可由敏感變成耐藥耐藥菌株賴藥菌株多重耐藥性菌株第二十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落─────→粗糙型菌落

S

或在有免疫力的人體內(nèi)

R

第二十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、細菌染色體dsDNA，3.2～5×106

bp

復制快：105

bp/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)

第二十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五二、質(zhì)粒DNA

①F（fertility）因子②R（(resistance

）因子③細菌素質(zhì)粒④毒力質(zhì)粒（virulence

）或VI質(zhì)粒，第二十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五質(zhì)粒DNA的基本特征①質(zhì)粒具有自我復制的能力。②質(zhì)粒基因編碼的產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征。③質(zhì)粒可自行丟失與消除。④質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性。⑤質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。第二十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五三、轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子是存在于細菌染色體或質(zhì)粒上一段特異核苷酸序列片段，它可在DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組的位置，能從一個基因用移到另一個基因組中。第三十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

轉(zhuǎn)座因子：IS(insertionsequence):

750-1550

bp

兩端重復序列，與插入有關(guān)

中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因第三十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五Tn(transposon):

2000~25000

bp

兩端為IS中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因如：毒素基因、耐藥基因等第三十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五整合子（integron，In）：定位于細菌染色體、質(zhì)粒或轉(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個功能元件：重組位點；整合酶基因；啟動子通過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使多種耐藥基因在細菌中進行水平傳播四、整合子第三十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五五、噬菌體第三十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)細菌變異的機制一、突變

突變是指遺傳物質(zhì)改變而引起的遺傳型變異

自發(fā)突變誘發(fā)突變堿基置換移碼第三十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第三十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五二、細菌基因的轉(zhuǎn)移與重組基因轉(zhuǎn)移：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌細胞內(nèi)的過程?；蜣D(zhuǎn)移中提供DNA的細菌為供體菌，而接受DNA的細菌為受體菌。外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體DNA，質(zhì)粒DNA及噬菌體基因等。第三十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五重組：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起，使受體菌獲得供體菌某些特性。

兩個不同性狀的細菌之間通過遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，可以發(fā)生遺傳變異?；蜣D(zhuǎn)移和重組的方式有接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)換等方式。

第三十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五1.轉(zhuǎn)化(transformation):供體菌裂解游離的DNA片段轉(zhuǎn)入某受體菌細胞內(nèi)的過程。第四十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第四十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.接合(conjugation)接合：是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。能通過結(jié)合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，不能通過性菌毛在細菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒為非接合性質(zhì)粒。第四十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第四十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五接觸：細胞質(zhì)溝通轉(zhuǎn)移：F質(zhì)粒進入F－菌，1分鐘完成復制：F－菌轉(zhuǎn)為F＋菌F質(zhì)粒（fertilityfactor,致育因子）第四十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五高頻重組菌株（highfrequencyrecombinant

Hfr）：

F質(zhì)粒與染色體整合,具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功能，細菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，稱之Hfr。

受體菌獲得供體菌性狀；F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低。

第四十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

R質(zhì)粒

耐藥傳遞因子：

編碼性菌毛

r決定因子：耐藥第四十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，是受體菌獲得新的性狀。根據(jù)轉(zhuǎn)導基因片段的范圍，可將轉(zhuǎn)導分為兩類：普遍性轉(zhuǎn)導（轉(zhuǎn)導的DNA可是供菌染色體上的任何部分）、局限性轉(zhuǎn)導

（轉(zhuǎn)導的DNA只限供菌染色體上的特定基因）。3.轉(zhuǎn)導(transduction)第四十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五普遍性轉(zhuǎn)導(generalizedtransduction)第四十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第四十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五局限性轉(zhuǎn)導(restrictedtransduction)第五十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五4.溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)當噬菌體感染細菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時，而使細菌獲得新的性狀。第五十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五原生質(zhì)體融合：是將兩種不同的細菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細胞壁成為原生質(zhì)體后進行彼此融合的過程。

原生質(zhì)體融合后，二個完整的染色體合在一起形成二倍體。融合的二倍體細胞壽命很短，但此期間可獲得具有親代細胞許多特異性的重組體。

是一種有價值的實驗工具。第五十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)細菌變異的應(yīng)用在疾病的診斷及預防中的應(yīng)用在基因工程方面的應(yīng)用細菌耐藥性變異與抗感染治療第五十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第5章細菌的耐藥性一、抗菌藥物概念

1.抗菌藥物

指對病原菌具有抑制或殺滅作用、用于預防和治療細菌性感染的藥物，包括抗生素和化學合成的藥物。

2.抗生素

抗生素分子量小，低濃度就能發(fā)揮其生物活性，有天然和人工半合成兩類。

第五十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五一、抗菌藥物的種類

（一）按抗菌藥物化學結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分類：

1.β-內(nèi)酰胺類化學結(jié)構(gòu)中含有β-內(nèi)酰胺環(huán)的抗生素。

包括：

第一節(jié)抗菌藥物的種類及其作用機制第五十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五青霉素類：青霉素G、甲氧西林等。頭孢菌素類：頭孢唑啉等。頭霉素：如頭孢西丁。單環(huán)β-內(nèi)酰胺類：如氨曲南。碳青霉素烯類：亞胺培南與西司他丁合用稱泰能。β-內(nèi)酰胺酶抑制劑：如舒巴坦、棒酸使酶失活。第五十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.大環(huán)內(nèi)酯類

紅霉素、螺旋霉素等。3.氨基糖苷類

鏈霉素、慶大霉素4.四環(huán)素類

四環(huán)素、強力霉素等。5.氯霉素類

包括氯霉素、甲砜霉素。第五十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五6.化學合成的抗菌藥物磺胺類：磺胺嘧啶、復方新諾明等。

喹諾酮類：包括氟哌酸、環(huán)丙沙星等。7.其他

抗結(jié)核藥物：利福平、異煙肼、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等。多肽類抗生素：多粘菌素類、萬古霉素、桿菌肽、林可霉素和克林霉素等。第五十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（二）按生物來源分類

1.細菌產(chǎn)生的抗生素如多粘菌素和桿菌肽。

2.真菌產(chǎn)生的抗生素如青霉素及頭孢菌素，現(xiàn)在多用其半合成產(chǎn)物。

3.放線菌產(chǎn)生的抗生素放線菌是生產(chǎn)抗生素的主要來源。其中鏈霉菌和小單孢菌產(chǎn)生的抗生素最多。常見的抗生素包括鏈霉素、卡那霉素、四環(huán)素、紅霉素、兩性霉素B等。第五十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

根據(jù)對病原菌的作用靶位，將抗生素的作用機制分為四類（表6-1）。

1.抑制細菌細胞壁合成

2.影響胞漿膜通透性（多粘菌素）

3.抑制蛋白質(zhì)合成（大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖甙類）

4.抑制核酸代謝：葉酸代謝；核酸合成（喹諾酮、磺胺類）三、抗菌藥物的作用機制

第六十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五表6-1抗菌藥物的主要作用部位喹諾酮類林可霉素類氨基糖苷類酮康唑環(huán)絲氨酸利福平紅霉素制霉菌素桿菌肽甲氧芐胺嘧啶四環(huán)素類兩性霉素B萬古霉素磺胺藥氯霉素多粘菌素類β-內(nèi)酰胺類核酸合成細胞蛋白合成細胞膜滲透性細胞壁第六十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五抗菌藥物作用機制總結(jié)圖示第六十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)細菌的耐藥機制一、細菌耐藥性的概念二、細菌耐藥性的遺傳機制三、細菌耐藥性的生化機制四、細菌耐藥性的防治原則第六十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五細菌耐藥性（drugresistance）

亦稱抗藥性，是指細菌對某抗菌藥物（抗生素或消毒劑）的相對抵抗性。耐藥性的程度

用某藥物對細菌的最小抑菌濃度（MIC）表示。臨床上有效藥物治療劑量在血清中濃度大于最小抑菌濃度稱為敏感，反之稱為耐藥。第六十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

遺傳學上把細菌耐藥性分為固有耐藥性和獲得耐藥性。

(一)固有耐藥（intrinsicresistance）

固有耐藥性指細菌對某些抗菌藥物的天然不敏感。也稱為天然耐藥性細菌，其耐藥基因來自親代，由細菌染色體基因決定，具有種屬特異性。二、細菌耐藥性的遺傳機制第六十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

獲得耐藥性指細菌DNA的改變導致其獲得耐藥性表型。耐藥性細菌的耐藥基因來源于基因突變或獲得新基因,作用方式為接合、轉(zhuǎn)導或轉(zhuǎn)化?？砂l(fā)生于染色體DNA、質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子等結(jié)構(gòu)基因,也可發(fā)生于某些調(diào)節(jié)基因。在原先對藥物敏感的細菌群體中出現(xiàn)了對抗菌藥物的耐藥性，這是獲得耐藥性與固有耐藥性的重要區(qū)別。（二）獲得耐藥（acquiredresistance）第六十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

獲得耐藥性大多由質(zhì)粒介導，但亦可由染色體介導的耐藥性，如金葡菌對青霉素的耐藥。

影響獲得耐藥性發(fā)生率有三個因素：藥物使用的劑量、細菌耐藥的自發(fā)突變率和耐藥基因的轉(zhuǎn)移狀況。第六十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

(1)染色體突變：所有的細菌群體都會發(fā)生自發(fā)的隨機突變，頻率很低，其中有些突變賦予細菌耐藥性。

(2)可傳遞的耐藥性（突變基因水平轉(zhuǎn)移方式：接合、轉(zhuǎn)導、轉(zhuǎn)化）

2.獲得耐藥性基因突變類型第六十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五接合：細胞間通過性菌毛相互溝通，將遺傳物質(zhì)如質(zhì)?；蛉旧|(zhì)DNA從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。轉(zhuǎn)導：以噬菌體及其含有的質(zhì)粒DNA為媒介，介導供體菌耐藥基因轉(zhuǎn)移給受體菌內(nèi)。金葡菌、鏈球菌獲得耐藥。轉(zhuǎn)化：少數(shù)細菌可從周圍環(huán)境中攝入裸DNA，并摻入到細菌染色體中。第六十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

可傳遞耐藥性傳播的三種結(jié)構(gòu)形式：R質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子和整合子。①R質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移：細菌中廣泛存耐藥質(zhì)粒，質(zhì)粒介導的耐藥性傳播在臨床上占有非常重要的地位。多數(shù)細菌的質(zhì)粒具有傳遞和遺傳交換能力,細菌質(zhì)粒能在細胞中自我復制,并隨細菌分裂穩(wěn)定地傳遞給后代，能在不同細菌間轉(zhuǎn)移。

耐藥基因轉(zhuǎn)移能依靠質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子和整合子等可移動的遺傳元件介導下，進行傳播。第七十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

②轉(zhuǎn)座子介導的耐藥性：比質(zhì)粒更小的DNA片段，可在染色體中跳躍，實現(xiàn)菌間基因轉(zhuǎn)移或交換，使結(jié)構(gòu)基因的產(chǎn)物大量增加，使宿主細胞失去對抗菌藥物的敏感性。

③整合子（integron）與多重耐藥：整合子是移動性DNA序列，可捕獲外源基因并使之轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄曰虻谋磉_單位。整合子在細菌耐藥性的傳播和擴散中起到重要的作用。同一類整合子可攜帶不同的耐藥基因盒，同一個耐藥基因又可出現(xiàn)在不同的整合子上，介導多重耐藥。第七十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第七十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五三、細菌耐藥性的生化機制

鈍化酶的產(chǎn)生

藥物作用靶位的改變

抗菌藥物的滲透障礙

主動外排機制

細菌自身代謝狀態(tài)改變等第七十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（一）產(chǎn)生鈍化酶使抗菌藥物失效

鈍化酶是耐藥菌株產(chǎn)生的、具有破壞或滅活抗菌藥物活性的某種酶，它通過水解或修飾作用破壞抗生素的結(jié)構(gòu)使其失去活性，如分解青霉素的酶或改變氨基糖苷類抗生素結(jié)構(gòu)的酶。第七十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第七十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第七十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

①-內(nèi)酰胺酶：

特異性水解打開藥物分子結(jié)構(gòu)中的β-內(nèi)酰胺環(huán)，使其完全失去抗菌活性，又稱滅活酶，由染色體和質(zhì)粒介導。分青霉素型水解青霉素類；頭孢菌素型水解頭孢類和青霉素類。在G－桿菌中有兩種：超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（extendedspectrumβ-lactamase,ESBL）和AmpCβ-內(nèi)酰胺酶。重要的鈍化酶有以下幾種：

第七十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

②氨基糖苷類鈍化酶：

由質(zhì)粒介導，其機制是通過羥基磷酸化、氨基乙?；螋然佘挣；饔茫瑢⑾鄳?yīng)的化學基團結(jié)合到藥物分子上，使藥物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，失去抗菌作用。

③氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶：

由質(zhì)粒編碼產(chǎn)生該酶，使氯霉素乙酰化而失去抗菌活性。第七十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

導致與抗生素結(jié)合的有效部位發(fā)生變異，影響藥物的結(jié)合，對抗生素不再敏感，這種改變使抗生素失去作用位點和親和力降低，但細菌的生理功能卻正常。如青霉素結(jié)合蛋白改變導致對β-內(nèi)酰胺類抗生素親和力極低導致耐藥。（二）藥物作用靶位的結(jié)構(gòu)和數(shù)量改變

——抗菌藥不易與細菌結(jié)合第七十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（三）抗菌藥物的滲透障礙

——藥物不易進入菌體內(nèi)

細菌細胞壁的障礙和/或外膜通透性的改變將嚴重影響抗生素進入細菌內(nèi)部