第三章遺傳與變異

1、第5章 遺傳和變異,天津醫(yī)科大學微生物學教研室,概念,遺傳（heredity）：微生物的性狀保持相對穩(wěn)定，子代與親代性狀基本相同，且代代相傳。 變異（variation）：子代與親代/子代與子代間性狀出現(xiàn)差異。,變異類型,細菌的遺傳與變異,細菌的變異現(xiàn)象細菌遺傳變異相關物質細菌變異的機制,細菌的變異現(xiàn)象,一、形態(tài)、結構變異二、毒力變異三、耐藥性變異四、菌落變異,一、形態(tài)結構

2、變異,3-6%食鹽鼠疫耶氏菌 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 (部分或完全失去胞壁),,特殊結構的變異

3、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 0.1%石炭酸 遷徙生長（H） 點狀生長、單個菌落（O）,,,二、毒力變異,增強：

4、 β棒狀噬菌體白喉棒狀桿菌 產(chǎn)生白喉毒素 減弱： 膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛型結核桿菌 卡介苗            

5、;       13年(230代),,,三、耐藥性變異,概念：細菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。多重耐藥菌株及藥物依賴性菌株，如 含鏈霉素培基痢疾桿菌 依鏈株      

6、;      長期培養(yǎng),,四、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          

7、60;  R原因：失去LPS的特異多糖，伴其他性狀改變。如：毒力變異,,細菌遺傳變異的物質基礎,基因組：染色體和染色體外遺傳物質,質粒 轉座子,,,一、質粒（plasmid）,概念：細菌染色體外的遺傳物質，環(huán)狀閉合雙鏈DNA，能自行復制。所攜帶的遺傳信息賦予細菌某些性狀，隨細菌分裂轉移到子代菌細胞。特征：自我復制編碼產(chǎn)物賦予細菌某些特殊性狀可自行丟失與消除，不影響細菌生命具轉移性具相容性和不相容性,,3.幾

8、種重要的質粒致育質粒（F質粒）耐藥質粒毒力質粒（Vi質粒）細菌素質粒代謝質粒,二、噬菌體（phage）,概念：感染細菌、真菌、放線菌和螺旋體等微生物的病毒。含有： (1) 毒性噬菌體：感染宿主后致宿主裂解。 (2) 前噬菌體/轉座噬菌體 ：將核酸整合到細菌染色體上的噬菌體基因,具有轉座功能。 (3) 溶原性噬菌體/溫和噬菌體：呈溶原狀態(tài)的噬菌體，其基因隨溶原菌分裂傳到細菌子代, 并賦

9、予細菌,三、轉座子（transposon，Tn）,概念:是一段特異的具有轉位特性的獨立DNA片段，它能在細菌染色體、質粒或噬菌體之間自行移動，隨轉座子的轉位，導致基因的突變/基因的轉移與重組。分類： 插入序列（insertion sequence，IS） 復合轉座子（complex Tn）,(1) 插入序列（IS）是最小的轉座子，＜2kb，不攜帶任何與插入功能無關的基因區(qū)域。 (2) 復合轉座子（co

10、mplex Tn）＞2kb，除攜帶與轉座有關的基因外，還攜帶其它功能基因，如耐藥性基因、毒素基因?？赡芘c細菌的多重耐藥性有關。,,細菌的變異機制,一、基因的突變和損傷后修復二、基因的轉移和重組,一、基因的突變和損傷后修復,基因突變（mutation）：自發(fā)、隨機 （1）概念：細菌遺傳物質的結構發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，是DNA序列的永久性變化。 （2）規(guī)律： 突變率： 突變株選擇： 回復突變

11、：,,2. DNA的損傷修復 （1） 損傷修復：細菌會用有效DNA修復系統(tǒng)進行細致修復，降低損傷。 （2）修復錯誤：致細菌變異。,二、基因的轉移和重組,基因轉移（gene transfer） 外源性的遺傳物質由供體菌轉入受體菌細胞的過程稱為基因轉移。重組（ recombination）轉移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細菌的基因轉移和重組可通過轉化、接合、轉導、溶原性轉換

12、和原生質體融合等方式進行。,轉化（transformation）,概念：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。。,轉化試驗,接合（conjugation）,概念：細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質（質粒DNA）從供體菌轉移給受體菌。 接合性質粒：通過接合方式轉移的質粒稱 接合性質粒，F(xiàn)質粒、R質粒和毒力質粒等。,F質粒的接合,,,,F+,,,F-,,,,,,,,F+,,,F-,,,,,,,,,,

13、,F+,,,F+,,,,,,,,,,,F+,,,F+,,,,,,,,,,,,,,,Donor,,,,,,Recipient,,,,,F+,,,,,,,R質粒的接合健康人中大腸埃希菌30%~50%有R質粒，而致病性大腸埃希菌90%有R質粒。與多重耐藥性有關。耐藥質?？蓮囊粋€細菌轉移到另一個細菌中。,R質粒的組成耐藥傳遞因子（resistance transfer factor,RTF）與F質粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合轉移

14、。耐藥（r）決定子：編碼耐藥性。,轉導（transduction）,概念：以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉移到受體菌內，使受體菌獲得新的性狀。 普遍性轉導（generalized transduction）局限性轉導（restricted transduction）,普遍性轉導generalized transduction,概念：前噬菌體從溶原菌染色體上脫離，增殖后，裝配時發(fā)生錯誤，將細菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部

15、，形成轉導噬菌體。當它感染另一宿主菌，則將細菌的染色體注入受體菌內。 特征：被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分，DNA片段可大于轉導。,,結果-- 完全轉導-- 流產(chǎn)轉導,局限性轉導restricted transduction,概念： 前噬菌體從宿主菌染色體脫離時發(fā)生偏差，將自身的一段DNA留在細菌染色體上，而帶走了細菌DNA上兩側的基因。當其感染受體菌后，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。特點：

16、所轉導的只限于供體菌上的基因，故又稱特異性轉導。,普遍性轉導與局限性轉導的區(qū)別,溶原性轉換（ lysogenic conversion）,概念：宿主菌染色體中整合了噬菌體DNA片段，致細菌獲得新的遺傳性狀。。 白喉棒狀桿菌、A群鏈球菌、肉毒梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂弧菌,病毒的遺傳與變異,病毒基因組特點： 1、呈多樣性。 2、須被宿主細胞解碼，才可轉譯病毒蛋白。 3、單正鏈RNA病毒核酸為復制摸板及 mRNA 。 4、

17、與真核細胞基因組相似。,,病毒的變異機制1. 基因突變：堿基序列的置換、缺失或插入所致。 實際意義：形成突變株，常見 條件致死突變株 缺陷干擾突變株 宿主范圍突變株 耐藥突變株2. 基因重組與重配: 兩種病毒感染同一細胞時發(fā)生相互作用。 如:干擾、共感染、基因轉移與互換等。3.

18、基因整合: 病毒DNA片段插入宿主染色體DNA中。 實際意義：病毒基因變異、宿主細胞轉化、腫瘤發(fā)生。,微生物遺傳變異的醫(yī)學應用,在疾病的診斷、治療與預防中的應用在測定致癌物質中的應用在流行病學中的應用在基因工程中的應用,一、疾病的診斷、治療與預防,病原性診斷：病原微生物特異核酸序列檢測。特異性防治：病原微生物耐藥基因、毒力島檢測。減毒活疫苗的制備：人工誘變使微生物毒力減弱。,二、致癌物質的測定,原理：凡能誘導

19、細菌發(fā)生突變的物質都有可能是致癌物質。 Ames實驗傷寒沙門菌（his-） （his+）,,三、流行病學的應用,分子生物學分析方法已被用于流行病學調查試驗：質粒指紋圖譜（PFP）用于：耐藥質粒傳播擴散的調查,四、基因工程中的應用,基因工程應用原理：在遺傳變異中細菌可因基因轉移和重組而獲得新的性狀。 切取目的基因→連接到載體上→轉移到工程菌內，大量表達目的基因產(chǎn)物目前應用：生產(chǎn)胰島素、干擾素、多種生長激素、rIL