第三章遺傳與變異

1、第5章 遺傳和變異,天津醫(yī)科大學(xué)微生物學(xué)教研室,概念,遺傳（heredity）：微生物的性狀保持相對(duì)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(lèi)型,細(xì)菌的遺傳與變異,細(xì)菌的變異現(xiàn)象細(xì)菌遺傳變異相關(guān)物質(zhì)細(xì)菌變異的機(jī)制,細(xì)菌的變異現(xiàn)象,一、形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異二、毒力變異三、耐藥性變異四、菌落變異,一、形態(tài)結(jié)構(gòu)

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(xì)菌 L型變異 抗體或補(bǔ)體 (部分或完全失去胞壁),,特殊結(jié)構(gòu)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(zhǎng)（H） 點(diǎn)狀生長(zhǎng)、單個(gè)菌落（O）,,,二、毒力變異,增強(qiáng)：

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(jié)核桿菌 卡介苗            

5、;       13年(230代),,,三、耐藥性變異,概念：細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱(chēng)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(zhǎng)期培養(yǎng),,四、菌落變異,在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)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(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ),基因組：染色體和染色體外遺傳物質(zhì),質(zhì)粒 轉(zhuǎn)座子,,,一、質(zhì)粒（plasmid）,概念：細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，環(huán)狀閉合雙鏈DNA，能自行復(fù)制。所攜帶的遺傳信息賦予細(xì)菌某些性狀，隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代菌細(xì)胞。特征：自我復(fù)制編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些特殊性狀可自行丟失與消除，不影響細(xì)菌生命具轉(zhuǎn)移性具相容性和不相容性,,3.幾

8、種重要的質(zhì)粒致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）耐藥質(zhì)粒毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）細(xì)菌素質(zhì)粒代謝質(zhì)粒,二、噬菌體（phage）,概念：感染細(xì)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(zhuǎn)座噬菌體 ：將核酸整合到細(xì)菌染色體上的噬菌體基因,具有轉(zhuǎn)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(xì)菌子代, 并賦

9、予細(xì)菌,三、轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）,概念:是一段特異的具有轉(zhuǎn)位特性的獨(dú)立DNA片段，它能在細(xì)菌染色體、質(zhì)粒或噬菌體之間自行移動(dòng)，隨轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)位，導(dǎo)致基因的突變/基因的轉(zhuǎn)移與重組。分類(lèi)： 插入序列（insertion sequence，IS） 復(fù)合轉(zhuǎn)座子（complex Tn）,(1) 插入序列（IS）是最小的轉(zhuǎn)座子，＜2kb，不攜帶任何與插入功能無(wú)關(guān)的基因區(qū)域。 (2) 復(fù)合轉(zhuǎn)座子（co

10、mplex Tn）＞2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)座有關(guān)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(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。,,細(xì)菌的變異機(jī)制,一、基因的突變和損傷后修復(fù)二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,一、基因的突變和損傷后修復(fù),基因突變（mutation）：自發(fā)、隨機(jī) （1）概念：細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(fù)突變

11、：,,2. DNA的損傷修復(fù) （1） 損傷修復(fù)：細(xì)菌會(huì)用有效DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致修復(fù)，降低損傷。 （2）修復(fù)錯(cuò)誤：致細(xì)菌變異。,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,基因轉(zhuǎn)移（gene transfer） 外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌細(xì)胞的過(guò)程稱(chēng)為基因轉(zhuǎn)移。重組（ recombination）轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起稱(chēng)為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過(guò)轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換

12、和原生質(zhì)體融合等方式進(jìn)行。,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化試驗(yàn),接合（conjugation）,概念：細(xì)菌通過(guò)性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。 接合性質(zhì)粒：通過(guò)接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱(chēng) 接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。,F質(zhì)粒的接合,,,,F+,,,F-,,,,,,,,F+,,,F-,,,,,,,,,,

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

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

15、，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。當(dāng)它感染另一宿主菌，則將細(xì)菌的染色體注入受體菌內(nèi)。 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(zhuǎn)導(dǎo)。,,結(jié)果-- 完全轉(zhuǎn)導(dǎo)-- 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo),局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restricted transduction,概念： 前噬菌體從宿主菌染色體脫離時(shí)發(fā)生偏差，將自身的一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)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(diǎn)：

16、所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上的基因，故又稱(chēng)特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)。,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別,溶原性轉(zhuǎn)換（ lysogenic conversion）,概念：宿主菌染色體中整合了噬菌體DNA片段，致細(xì)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(diǎn)： 1、呈多樣性。 2、須被宿主細(xì)胞解碼，才可轉(zhuǎn)譯病毒蛋白。 3、單正鏈RNA病毒核酸為復(fù)制摸板及 mRNA 。 4、

17、與真核細(xì)胞基因組相似。,,病毒的變異機(jī)制1. 基因突變：堿基序列的置換、缺失或插入所致。 實(shí)際意義：形成突變株，常見(jiàn) 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(xì)胞時(shí)發(fā)生相互作用。 如:干擾、共感染、基因轉(zhuǎn)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(shí)際意義：病毒基因變異、宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化、腫瘤發(fā)生。,微生物遺傳變異的醫(yī)學(xué)應(yīng)用,在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用在測(cè)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,一、疾病的診斷、治療與預(yù)防,病原性診斷：病原微生物特異核酸序列檢測(cè)。特異性防治：病原微生物耐藥基因、毒力島檢測(cè)。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(zhì)的測(cè)定,原理：凡能誘導(dǎo)

19、細(xì)菌發(fā)生突變的物質(zhì)都有可能是致癌物質(zhì)。 Ames實(shí)驗(yàn)傷寒沙門(mén)菌（his-） （his+）,,三、流行病學(xué)的應(yīng)用,分子生物學(xué)分析方法已被用于流行病學(xué)調(diào)查試驗(yàn)：質(zhì)粒指紋圖譜（PFP）用于：耐藥質(zhì)粒傳播擴(kuò)散的調(diào)查,四、基因工程中的應(yīng)用,基因工程應(yīng)用原理：在遺傳變異中細(xì)菌可因基因轉(zhuǎn)移和重組而獲得新的性狀。 切取目的基因→連接到載體上→轉(zhuǎn)移到工程菌內(nèi)，大量表達(dá)目的基因產(chǎn)物目前應(yīng)用：生產(chǎn)胰島素、干擾素、多種生長(zhǎng)激素、rIL