1、第2章 细菌的遗传与变异,高等教育出版社,医学细菌学,Medical Bacteriology,第一页，共二十二页。,目 录,1,2,3,细菌遗传与变异的物质根底,细菌的变异现象及机制,细菌遗传变异的医学意义及其应用,第二页，共二十二页。,细菌的遗传物质：质粒,细菌遗传物质：染色体、质粒、噬菌体。质粒(plasmid)：细菌染色体外遗传物质，为双链环状DNA，携带遗传信息并能自我复制，可丧失且不影响细菌存活。质粒通过接合、转化、转导方式在细菌间转移遗传物质。,严紧型质粒(stringent plasmid)：复制与染色体同步。松驰型质粒(relaxed plasmid)：复制与染色体无关。,第
2、三页，共二十二页。,噬菌体(phage)：细菌的病毒，蛋白外壳+DNA或RNA组成，多为蝌蚪形。噬菌体结构：头部=球状外壳+核酸 尾部=尾板(溶菌酶)+尾刺+尾丝(吸附细菌)噬菌体可通过转导、转换方式在细菌间转移遗传物质。,细菌的遗传物质：噬菌体,第四页，共二十二页。,细菌的遗传物质：噬菌体,毒性噬菌体(virulent phage)：感染宿主菌后在菌体内以复制方式增殖，产生大量子代噬菌体并导致细菌裂解。该过程称为溶菌性周期(bacteriolysis cycle)，分为吸附与穿入、生物合成、成熟与释放等阶段，。温和噬菌体(temperate phage)：感染宿主菌后其基因组整合到宿主菌染色
3、体DNA中，随宿主菌DNA复制而复制，并随宿主菌分裂而分配至子代菌染色体DNA中，宿主菌不裂解。该过程称为溶原性周期(lysogenic cycle)。前噬菌体(prophage)：整合在细菌染色体中的噬菌体基因组，可在某些因素刺激下脱落进入溶菌性周期。溶原性细菌(lysogenic bacterium)：携带前噬菌体基因组。,第五页，共二十二页。,溶菌性周期和溶原性周期：,细菌的遗传物质：噬菌体,第六页，共二十二页。,转位因子,转位因子(transposable element)：能在细菌基因组中移动位置的一段独特DNA片段。插入序列(insertion sequence，IS)：转座酶基因
4、+两端反向重复序列，可宿主菌基因组的突变、失活或基因重排。转座子(transposon，Tn)：IS+其他基因，能通过质粒在细菌以及细菌与真核细胞之间转移。,第七页，共二十二页。,整合子和转座噬菌体,整合子(integron)：定位于细菌染色体、能捕获和整合外源性基因的独特DNA序列。整合子典型结构：整合位点可有一个或多个基因盒。,5-保守区-整合酶-P1/P2启动子-整合位点-3-保守区,转座噬菌体(mutation phage，Mu phage)：能整合入宿主菌染色体DNA但无一定整合位置的温和噬菌体。,第八页，共二十二页。,细菌的变异现象,形态和结构变异：如细菌L型。毒力变异：如卡介苗B
5、CG、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感染后产生白喉毒素。耐药性变异：产生对1 种或多种抗生素耐药性。抗原性变异：如H和O抗原变异，带来诊断困难的问题。菌落变异：光滑型(smooth，S)与粗糙型(rough，R)菌落变异(S-R)，常伴随抗原性、毒力、酶活性等改变。多数S型细菌毒力强，少数R型毒力强(结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌)。,第九页，共二十二页。,细菌变异机制,突变(mutation)：单、多点各种突变。基因转移(transfer)与重组(recombination)：是细菌获得新遗传性状的主要途径。细菌基因转移和重组的主要方式：转化、接合、转导、溶原性转换。提供DNA的细菌
6、称为供体菌(donor)，接受DNA并进行重组的细菌称为受体菌(recipient)。,第十页，共二十二页。,转化(transformation)：供体菌游离的DNA片段直接被受体菌摄取并重组，使受体菌获得新的生物学性状。,细菌变异机制：转化,第十一页，共二十二页。,被转化的DNA片段称为转化因子(transforming factor)，分子量小于107，最多不超过1020个基因。转化后能重组并稳定地表达供体菌遗传性状的外源性DNA片段称为转化子(transformant)。接受DNA片段的受体菌必须处于感受态(competence)。,细菌变异机制：转化,第十二页，共二十二页。,细菌变异机
7、制：接合,接合(conjugation)：供体菌通过性菌毛将质粒或染色体DNA转移入受体菌，使受体菌获得新的生物学性状。F质粒：编码性菌毛(F+菌，又称供体菌或雄性菌)。受体菌或雌性菌：无F质粒、无性菌毛(F-菌)。,第十三页，共二十二页。,F质粒还可整合入细菌染色体DNA中，称为Hfr菌株。转移过程：染色体DNA在F质粒转移启始位点处的一股单链断开后先经性菌毛进入受体菌，F质粒DNA后进入受体菌，该过程易中断，故受体菌常获得不同长度Hfr菌株染色体DNA片段，但不易获得F质粒DNA。,细菌变异机制：接合,第十四页，共二十二页。,细菌变异机制：接合,F菌株：少见。整合的F质粒从染色体DNA上脱
8、落，但携带了邻近染色体DNA片段，称为F质粒及F菌株，可通过F+与F-菌株相似的过程，将F质粒及其可能携带的供体菌染色体DNA片段转移给F-受体菌。,第十五页，共二十二页。,细菌变异机制：接合,耐药质粒 耐药传递因子(resistance transfer factor，RTF)。耐药决定子(r determinant)：也即耐药基因。,第十六页，共二十二页。,转导(transduction)：温和噬菌体为载体将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。可分为普遍性转导和局限性转导。普遍性转导(generalized transduction)：装配错误。,细菌变异机制：转导,第十
9、七页，共二十二页。,局限性转导(restricted transduction)：前噬菌体从染色体中脱落时带有整合部位一或两侧染色体DNA片段，感染细菌时可将该供体菌DNA片段转移到新的受体菌内。,细菌变异机制：转导,第十八页，共二十二页。,溶原性转换(lysogenic conversion)：溶原菌染色体DNA中整合的前噬体基因使宿主菌获得新的遗传性状的过程。白喉棒状杆菌被携带毒素基因的-棒状杆菌噬菌体感染后才能产生白喉外毒素。,细菌变异机制：转换,第十九页，共二十二页。,诊断和治疗及预防方面的应用：抗原变异、耐药产生、制备疫苗等。流行病学方面的应用：确定优势流行菌株和耐药基因等、病原追踪
10、与溯源，如PCR+RFLP、质粒指纹图谱。分子生物学和基因工程中的应用：载体(质粒、噬菌体、腺病毒)与DNA重组方法(转化、转导、转染)，生产疫苗(rHBsAg等)及生物制品(rIFN等)。,细菌变异的医学意义及应用,第二十页，共二十二页。,细菌获得新的遗传性状的主要方式以及前噬菌体概念。常见的细菌变异现象及其医学意义。转化、接合、转导、溶原性转换定义及机制。,本章要点,第二十一页，共二十二页。,内容总结,第2章 细菌的遗传与变异。溶菌性周期和溶原性周期：。毒力变异：如卡介苗BCG、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感染后产生白喉毒素。突变(mutation)：单、多点各种突变。转化后能重组并稳定地表达供体菌遗传性状的外源性DNA片段称为转化子(transformant)。耐药决定子(r determinant)：也即耐药基因。可分为普遍性转导和局限性转导。本章要点,第二十二页，共二十二页。,