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1、细菌的遗传（heredity）细菌的生物学性状保持 相对稳定，且代代相传。细菌的变异（variation）细菌的子代与亲代之间 以及子代与子代之间的 生物学性状出现差异。,细菌的变异 遗传性变异（基因型）非遗传性变异（表型）不受环境因素影响 受环境因素影响 基因结构改变 基因结构未改变 不可逆、可遗传 可逆、不能遗传,一、细菌常见的变异现象,形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异,卵圆形鼠疫耶氏菌 L型菌（巨形体、长丝体）,适宜,3%NaCl,1.形态结构的变异,菌体形态变异：,葡萄球菌 L型菌（细胞壁缺陷型细菌）,葡萄球菌L型（长丝体）,正常葡萄球菌,青霉素、溶菌酶,形成荚膜,不形成
2、荚膜,荚膜变异：,肺炎链球菌,营养/易感机体,反复普通培养基,迁徙生长,点状生长,H-O变异,变形杆菌的迁徙生长,鞭毛变异：,变形杆菌,普通培养基,含0.1%石炭酸培养基,有鞭毛,无鞭毛,H菌落,O菌落,甘油、马铃薯、胆汁,13年230代,-棒状杆菌噬菌体,2.毒力变异,无毒/弱毒,有毒牛分枝杆菌,减毒株（卡介苗）（Bacillus of Calmette-Guerin，BCG）,无毒白喉棒状杆菌,有毒株,有毒/强毒,penicillin,3.耐药性变异,Bs Br Bd,金葡菌（Bs）Br（80%以上）,痢疾杆菌野生菌株 抗链霉素耐药菌株 依链菌株,4.菌落变异,在陈旧培养基中长期培养光滑型
3、菌落 粗糙型菌落（S型）或在有免疫力的人体内（R型）,细菌染色体 细菌染色体外遗传物质,质粒转座子噬菌体,二、细菌的遗传物质,1.细菌染色体（bacterial chromosome）,（1）原核细胞型微生物，染色体为一条环状双股 DNA，不含组蛋白，无核膜包围。（2）细菌基因的结构是连续的，无内含子，转录后 无需剪切加工。,是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链 DNA。几种重要的质粒 致育质粒（F质粒）耐药质粒（R质粒）毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒（Col质粒）代谢质粒,2.质粒（plasmid）,质粒具有自我复制的能力。质粒能编码某些特定性状。质粒可自行/人工丢失与消除。质粒可通过
4、接合、转化或转导等方式在细菌间转移。质粒的相容性与不相容性。,质粒的主要特征：,F+雄性菌（具有性菌毛）F-雌性菌（无性菌毛）,（1）致育质粒（fertility plasmid，F质粒）,几种重要的质粒,与细菌的有性生殖功能有关。,编码细菌对抗菌药物的耐药性。通过细菌的性菌毛传递质粒。,（2）耐药性质粒（resistance plasmid，R质粒）,编码与该菌致病性有关的毒力因子。如：大肠埃希菌 ST质粒 耐热肠毒素（stable toxin）LT质粒 不耐热肠毒素（labile toxin）,（3）毒力质粒（virulence plasmid，Vi质粒）,编码细菌产生细菌素。如：大肠埃希
5、菌 大肠菌素,Col质粒（Coliciogenic plasmid）,（4）细菌素质粒,编码相关的代谢酶。如：沙门菌 发酵乳糖,（5）代谢质粒,代谢质粒,3.转座子（transposon，Tn）,概念：是一类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之 间自行移动的遗传成分，是基因组中一段 特异的具有转位特性的独立的DNA序列。意义：与细菌的多重耐药性有关。,转座子发现：美国一女科学家，40年代末发现，60年代被认可，1983年得诺奖。,转座子 携带的耐药基因Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素）Tn4 AP、Str（链霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kan（卡那霉素）Tn6 KanTn7 TMP（甲氧苄氨
6、嘧啶）、StrTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四环素）tn551 Em（红霉素）Tn971 Em,点突变：一对或少数几对硷基对的置换、增加或缺失。染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、重复、倒位等变化。,突变率-自然突变率（10-610-9）-诱导突变率（10-410-6）,（一）基因突变,突变与选择-影印培养试验：证明突变是自发的。,三、细菌变异的机制,影印培养试验,1.突变时自发的、随机的2.突变发生在接触抗生素之前3.抗生素起筛选突变株作用,外源性遗传物质 供体菌染色体DNA片段 质粒DNA 噬菌体基因 方式：转化、接合、转导、溶原性转换。,（二）基因的转移与重组,基
7、因转移：外源性遗传物质由供体菌转入某受体 菌内的过程。基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起。,供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，并将其整合到受体菌基因中，使受体菌获得新的性状。,游离DNA,直接摄取,供体菌 受体菌,1.转化（transformation）,细菌转化现象的发现试验,重组菌,转化 因子,+,感受态 细菌,吸附,进入,+,重组菌,突变株,整合,复制,原型株,基因的转化过程,供、受体的基因型 亲缘关系愈近，转化率愈高。转化的DNA片段（转化因子）分子量小于1107，不超过1020个基因。受菌的生理状态只有处于感受态时，才能摄取转化因子。感受态是因为其表面有一种吸附D
8、NA的受体。出现在细菌对数生长期后期。环境因素 Ca2+、Mg2+、cAMP等维持DNA稳定，促进转化。,影响转化的因素：,供体菌 受体菌,经性菌毛,遗传物质（质粒）,能通过接合方式转移的质粒有：F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒。,2.接合（conjugation）,是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（质粒）从供体菌转移给受体菌。,细菌接合现象的发现试验,F质粒（fertility plasmid）的接合,F+F-F+,耐药传递因子 与F质粒相似，编码菌毛的产（resistance transfer factor）生和通过菌毛转移。(RTF)R质粒 耐药（r）决定子 编码对抗菌药物的
9、耐药性。,R质粒（resistence plasmid）的接合,供体菌 受体菌,分：普遍性转导（generalized transduction）局限性转导（restricted transduction）,3.转导（transduction）,以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体 菌内，使受体菌获得新的性状。,温和噬菌体,温和噬菌体媒介,供体菌DNA,Try-his+,Try+his-,细菌转导现象的发现试验,由于错误的包装将细菌染色体任何部位基因包装入噬菌体头部，并将其注入受体菌内。,普遍性转导（generalized transduction）,10-6,完全转导：外源性D
10、NA片段与受体菌的 染色体整合并随染色体而传代。完全转导仅少数发生。流产转导：外源性DNA片段游离在胞质 中既不能与受体菌染色体整 合，也不能自行复制。流产 转导占大多数。,两种结局,所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如：噬菌体 大肠埃希氏菌 K12,进入,局限性转导（restricted transduction）,区别要点 普遍性转导 局限性转导发生时期 裂解期 溶原期转导的遗传物质 供体菌染色体DNA 供体菌染色体 的任何部位 DNA的特定部位转导后果 完全转导或流产转导 受体菌获得供体菌 DNA特定部位的遗传 特性转导频率 10-6 10-6,普遍性转导与局限性转导的区别,当温和
11、噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体获得了噬菌体DNA片段，使其成为溶原状态时而使细菌获得新的性状。例：带有-棒状杆菌噬菌体的白喉棒状杆菌 产生 白喉外毒素,4.溶原性转换（lysogenic conversion）,诊断：注意细菌因变异而出现的非典型菌株，防 止误诊。治疗：防止耐药菌株的扩散。预防：疫苗的制备。,四、细菌遗传变异在医学上的实际意义,1.在疾病的诊断、防治中的应用,Ames试验：凡能诱导细菌基因突变的物质都有可能 致癌。,His-,His+,诱变剂,菌落增加 致癌性增加,无组氨酸培养基,2.在测定致癌物中的应用,菌落高出对照组一倍时即为阳性。,目的基因（供体）受体菌（工程菌）目的基因表达（Ins，IL，IFN，HBsAg)。远景：基因治疗 基因缺陷病。,载体,质粒噬菌体,3.在基因工程中的应用,基因工程示意图,重组质粒,工程菌,目的基因,复习题,1.列举细菌常见的质粒。2.分析细菌基因转移与重组的方式（转化、接合、转导）。,
