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1、,遗 传（heredity）,变 异（variation）,基因型变异,表型变异,遗传与变异是所有生物的共同生命特征,子代与亲代生物学性状基本相同,且代代相传,子代与亲代,子代与子代的生物学性状出现差异,基因型和表型变异的比较,基因型变异,表型变异,基因结构,变化 未变,可逆性,不或极少 可逆,稳定性,稳定 不稳定,环境影响,涉及细菌数,不受影响 受影响,个别 全体,细菌的变异现象1.形态结构变异-外界环境因素所致 细菌L型变异:荚膜变异(capsule):肺炎链球菌 芽胞变异(spore):炭疽杆菌 鞭毛变异(flagellum):H-O变异-失去鞭毛的变异 有鞭毛：H（Hauch）菌落。无
2、鞭毛：O（Ohne hauch）菌落。,形态结构变异,青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体(部分或完全失去胞壁),正常霍乱弧菌,霍乱弧菌L型,特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力,毒性降低 10-20天,特殊结构的变异 变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H）点状生长、单个菌落（O）,鞭毛变异,2.毒力变异：(Virulence)毒力：BCG（卡介苗）,胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),毒力：白喉杆菌溶原化,3.耐药性变异:(Drug-resistance)细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。,金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从194
3、6年的14%上升至目前的90%。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基痢疾杆菌依链株(耐药菌株)长期培养,4.菌落变异：(Colony),特点：S-R变异常伴有其他性状的变异（毒力，抗原性等）而造成全面的变异,菌落由光滑（S）型变为粗糙（R）型 如肠道杆菌,S-R变异,5、抗原性变异(Antigenicity),菌体抗原（O抗原）变异；鞭毛抗原（H抗原）变异,失去LPS的特异多糖,一、染色体(chromosome)二、质粒(plasmid)三、转座因子(transposable element)四、整合子(integron,In)五、噬菌体（pha
4、ge）,第一节 细菌的遗传物质,特点：1.dsDNA，3.25106 bp 2.基因以操纵子形式存在 3.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工 4.基因组DNA大部分用来编码蛋白质 5.结构基因无重叠现象 6.结构基因单拷贝，rDNA多拷贝 7.具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等,一、细菌染色体,操纵子(operon)结构,乳糖操纵子(lac operon)的结构,表达区,特点：1.dsDNA，3.25106 bp 2.基因以操纵子形式存在 3.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工 4.基因组DNA大部分用来编码蛋白质 5.结构基因无重叠现象 6.结构基因单拷贝，rDNA多拷贝
5、7.具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等,一、细菌染色体,二、质粒（plasmid）,1.本质：能自主复制的染色体外遗传物质，为环状闭合的双链DNA。,2.分类：根据质粒基因编码的生物学性状 致育质粒/F(fertility)质粒 编码性菌毛 耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或 重金属盐类的耐药性,毒力质粒/Vi(virulence)质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子 细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素 如：Col 质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素 代谢质粒 编码产生与代谢相关的许多酶类,3.质粒DNA基本特性：,A.可自我复制；是一个复制子 B.质粒DNA编码的基因产物能赋予细菌 些性
6、状特征 致育性、耐药性、致病性等 C.质粒可自然丢失与消除 自然丢失率10-210-8；可用高温、紫外线等除去,D.质粒 具有转移性：接合性质粒 通过性菌毛进行基因传递 非接合性质粒经接合性质粒诱动 或经载 体(噬菌体)进行基因传递E.质粒具有相容性和不相容性,三、转座因子,1.本质：细菌内能改变自身位置的DNA序列，为移动基因（movable genes）2.转移方式：通过自身编码产生的转座酶导致 其转移或移位 染色体内移位（AB）染色体与质粒间 不同质粒之间,3.种类：,插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转位因子，2kb,转座子（transposon,Tn）2k
7、b，除两端的IS外，还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。,常见的插入序列和转座子,IS bp Tn 耐药或毒素基因,IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素）,IS2 1327 Tn6 Kan（卡那霉素）,IS3 1300 Tn10 Tet（四环素）,IS4 1426 Tn551 Em（红霉素）,IS5 1195 Tn681 E.coli ET（肠毒素）,转座子介导的转座,四、整合子（integron，In）定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒整合子含有3个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子通过转座子或接合
8、性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播,五、噬菌体（bacteriophage）,形态结构:蝌蚪形衣壳：蛋白质核酸：dsDNA,分布广:有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌变异：转导,溶原性转换,变 异,基因型变异,表型变异,基因重组基因突变 染色体变异,细菌变异的机制,第三节 基因的转移和重组,转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌DNA,类型 基因来源 转移方式,转化 供菌 受菌摄入,接合 供菌 通过性菌毛,转导 供菌 噬菌体媒介,溶原性转换 噬菌体 前噬菌体,一、转化（transformation）受菌直接摄取供体菌DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取D
9、NA,例：溶菌时，裂解的DNA片段被另一细菌摄取。,最早由 Griffith 在研究肺炎链球菌时发现此现象肺炎链球菌（Griffith）转化试验。,小鼠体内肺炎链球菌转化试验,死亡,死亡,影响因素：供受菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高感受态（competence）：生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期 环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化,二、接合（conjugation）通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状,主要接合性质粒：F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒,大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）,F质粒（fertility factor,致育因子）,作用：编码性
10、菌毛转移：F质粒进入F菌，1分钟完成复制：F菌转为F菌,F,F+,F+,F+,存在：F+菌-含游离的F质粒F 菌-含带宿主菌基因的F质粒Hfr菌(high frequency recombinant)高频重组菌-F质粒整合于细菌染色体中,F质粒存在的生理状态,大肠杆菌F质粒的各种存在状态间的转变,F-菌,F+菌,Hfr 菌,F菌-lac,与 F+菌接合,丢失,整合,切离,偏差切离,丢失,整合,与F菌接合,Hfr（高频重组菌株）：F质粒与染色体整合 具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图,Hfr转移细菌染色体过程,1.两者结合2.DNA一条链断开
11、，染色体DNA经性菌毛进入F-菌3.接合作用可随时中断（自发或外界因素），受体菌一般仍是F-菌,R质粒 作用：决定细菌的耐药性 结构：,1.RTF(resistance transfer factor)耐药传递因子-编码性菌毛，与复制、接合及转移有关 2.R determinant（r决定子）-编码对抗菌药物的耐药性,结合,游离,耐药传递因子（RTF）,r决定子,IS,IS,r决定子,存在 a.复合物形式：RTF-r决定子 b.游离形式：,两部分单独存在时无接合传递R质粒的功能,耐药传递因子,三、转导（transduction）噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导,毒性噬
12、菌体，温和噬菌体 包装错误：任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体：供体菌DNA误装入噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状,普遍性转导（generalized transduction),普遍性转导中外源DNA的结果1.完全转导：供体菌的DNA与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代2.流产转导(abortive transduction):供体菌的DNA与受体菌染色体不能进行重组,转导的片断不能自身复制，也不能传代,局限性转导(restricted transduction),温和性噬菌体介导,-前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体
13、菌,使受体菌遗传发生改变的过程.,局限性转导机制,bio-生物素基因gal-糖苷酶基因,正常切离,偏差切离,缺陷噬菌体,正常噬菌体,前噬菌体,局限性转导与普遍性转导的主要区别 普遍性转导 局限性转导转导时间 温和噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期转导基因 供体菌染色体DNA的 噬菌体DNA及供菌染色 任何部位或质粒 体DNA的特定部位片断转导频率 低 高转导结果 完全转导 获得供体菌DNA 流产转导 特定部位的遗传特性,四、溶原性转换（lysogenic conversion）温和噬菌体DNA与菌染色体整合 受菌获得新的性状 如白喉杆菌：-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌,原生质体
14、融合(protoplast fusion),A 细菌,B 细菌,A 原生质体,B 原生质体,重组融合体,不同重组菌,培 养,聚乙二醇,青霉素等,细菌基因转移与重组的几种方式比较方式 基因来源 转移机制,转化 供体菌 直接摄取接合 雄性菌 性菌毛沟通普遍转导 供体菌 噬菌体介导局限转导 溶原菌 温和噬菌体介导溶原转换 温和噬菌体 温和噬菌体感染融合 原生质体 原生质体融合,2.类型：碱基置换：转换、颠换 碱基插入 碱基缺失,1.定义：DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，分点突变和染色体畸变。,第四节 基因突变,移码突变,3.突变规律：自发突变与诱发突变突变率 自发突变：10-61
15、0-9 诱发突变：提高101000倍突变与选择：突变是随机的，不定向的 试验：1943年Luria和Delbruck设计了有名的彷徨试验(fluctuation test)；1952年Lederberg等设计了影印培养(replica plating)。,103/ml敏感菌,10ml,10ml,立即接种,37 24h,含噬菌体平板,含噬菌体平板,37 24h,彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。,影印平板：自发的，随机的，抗生素仅起选择作用,回复突变与抑制突变,野生株(wild strain),突变株(mutant strain),
16、正向突变回复突变,回复突变原因:突变株中的一个抑制基因突变所致.回复突变可自发或诱导发生。,回复突变,基因内抑制(intragenic suppressor),抑制基因突变发生在同一基因内的不同部位,基因间抑制(extragenic suppressor),抑制基因突变发生在不同基因,回复突变基因型模式图,基因型 回复突变机制 菌株 表型,突变前 野生株 敏感,突变后 突变株 耐药,基因内抑制 回复突变株 敏感,基因间抑制 回复突变株 敏感,4.突变型细菌及其分离：耐药性突变型 药敏试验 营养缺陷突变型 营养物质筛选 条件致死性突变型 温度敏感试验 发酵阴性突变型 乳糖发酵试验,诊断困难 HO
17、变异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变治疗困难：耐药 预防：BCG,第五节 细菌遗传变异在医学上的实际意义,检测致癌物,细菌突变的诱因往往是化学物质，这种致变物质一般均有致癌的可能性，因此采用细菌作为模型来进行可疑致癌物的筛选。,Ames试验过程:,组氨酸营养缺陷株,含组氨酸培养基,缺组氨酸培养基,缺组氨酸培养基含待测化学物,接 种,回复突变株,无待测化学物,正常细胞,致癌物质诱导,肿瘤细胞,组氨酸营养缺陷株,诱导化学物质 95%,回复突变株,90%,医学应用:,Ames试验阳性和致癌之间有十分明显的相关性（诱变剂的共性原则，即化学物质对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比）通过检测某待测物质对微生物的诱变能力间接判断其致癌能力优点：方法灵敏，准确性较高、周期短、方法简便，不需特殊器材，容易推广,基因工程,载体：质粒，噬菌体工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等基因工程疫苗,1.细菌基因转移和重组的类型及其主要差异？2.何谓BCG、transposon、R质粒、Hfr、lysogenic conversion和Ames试验？3.影印试验验证何种理论？突变型细菌有哪些？,思考题,
