第五章 微生物的遗传与变异课件.ppt
,第三章 微生物的遗传与变异,遗传：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，子代与亲代之间表现出相似性变异：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异,第一节 细菌的变异现象,一、形态结构变异：细菌L型；失去特殊结构、H-O变异 二、菌落变异：S-R变异三、毒力变异：增强、减弱四、耐药性变异：耐药株、依赖株,细菌形态在一般情况下都是典型的，如果在生长过程中受到外界环境条件的影响就有可能出现形态上的变异了。有些细菌在有青霉素的情况下，细胞壁合成受阻，成为细胞壁缺陷型细菌（细菌L型变异）；还有细菌一些特殊结构（鞭毛）缺失，有鞭毛的普通变形杆菌菌落形似薄膜，称为H菌落，把它接种到含1%石炭酸的培养基上，细菌失去鞭毛，只有几个零散的单个菌落，称O菌落，失去鞭毛的变异称H-O变异，是可逆的,形态结构变异,毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，获得产生白喉毒素的能力，引起白喉毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是强毒牛结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，获得的一株毒力减弱，但仍保持免疫原性的变异株，用于结核病的预防,毒力变异,细菌菌落主要有光滑型和粗糙型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边缘不整齐，称S-R变异 S-R变异常见于肠道杆菌，是由于失去LPS的特异性寡糖重复单位而引起的 变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其它性状也发生了变化 S型菌的致病性强，但有少数R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌,菌落变异,耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性MRSA耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ESBLs菌株ESBLs+阳性菌为产超广谱- 内酰胺酶的细菌,耐药性变异,遗传：稳定变异： 遗传型变异（基因型变异 ） 非遗传型变异（表型变异 ）遗传物质：DNA基因组：细菌染色体；染色体以外遗传物质（质粒和转位因子等）,第二节 细菌遗传变异的物质基础,细菌染色体：一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋而成的松散网状结构质粒:染色体以外的遗传物质自主复制，双股闭合环状DNA分子，编码某些表型，可丢失和转移，分为相容性与不相容性两种,F质粒、R质粒、Vi质粒、Col质粒等,染色体、质粒,医学上重要的质粒1、F质粒（致育质粒）编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；无F质粒的为雌性菌，无性菌毛2、耐药性质粒编码对抗生素和重金属盐类的耐药性，接合性耐药性质粒（R质粒）和非接合性耐药性质粒3、Col质粒（细菌素质粒）编码细菌产生各种细菌素，大肠埃希菌Col质粒编码的大肠菌素4、Vi质粒（毒力质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子，大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠毒素(ST)和不耐热性肠毒素(LT) 5、代谢质粒 编码产生各种相关的代谢酶，如沙门菌发酵乳糖的能力是质粒编码,质粒的基本特性,1、质粒具有自我复制的能力不依赖染色体独立复制可整合到染色体上一起复制2、质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些遗传性状（耐药性、性菌毛等），与致病性、治疗有关3、质粒可自行丢失与消除非细菌生命活动所必需高温、紫外线、丫啶橙、十二烷基硫酸钠、溴化乙锭可使其消除，质粒所赋予细菌的性状也消失,4、质粒的转移性质粒可从一个细菌转移到另一个细菌（同种、属、不同种、属均可），携带的性状也转移根据是否通过性菌毛接合转移可分为接合性、非接合性有转移性的质粒：F、R、Col、LT、ST；不能转移的质粒：r因子5、质粒可分为相容性与不相容性两种质粒复制必须先黏附在细胞膜上的某点，新进入细菌的质粒若与原质粒争夺同一位点则不相容；若各占不同位点则相容,噬菌体：是感染细菌、真菌的病毒大多数噬菌体呈蝌蚪形微球形和丝形 严格寄生性和特异性、分布广泛，凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在,噬菌体,噬菌体感染细菌有两种情况： 毒性噬菌体：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，建立溶菌周期温和噬菌体 噬菌体基因与宿主染色体整合，成为前噬菌体，细菌变成溶原性菌，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，建立溶原状态,溶菌性周期、毒性噬菌体、溶原性周期前噬菌体、溶原性细菌、温和噬菌体、溶原性转换,细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型分子生物学研究的重要工具 噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体细菌感染的诊断与治疗 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用,噬菌体的应用,细胞中能改变自身位置的一段DNA序列。转位因子改变位置（例如从染色体上的一个位置转移到另一个位置，或者从质粒转移到染色体上）的行为称为转座。转位因子有三类：插入序列(IS)；转座子(Tn)；转座噬菌体或前噬菌体由于转位因子既能给基因组带来新的遗传物质，在某些情况中又能像一个开关那样启动或关闭某些基因，并常使基因组发生缺失、重复或倒位等DNA重排，所以它与生物演化有密切的关系，并可能与个体发育、细胞分化有关此外，带有不同抗药性基因的转位因子在细菌质粒间的转座会导致多价抗药性质粒的形成，这将使多种药物药效降低，对人类的健康是一个威胁，因此需要研究解决的办法。另一方面具有独特功能的转座因子已经成为遗传学研究中一种有用的工具,转位因子,遗传性变异：是由基因结构发生改变所致，主要通过基因突变、基因的转移与重组来实现非遗传性变异：是细菌在环境因素等影响下出现的变化，这种变化不是因基因结构的变化而产生的,第三节 细菌变异的机制,基因突变 突变是指遗传物质(DNA或RNA)中的核苷酸顺序突然发生了稳定的可遗传的变化，细菌突变后会导致细菌的性状发生遗传变异。包括基因突变和染色体畸变两大类 基因突变(点突变)：是由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变(置换、增加或缺失)，从而引起的遗传基因的突变 染色体畸变：是DNA的大段变化现象，如染色体的插入、缺失、重复或易位、倒位等。细菌的染色体畸变会导致细菌死亡,染色体畸变类型 AG、X代表不同的DNA片段,野生型倒位重复缺失置换插入,大肠杆菌的抗噬菌体的试验，先把对噬菌体敏感的大肠杆菌配制成约含有103/ml细胞的稀悬浮液，取10毫升注入一只大试管，然后分别取0.2或0.5毫升分装于20支小试管内，全部试管在同样条件下培养2436小时，再把大试管区（a组）和小试管区（b组）的大肠杆菌各在20只加有噬菌体的琼脂培养基的培养皿中培养，根据所形成的抗噬菌体的菌落数目，计算a、b二组的平均数和方差。如果a、b两组的方差服从于泊松分布，则可以认为因选择因子的作用使细菌产生抗噬菌体的突变，当b组的方差大，而a组的方差小时，则可把细菌的抗噬菌体看做是由于自发突变的结果,彷徨试验,将少量菌液涂布在琼脂平板上，待细菌长出分散的单个菌落后，取一包有无菌丝绒的压膜，在琼脂平板上轻轻按印，再将丝绒压膜按印在另一含抗生素的琼脂平板表面，经培养平板上长出个别耐药菌落其位置与原平板相应,影印试验,基因转移：外源性的遗传物质由供体菌进入受体菌的过程基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体基因等细菌的基因转移和重组方式：接合、转导、转化、溶原性转换、细胞融合,基因重组,细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒，不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为非接合性质粒,1.接合,雄性菌：F+，性菌毛（+），供体菌雌性菌：F-，性菌毛（-），受体菌,Hfr(高频重组菌)、F质粒,F+、Hfr、F三种菌都有性菌毛，均为雄菌,R质粒：细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R质粒的接合转移等有关R质粒有耐药传递因子(RTF)和耐药决定子(r)两部分组成。RTF的功能与F质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；r决定子能编码对抗菌药物的耐药性接合性：耐药性传递因子：性菌毛 耐药性决定子：耐药性方式：接合非接合性：耐药性决定子 方式：转化或转导,以温和噬菌体为媒介，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状,2.转导,普遍性转导噬菌体转导供体菌染色体上任何部位DNA片段，发生于裂解期 完全转导：供体菌DNA片段与受体菌染色体整合并随之传代 流产转导：供体菌DNA片段不与受体菌染色体整合也不可自我复制 （大多为此）,前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时发生偏差，将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变的过程噬菌体转导供体菌染色体上特定部位的DNA片段, 发生于溶原期噬菌体将自身一段DNA留在供菌染色体上， 却将相邻供菌的部分DNA带给受菌并整合至受体菌染色体上,局限性转导,3.转化,4.溶原性转换,溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的遗传性状与转导的联系与区别：都有噬菌体参与，转导转移的是细菌的DNA，噬菌体是媒介溶原性转换转移的是噬菌体的DNA，噬菌体是主角，相当于供体菌,G+菌形成原生质体后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使两种不同的细菌细胞发生融合的过程；人为实验基因转移与重组,5.原生质体融合,细菌细菌转化：供受（直接）转导：供受（温和噬菌体）接合：供受（性菌毛）原生质体融合：原原（PEG）噬菌体细菌溶原性转换：前噬菌体,
