最新第4章噬菌体第5章细菌的遗传与变异第6章细菌的耐药性PPT文档.ppt

噬菌体(bacteriophage)是感染细菌、真菌、放线菌、支原体、螺旋体等微生物的病毒。因其能使细菌裂解，故称为噬菌体。,第四章 噬 菌 体,噬 菌 体 的 特 点,个体微小，可以通过细菌滤器；需用电子显微镜观察；无细胞结构，主要由衣壳（蛋白质）和核酸组成；分布广泛；与细菌的变异密切相关；噬菌体具有严格的宿主特异性，只寄居于易感宿主菌体内，,一、噬菌体的生物学性状,其基本形态有蝌蚪形、微球形和细杆形三种；大多数呈蝌蚪形。,一、噬菌体的生物学性状,结构：由头部和尾部组成；化学组成：蛋白质与核酸；核酸类型：为DNA或RNA，大多数DNA噬菌体的DNA为线状双链；噬菌体具有抗原性；抵抗力：比一般细菌繁殖体强。,噬 菌 体 的 增 殖,（）毒性噬菌体（virulent phage）能在敏感细菌中增殖并引起细菌裂解的噬菌体称为毒性噬菌体，毒性噬菌体完成吸附、穿入、生物合成、装配、成熟与释放等过程，称为复制周期或溶菌周期，完成一个复制日期约需1525min。,（二）温和性噬菌体 有些噬菌体感染敏感菌后不增殖子代噬菌体，而是将噬菌体的基因整合于细菌染色体中，成为细菌DNA的一部分。等细菌分裂时，噬菌体基因随同分裂传至两个子代细菌中，这种随着细菌分裂而传代的状态称为溶原状态。形成溶原状态的噬菌体称为溶原性噬菌体或温和性噬菌体。整合在细菌DNA上的噬菌体基因称为前噬菌体，带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌。,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。溶原性转换：某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理,细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，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,第五章 细菌的遗传与变异,子代与亲代之间的生物学性状具有相似性，能代代相传。这种现象称为遗传；在一定条件下，若子代与亲代之间出现差异则称为变异。,变 异,遗传性变异（基因型变异）细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。非遗传性变异（表型变异）环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。,第一节 细菌的变异现象,形态、结构变异毒力变异耐药性变异菌落变异,一、形态与结构的变异,3-6%NaCI鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。琼脂培基,一、形态与结构的变异,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),一、形态与结构的变异,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 变形杆菌（H）1%石炭酸（O）迁徙生长 单个菌落,二、毒 力 的 变 异,细菌的毒力变异表现为毒力的减弱或增强 毒力减弱 卡介苗（BCG）毒力增强 白喉棒状杆菌,三、耐 药 性 变 异,细菌对某种抗菌药物可由敏感变成耐药耐药菌株 赖药菌株 多重耐药性菌株,菌落变异,在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落 粗糙型菌落 S 或在有免疫力的人体内 R,第二节 细菌遗传变异的物质基础,一、细 菌 染 色 体 dsDNA，3.25106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现,二、质 粒 DNA F（fertility）因子 R（(resistance）因子 细菌素质粒 毒力质粒（virulence）或VI质粒，,质粒DNA的基本特征,质粒具有自我复制的能力。质粒基因编码的产物赋予细菌某些性状特征。质粒可自行丢失与消除。质粒转移性。质粒可分为相容性与不相容性两种。,三、转 座 因 子 转座因子是存在于细菌染色体或质粒上一段特异核苷酸序列片段，它可在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因用移到另一个基因组中。,转座因子：IS(insertion sequence):750-1550 bp 两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因,Tn(transposon):200025000 bp 两端为IS 中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因、耐药基因等,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性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播,四、整合子,五、噬菌体,第三节 细菌变异的机制,一、突 变 突变是指遗传物质改变而引起的遗传型变异 自发突变诱发突变 碱基置换 移码,二、细菌基因的转移与重组,基因转移：外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞内的过程。基因转移中提供DNA的细菌为供体菌，而接受DNA的细菌为受体菌。外源性遗传物质：供体菌染色体DNA，质粒DNA及噬菌体基因等。,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。两个不同性状的细菌之间通过遗传物质的转移和重组，可以发生遗传变异。基因转移和重组的方式有接合、转化、转导和转换等方式。,1.转化(transformation):供体菌裂解游离的DNA片段转入某受体菌细胞内的过程。,2.接合(conjugation),接合：是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。,接触：细胞质沟通转移：F质粒进入F菌，1分钟完成复制：F菌转为F菌,F质粒（fertility factor,致育因子）,高频重组菌株（high frequency recombinant Hfr）：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，称之Hfr。受体菌获得供体菌性状；F质粒转移频率低。,R质粒 耐药传递因子：编码性菌毛 r决定因子：耐药,是以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，是受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。,3.转导(transduction),普遍性转导(generalized transduction),局限性转导(restricted transduction),4.溶原性转换(lysogenic conversion),当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时，而使细菌获得新的性状。,原生质体融合：是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。原生质体融合后，二个完整的染色体合在一起形成二倍体。融合的二倍体细胞寿命很短，但此期间可获得具有亲代细胞许多特异性的重组体。是一种有价值的实验工具。,第四节 细菌变异的应用,在疾病的诊断及预防中的应用 在基因工程方面的应用细菌耐药性变异与抗感染治疗,第6章 细菌的耐药性,一、抗菌药物概念 1.抗菌药物 指对病原菌具有抑制或杀灭作用、用于预防和治疗细菌性感染的药物，包括抗生素和化学合成的药物。2.抗生素 抗生素分子量小，低浓度就能发挥其生物活性，有天然和人工半合成两类。,一、抗菌药物的种类（一）按抗菌药物化学结构和性质分类：1.-内酰胺类 化学结构中含有-内酰胺环的抗生素。包括：,第一节 抗菌药物的种类及其作用机制,青霉素类：青霉素G、甲氧西林等。头孢菌素类：头孢唑啉等。头霉素：如头孢西丁。单环-内酰胺类：如氨曲南。碳青霉素烯类：亚胺培南与西司他丁合用称泰能。-内酰胺酶抑制剂：如舒巴坦、棒酸使酶失活。,2.大环内酯类 红霉素、螺旋霉素等。3.氨基糖苷类 链霉素、庆大霉素4.四环素类 四环素、强力霉素等。5.氯霉素类 包括氯霉素、甲砜霉素。,6.化学合成的抗菌药物 磺胺类：磺胺嘧啶、复方新诺明等。喹诺酮类：包括氟哌酸、环丙沙星等。7.其他 抗结核药物：利福平、异烟肼、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等。多肽类抗生素：多粘菌素类、万古霉素、杆菌肽、林可霉素和克林霉素等。,（二）按生物来源分类 1.细菌产生的抗生素 如多粘菌素和杆菌肽。2.真菌产生的抗生素 如青霉素及头孢菌素，现在多用其半合成产物。3.放线菌产生的抗生素 放线菌是生产抗生素的主要来源。其中链霉菌和小单孢菌产生的抗生素最多。常见的抗生素包括链霉素、卡那霉素、四环素、红霉素、两性霉素B等。,根据对病原菌的作用靶位，将抗生素的作用机制分为四类（表6-1）。1.抑制细菌细胞壁合成 2.影响胞浆膜通透性（多粘菌素）3.抑制蛋白质合成（大环内酯类、氨基糖甙类）4.抑制核酸代谢：叶酸代谢；核酸合成（喹诺酮、磺胺类）,三、抗菌药物的作用机制,表6-1 抗菌药物的主要作用部位,抗菌药物作用机制总结图示,第二节 细菌的耐药机制,一、细菌耐药性的概念二、细菌耐药性的遗传机制三、细菌耐药性的生化机制四、细菌耐药性的防治原则,细菌耐药性（drug resistance）亦称抗药性，是指细菌对某抗菌药物（抗生素或消毒剂）的相对抵抗性。耐药性的程度 用某药物对细菌的最小抑菌浓度（MIC）表示。临床上有效药物治疗剂量在血清中浓度大于最小抑菌浓度称为敏感，反之称为耐药。,遗传学上把细菌耐药性分为固有耐药性和获得耐药性。(一)固有耐药（intrinsic resistance）固有耐药性指细菌对某些抗菌药物的天然不敏感。也称为天然耐药性细菌，其耐药基因来自亲代，由细菌染色体基因决定，具有种属特异性。,二、细菌耐药性的遗传机制,获得耐药性指细菌DNA的改变导致其获得耐药性表型。耐药性细菌的耐药基因来源于基因突变或获得新基因,作用方式为接合、转导或转化。可发生于染色体DNA、质粒、转座子等结构基因,也可发生于某些调节基因。在原先对药物敏感的细菌群体中出现了对抗菌药物的耐药性，这是获得耐药性与固有耐药性的重要区别。,（二）获得耐药（acquired resistance）,获得耐药性大多由质粒介导，但亦可由染色体介导的耐药性，如金葡菌对青霉素的耐药。影响获得耐药性发生率有三个因素：药物使用的剂量、细菌耐药的自发突变率和耐药基因的转移状况。,(1)染色体突变：所有的细菌群体都会发生自发的随机突变，频率很低，其中有些突变赋予细菌耐药性。(2)可传递的耐药性（突变基因水平转移方式：接合、转导、转化）,2.获得耐药性基因突变类型,接合：细胞间通过性菌毛相互沟通，将遗传物 质如质粒或染色质DNA从供体菌转移给受 体菌。转导：以噬菌体及其含有的质粒DNA为媒介，介导供体菌耐药基因转移给受体菌内。金葡菌、链球菌获得耐药。转化：少数细菌可从周围环境中摄入裸DNA，并掺入到细菌染色体中。,可传递耐药性传播的三种结构形式：R质粒、转座子和整合子。R质粒的转移：细菌中广泛存耐药质粒，质粒介导的耐药性传播在临床上占有非常重要的地位。多数细菌的质粒具有传递和遗传交换能力,细菌质粒能在细胞中自我复制,并随细菌分裂稳定地传递给后代，能在不同细菌间转移。,耐药基因转移能依靠质粒、转座子和整合子等可移动的遗传元件介导下，进行传播。,转座子介导的耐药性：比质粒更小的DNA片段，可在染色体中跳跃，实现菌间基因转移或交换，使结构基因的产物大量增加，使宿主细胞失去对抗菌药物的敏感性。整合子（integron）与多重耐药：整合子是移动性DNA序列，可捕获外源基因并使之转变为功能性基因的表达单位。整合子在细菌耐药性的传播和扩散中起到重要的作用。同一类整合子可携带不同的耐药基因盒，同一个耐药基因又可出现在不同的整合子上，介导多重耐药。,三、细菌耐药性的生化机制,钝化酶的产生 药物作用靶位的改变 抗菌药物的渗透障碍 主动外排机制 细菌自身代谢状态改变等,（一）产生钝化酶使抗菌药物失效,钝化酶是耐药菌株产生的、具有破坏或灭活抗菌药物活性的某种酶，它通过水解或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性，如分解青霉素的酶或改变氨基糖苷类抗生素结构的酶。,-内酰胺酶：特异性水解打开药物分子结构中的-内酰胺环，使其完全失去抗菌活性，又称灭活酶，由染色体和质粒介导。分青霉素型水解青霉素类；头孢菌素型水解头孢类和青霉素类。在G杆菌中有两种：超广谱-内酰胺酶（extended spectrum-lactamase,ESBL）和AmpC-内酰胺酶。,重要的钝化酶有以下几种：,氨基糖苷类钝化酶：由质粒介导，其机制是通过羟基磷酸化、氨基乙酰化或羧基腺苷酰化作用，将相应的化学基团结合到药物分子上，使药物的分子结构发生改变，失去抗菌作用。氯霉素乙酰转移酶：由质粒编码产生该酶，使氯霉素乙酰化而失去抗菌活性。,导致与抗生素结合的有效部位发生变异，影响药物的结合，对抗生素不再敏感，这种改变使抗生素失去作用位点和亲和力降低，但细菌的生理功能却正常。如青霉素结合蛋白改变导致对-内酰胺类抗生素亲和力极低导致耐药。,（二）药物作用靶位的结构和数量改变 抗菌药不易与细菌结合,（三）抗菌药物的渗透障碍 药物不易进入菌体内 细菌细胞壁的障碍和/或外膜通透性的改变将严重影响抗生素进入细菌内部到达作用靶位发挥抗菌效能，耐药屏蔽也是耐药的一种机制。,（四）主动外排机制药物被泵出菌体外 已发现数十种细菌外膜上有特殊的药物主动外排系统，药物主动外排使菌体内抗菌药浓度下降，难以发挥抗菌作用导致耐药，主动外排耐药机制与细菌的多重耐药性有关。,主动外排系统示意图,1.改变代谢途径 细菌可通过改变代谢途径逃避抗菌药物作用，如呈休眠状态的细菌或细菌营养缺陷菌均可出现对多种抗生素耐药。2.产生拮抗剂 细菌也可以通过增加生产代谢拮抗剂来抑制抗生素，从而获得耐药性。耐药金黄色葡萄球菌通过增加对氨基苯甲酸产量，从而耐受磺胺类药物的作用。,（五）其他,1.合理使用抗菌药物 制定抗生素用药常规，教育医务工作者和病人规范化用药。病人用药前应尽可能进行病原学检测，并进行药敏试验，作为调整用药的参考。用药疗程应尽量缩短，一种抗菌药物可以控制的感染则不任意采用多种药物联合。严格掌握抗菌药物的局部应用、预防应用和联合用药，避免滥用。,四、细菌耐药性的防治原则,2.严格执行消毒隔离制度 对耐药菌感染的患者应予隔离，防止耐药菌的交叉感染。医务人员应定期检查带菌情况，以免传播医院内感染。,加强细菌耐药性的检测，建立细菌耐药监测网，及时提为临床供信息。必须规定抗菌药物凭处方供应。农牧业应尽量避免供临床应用的抗菌药物作为动物生长促进剂或用于牲畜的治疗，以避免对医用抗菌药物产生耐药性。细菌耐药性一旦产生后，在停用有关药物一段时期后敏感性有可能逐步恢复。,3.加强药政管理,根据细菌耐药性的机制及其与抗菌药物结构的关系，改造化学结构，使其具有耐酶特性或易于透入菌体。寻找和研制具有抗菌活性，尤其对耐药菌有活性的新抗菌药物；同时针对耐药菌产生的钝化酶，寻找有效的酶抑制剂。,4.研发新抗菌药物,5.破坏耐药基因 随着细菌基因组研究的进展，学者们发现通过破坏耐药基因可使细菌恢复对抗菌药物的敏感性。耐药性质粒在细菌耐药性的产生和传播方面占有重要的地位，可筛选用于人体的质粒消除剂或防止耐药性转移的药物。,思 考 题,噬菌体的概念及其特征毒性噬菌体和温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细菌、溶原性转换的概念及特征。溶菌性周期与溶原性周期的区别。什么是质粒？质粒的主要特征及常见的质粒种类。简述细菌基因转移与重组的四种方式。噬菌体感染细菌后，细菌可发生哪些改变?举例简述细菌变异类型。简述抗菌药物作用机制。简述细菌耐药性产生机制。简述控制细菌耐药性策略?抗菌药物的使用与细菌耐药性产生有何关系？,谢 谢！,