1、第5章 遗传和变异,天津医科大学微生物学教研室,概念,遗传（heredity）：微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代性状基本相同，且代代相传。 变异（variation）：子代与亲代/子代与子代间性状出现差异。,变异类型,细菌的遗传与变异,细菌的变异现象细菌遗传变异相关物质细菌变异的机制,细菌的变异现象,一、形态、结构变异二、毒力变异三、耐药性变异四、菌落变异,一、形态结构变异,3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态性 陈旧培基物,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),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 0.1%
2、石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌落（O）,二、毒力变异,增强： 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 产生白喉毒素 减弱： 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌 卡介苗 13年(230代),三、耐药性变异,概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。多重耐药菌株及药物依赖性菌株，如 含链霉素培基痢疾杆菌 依链株 长期培养,四、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 R原因：失去LPS的特异多糖，伴其他性状改变。如：毒力变异,细菌遗传变异的物质基础,基因组：染色体和染色体外遗传物质,质粒 转座子,一、质粒（plasmid）,概念
3、：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双链DNA，能自行复制。所携带的遗传信息赋予细菌某些性状，随细菌分裂转移到子代菌细胞。特征：自我复制编码产物赋予细菌某些特殊性状可自行丢失与消除，不影响细菌生命具转移性具相容性和不相容性,3.几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒代谢质粒,二、噬菌体（phage）,概念：感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒。含有： (1) 毒性噬菌体：感染宿主后致宿主裂解。 (2) 前噬菌体/转座噬菌体 ：将核酸整合到细菌染色体上的噬菌体基因,具有转座功能。 (3) 溶原性噬菌体/温和噬菌体：呈溶原状态的噬菌体，其基因随溶原菌分裂传到细
4、菌子代, 并赋予细菌,三、转座子（transposon，Tn）,概念:是一段特异的具有转位特性的独立DNA片段，它能在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动，随转座子的转位，导致基因的突变/基因的转移与重组。分类： 插入序列（insertion sequence，IS） 复合转座子（complex Tn）,(1) 插入序列（IS）是最小的转座子，2kb，不携带任何与插入功能无关的基因区域。 (2) 复合转座子（complex Tn）2kb，除携带与转座有关的基因外，还携带其它功能基因，如耐药性基因、毒素基因。可能与细菌的多重耐药性有关。,细菌的变异机制,一、基因的突变和损伤后修复二、基因的转移和
5、重组,一、基因的突变和损伤后修复,基因突变（mutation）：自发、随机 （1）概念：细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是DNA序列的永久性变化。 （2）规律： 突变率： 突变株选择： 回复突变：,2. DNA的损伤修复 （1） 损伤修复：细菌会用有效DNA修复系统进行细致修复，降低损伤。 （2）修复错误：致细菌变异。,二、基因的转移和重组,基因转移（gene transfer） 外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞的过程称为基因转移。重组（ recombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转
6、导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。,转化（transformation）,概念：供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,转化试验,接合（conjugation）,概念：细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。 接合性质粒：通过接合方式转移的质粒称 接合性质粒，F质粒、R质粒和毒力质粒等。,F质粒的接合,F+,F-,F+,F-,F+,F+,F+,F+,Donor,Recipient,F+,R质粒的接合健康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。与多重耐药性有关。耐药质粒可从一个细菌转移到另一个细菌中
7、。,R质粒的组成耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移。耐药（r）决定子：编码耐药性。,转导（transduction）,概念：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。 普遍性转导（generalized transduction）局限性转导（restricted transduction）,普遍性转导generalized transduction,概念：前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，增殖后，装配时发生错误，将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，形成转导噬菌体。当它感染另一宿
8、主菌，则将细菌的染色体注入受体菌内。 特征：被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，DNA片段可大于转导。,结果- 完全转导- 流产转导,局限性转导restricted transduction,概念： 前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其感染受体菌后，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。特点：所转导的只限于供体菌上的基因，故又称特异性转导。,普遍性转导与局限性转导的区别,溶原性转换（ lysogenic conversion）,概念：宿主菌染色体中整合了噬菌体DNA片段，致细菌获得新的遗传性状。 白喉棒状杆菌、A群
9、链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌,病毒的遗传与变异,病毒基因组特点： 1、呈多样性。 2、须被宿主细胞解码，才可转译病毒蛋白。 3、单正链RNA病毒核酸为复制摸板及 mRNA 。 4、与真核细胞基因组相似。,病毒的变异机制1. 基因突变：碱基序列的置换、缺失或插入所致。 实际意义：形成突变株，常见 条件致死突变株 缺陷干扰突变株 宿主范围突变株 耐药突变株2. 基因重组与重配: 两种病毒感染同一细胞时发生相互作用。 如:干扰、共感染、基因转移与互换等。3. 基因整合: 病毒DNA片段插入宿主染色体DNA中。 实际意义：病毒基因变异、宿主细胞转化、肿瘤发生。,微生物遗传变异的医学应用,在
10、疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用在流行病学中的应用在基因工程中的应用,一、疾病的诊断、治疗与预防,病原性诊断：病原微生物特异核酸序列检测。特异性防治：病原微生物耐药基因、毒力岛检测。减毒活疫苗的制备：人工诱变使微生物毒力减弱。,二、致癌物质的测定,原理：凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。 Ames实验伤寒沙门菌（his-） （his+）,三、流行病学的应用,分子生物学分析方法已被用于流行病学调查试验：质粒指纹图谱（PFP）用于：耐药质粒传播扩散的调查,四、基因工程中的应用,基因工程应用原理：在遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新的性状。 切取目的基因连接到载体上转移到工程菌内，大量表达目的基因产物目前应用：生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品。,
