遗传变异ppt课件

123学习重点与难点学习重点与难点1.1.细菌遗传物质的种类：染色体、质粒、噬细菌遗传物质的种类：染色体、质粒、噬 菌体、转位因子、整合子菌体、转位因子、整合子2.2.细菌基因的水平转移细菌基因的水平转移（1 1）转化、接合、转导、溶原性转换的概念）转化、接合、转导、溶原性转换的概念 及其在临床实践中的意义及其在临床实践中的意义（2 2）耐药质粒与耐药性的传播）耐药质粒与耐药性的传播456789101112质粒的分类质粒的分类1.1.接合性质粒与非接合性质粒接合性质粒与非接合性质粒2.2.严紧型质粒与松弛型质粒严紧型质粒与松弛型质粒4.4.具质粒基因编码的生物学性状分类具质粒基因编码的生物学性状分类n 致育性质粒（致育性质粒（F F）n 耐药性质粒（耐药性质粒（R R）n 毒力质粒（毒力质粒（ViVi）n 细菌素质粒（细菌素质粒（colcol）n 代谢质粒代谢质粒1314151617TransposaseABCDEFGGFEDCBA1 1）插入序列（）插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）n 最简单的转座元件，长度小于最简单的转座元件，长度小于2 2kbkbn 不携带任何与转位功能无关的基因区域不携带任何与转位功能无关的基因区域n 可能导致可能导致插入点附近基因表达改变插入点附近基因表达改变182 2）转座子（）转座子（transposon,Tntransposon,Tn）n 结构复杂，大小约结构复杂，大小约2-2.5kb2-2.5kbn 除携带转位有关基因除携带转位有关基因,还带多种结构基因还带多种结构基因n 可导致插入突变、基因重排或插入点附近基可导致插入突变、基因重排或插入点附近基 因表达改变因表达改变 19IS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s)复合型转座子复合型转座子 两端两端ISIS，中间耐药基因；是细菌耐药形成的重要原因，中间耐药基因；是细菌耐药形成的重要原因 Tn3Tn3系转座子系转座子 两端重复序列，中间抗生素相关基因及转座相关基因两端重复序列，中间抗生素相关基因及转座相关基因 接合性转座子接合性转座子 无末端重复序列，通过接合作用转位无末端重复序列，通过接合作用转位n Tn Tn的三种类型的三种类型203 3）转座噬菌体（）转座噬菌体（MuMu噬菌体）噬菌体）n 具有转座功能的溶原性噬菌体具有转座功能的溶原性噬菌体n 从细菌染色体脱落时，可能携带细菌从细菌染色体脱落时，可能携带细菌DNADNA片片 段随之转位段随之转位n MuMu噬菌体是分子克隆中的重要工具噬菌体是分子克隆中的重要工具21225 CSCS3CSCSintIgene2gene1attIABCP1P2attCn 整合子整合子基因盒系统的结构基因盒系统的结构5 5端保守区（端保守区（5 5 CSCS）+中间可变区（基因盒）中间可变区（基因盒）+3 3端保守区（端保守区（3 3 CSCS）整合酶基因整合酶基因intI 重组位点重组位点attI P1、P2启动子启动子结构基因（多耐药基因）结构基因（多耐药基因）特异性重组位点特异性重组位点attCattC23n intI 基因基因 编码整合酶，催化基因盒在重组位点的整合及切编码整合酶，催化基因盒在重组位点的整合及切除。据基因序列分为除。据基因序列分为6类类n 基因盒基因盒24 许多许多相关基因相关基因串联排列在细菌染色体的特串联排列在细菌染色体的特定部位，上游有定部位，上游有启动子启动子或或调控信号序列调控信号序列与操纵与操纵基因序列，共同构成的转录单位基因序列，共同构成的转录单位1.1.操纵子（操纵子（operonoperon）25n启动子启动子或或调控信号序列调控信号序列调节操纵子表达调节操纵子表达n相关基因相关基因同时转录翻译，形成功能相关蛋白质同时转录翻译，形成功能相关蛋白质n功能蛋白质正负反馈调控操纵子功能蛋白质正负反馈调控操纵子2.2.操纵子的调控操纵子的调控262728293031323334352 2）感受态（感受态（competencecompetence）细菌表面出现有利于外源细菌表面出现有利于外源DNADNA摄入的状态，如摄入的状态，如表达利于表达利于DNADNA吸附及摄入的酶和蛋白质、细胞带吸附及摄入的酶和蛋白质、细胞带正电、细胞膜通透性增高等正电、细胞膜通透性增高等 常出现在细菌的对数生长末期，持续时间不常出现在细菌的对数生长末期，持续时间不一。低渗的氯化钙、冷休克可人工诱导感受态一。低渗的氯化钙、冷休克可人工诱导感受态363 3）转化过程转化过程373839F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient40F+F+Hfr41HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-42FFFFFF-FF-434)R4)R质粒的接合质粒的接合n 耐药传递因子（耐药传递因子（RTFRTF）编码性菌毛，决定质粒的复制、接合和转移编码性菌毛，决定质粒的复制、接合和转移n 耐药决定因子耐药决定因子 决定细菌的多重耐药性决定细菌的多重耐药性Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant R R质粒还可诱导非接合性质粒还可诱导非接合性质粒的传递，被称为传染性质粒的传递，被称为传染性耐药因子耐药因子4445（Generalized transductionGeneralized transduction）464748galbiogalbiogalbiogalbiobiogal（restricted transductionrestricted transduction）49普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导涉及噬菌体涉及噬菌体毒性或温和噬菌体毒性或温和噬菌体 温和噬菌体温和噬菌体发生的时期发生的时期裂解末期裂解末期 溶原末期溶原末期转导的遗传物转导的遗传物质质供体菌任何部位的供体菌任何部位的遗传物质遗传物质供体菌特定部位的供体菌特定部位的遗传物质遗传物质转导的后果转导的后果完全转导或完全转导或流产转导流产转导受体菌获得供体特受体菌获得供体特定部位的遗传特性定部位的遗传特性转导频率转导频率10105 5-10107 710102 2-10104 450515 5）原生质体融合（）原生质体融合（protopast fusion)protopast fusion)两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去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细胞壁成为原生质体后,进行彼此融合的过程进行彼此融合的过程n 聚乙二醇可促使融合聚乙二醇可促使融合n 经基因交换与重组，可获得经基因交换与重组，可获得 多种表型的重组融合体多种表型的重组融合体n 一种人工基因转移系统一种人工基因转移系统52获得性耐药获得性耐药细菌耐药的机制细菌耐药的机制遗传机制遗传机制生化机制生化机制固有耐药固有耐药染色体突变染色体突变可传递的耐药可传递的耐药R R质粒，转座子，质粒，转座子，整合子整合子接合，转化，转导接合，转化，转导53第四节第四节 细菌遗传变异在医学上细菌遗传变异在医学上 实际的意义实际的意义54一、形态结构变异与细菌学诊断一、形态结构变异与细菌学诊断 在外界因素作用下，细菌可失去其典型的在外界因素作用下，细菌可失去其典型的形态、结构。在临床细菌学诊断中，应充分了形态、结构。在临床细菌学诊断中，应充分了解细菌变异现象及规律。解细菌变异现象及规律。55形态变异形态变异 3-6%3-6%食盐食盐鼠疫杆菌鼠疫杆菌多形态性多形态性(衰残型衰残型)琼脂培基琼脂培基56L L型变异型变异 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌 L L型变异型变异 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)57特殊结构变异特殊结构变异 变形杆菌（变形杆菌（H H）1%1%石炭酸（石炭酸（O O）迁徙生长迁徙生长 菌落样生长菌落样生长鞭毛变异鞭毛变异58二、耐药性变异与控制二、耐药性变异与控制 金葡菌耐药菌株已上升至金葡菌耐药菌株已上升至90%90%以上，有些菌以上，有些菌还还表现为多重耐药性，甚至产生药物依赖性。表现为多重耐药性，甚至产生药物依赖性。n 药物敏感试验药物敏感试验n 耐药监测耐药监测n 耐药机制研究耐药机制研究59三、毒力变异与疾病控制三、毒力变异与疾病控制n 炭疽减毒活疫苗炭疽减毒活疫苗n 布鲁菌减毒活疫苗布鲁菌减毒活疫苗n 鼠疫耶尔森菌减毒活疫苗鼠疫耶尔森菌减毒活疫苗 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌卡介苗卡介苗 1313年年(230(230代代)60四、流行病学分析方面的应用四、流行病学分析方面的应用n 将分子生物学方法用于流调将分子生物学方法用于流调n 追踪基因水平的转移与播散追踪基因水平的转移与播散n PFGEPFGE、质粒谱分析、质粒谱分析、RFLPRFLP、核酸序列分析等、核酸序列分析等61五、检测致癌物质方面的运用五、检测致癌物质方面的运用n 凡能诱导突变的物质有可能是潜在致癌物凡能诱导突变的物质有可能是潜在致癌物n 利用细菌试验筛选可疑致癌物利用细菌试验筛选可疑致癌物62六、基因工程方面的运用六、基因工程方面的运用n DNA DNA体外重组技术体外重组技术n 不同种属个体间的遗传不同种属个体间的遗传 物质可相互转移和重组物质可相互转移和重组n 有利于疾病的特异性防治有利于疾病的特异性防治63小小 结结 细菌基因组的主要组成染色体和细菌基因组的主要组成染色体和质粒质粒；细菌基因组中的转座元件插入序列、细菌基因组中的转座元件插入序列、转座子转座子和整合子和整合子；细菌基因突变；细菌基因转移与；细菌基因突变；细菌基因转移与重组的主要方式重组的主要方式转化、接合、转导、溶原性转化、接合、转导、溶原性转换转换；细菌遗传变异在医学上的实际意义细菌遗传变异在医学上的实际意义。641 1、简述质粒的概念及其特点。、简述质粒的概念及其特点。2 2、细菌的转座元件有哪些？简述它的医学意义。、细菌的转座元件有哪些？简述它的医学意义。3 3、简述细菌基因转移与重组的方式。、简述细菌基因转移与重组的方式。4 4、微生物的遗传变异在医学上有何实际意义？、微生物的遗传变异在医学上有何实际意义？5 5、结合所学知识，试分析细菌耐药的遗传学机制、结合所学知识，试分析细菌耐药的遗传学机制思考题思考题65中英文关键词中英文关键词(key words)染色体染色体 Chromsome 噬斑噬斑 plaque质粒质粒 Plasmid 转化转化 Transformation转座原件转座原件 Transposable Elements 转导转导 Transduction温和噬菌体温和噬菌体 Lysophage(temperate)phage 接合接合 Conjugation毒性噬菌体毒性噬菌体 Virulent phage R质粒质粒 R plasmid前噬菌体前噬菌体 Prophage F 因子因子 F factor 溶原性转换溶原性转换 Lysogenic conversion 转座子转座子 Transposon,Tn溶原性细菌溶原性细菌 Lysogenic bacterium 整合子整合子 Integron,In普遍性转导普遍性转导 General transduction 突变突变 Mutation高频重组菌株高频重组菌株 （Hfr）661 Brooks GF,Carroll CK,Butel JS,et al.Jawetz,Melnick,&Adelbergs Medical Microbiology,25th ed.,(LANGE Basic Science)McCraw Hill Co,2009,2010,page 97-1182 Lang AS,Zhaxybayeva O,Beatty JT.Gene transfer agents:phage-like elements of genetic exchange.Nat Rev Microbiol.2012,10(7):472-823 Casas V,Maloy S.Role of bacteriophage-encoded exotoxins in the evolution of bacterial pathogens.Future Microbiol.2011,6(12):1461-73.4 Muzzi A,Donati C.Population genetics and evolution of the pan-genome of Streptococcus pneumoniae.Int J Med Microbiol.2011,301(8):619-22.5 Lazcano A.Natural history,microbes and sequences:shouldnt we look back again to organisms?PLoS One.2011,6(8):e21334.6 Wiedenbeck J,Cohan FM.Origins of bacterial diversity through horizontal genetic transfer and adaptation to new ecological niches.FEMS Microbiol Rev.2011,35(5):957-76.7 Andam CP,Fournier GP,Gogarten JP.Multilevel populations and the evolution of antibiotic resistance through horizontal gene transfer.FEMS Microbiol Rev.2011,35(5):756-67.课外阅读资料课外阅读资料678 Skippington E,Ragan MA.Lateral genetic transfer and the construction of genetic exchange communities.FEMS Microbiol Rev.2011,35(5):707-35.9 van Reenen CA,Dicks LM.Horizontal gene transfer amongst probiotic lactic acid bacteria and other intestinal microbiota:what are the possibilities?Arch Microbiol.2011,193(3):157-68.10 Leung MM,Florizone SM,Taylor TA,et al.The gene transfer agent of Rhodobacter capsulatus.Adv Exp Med Biol.2010,675:253-64.11 Holmgren L.Horizontal gene transfer:you are what you eat.Biochem Biophys Res Commun.2010,396(1):147-51.12 Rankin DJ,Rocha EP,Brown SP.What traits are carried on mobile genetic elements,and why?Heredity(Edinb).2011,106(1):1-10.13 Kado CI.Horizontal gene transfer:sustaining pathogenicity and optimizing host-pathogen interactions.Mol Plant Pathol.2009,10(1):143-50.14 Koonin EV,Wolf YI.Genomics of bacteria and archaea:the emerging dynamic view of the prokaryotic world.Nucleic Acids Res.2008 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