细菌的遗传变异课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章,细菌的,遗传变异,目 的 要 求,1,、掌握,：,细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念及机制。,2,、熟悉,：,细菌的变异现象。,细菌遗传变异在医学上的意义。,遗传（,heredity,）：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。,遗传保证了物种的稳定性。,变异：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。,变异产生新的物种，有利于物种的进化。,基因型变异（遗传性变异）,表型变异（非遗传性变异）,BCG,：牛型结核杆菌（有毒株）,胆汁,-,甘油,-,马铃薯培养,13,年，,230,次传代,减毒株（,BCG,）,基因型变异：,BCG,表型变异：细菌,L,型,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,一、,形态结构变异,鼠疫耶尔森氏菌含,3,6,NaCl,琼脂培养多形态性（衰退型）,第一节,细菌的变异现象,L,型变异（细胞壁缺陷型）,生物学特性：,多形性、革兰阴性、高渗培养、生长缓慢、荷包蛋样菌落、可回复,A,、原细菌型菌落,B,、荷包蛋样,L,型菌落,C,、颗粒型,L,型菌落,D,、丝状型,L,型菌落,葡萄球菌丝状,L,型菌落,葡萄球菌丝状,L,型菌落回复后,荚膜变异：,肺炎链球菌荚膜体外长期培养失去荚膜,芽胞变异：,炭疽杆菌经,42,，,10,20,天失去芽胞，毒力减弱,鞭毛（,H,O,）变异：,变形杆菌含,10,的培养基上生长失去鞭毛,二、菌落变异（,S,R,变异）,光滑型（,S,型）,粗糙型（,R,型,）,三、毒力的变异,毒力降低或消失：如卡介苗,毒力增强：如白喉棒状杆菌,四、耐药性变异,细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐受。,第二节 细菌的遗传物质,1,、细菌的染色体：,环状、,dsDNA,。,相对较小（,4.2,10,6,bp,，,4000,个基因,复制快：,10,5,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,2,、质粒,(plasmid),：细菌染色体外的遗传物质，环状闭 合的双股,DNA,。可编码许多重要的生物学性状。,质粒,DNA,的特性,具有自我复制能力 紧密型质粒；松弛型质粒,质粒能编码某些特定性状,可自行丢失与消除,可在细菌间转移。,分相容性与不相容性两种,种 类,致育质粒或称,F,质粒,结合,耐药性质粒,可分为接合性耐药质粒（,R,质粒）和非接合性耐药质粒。,耐药,毒力质粒或,Vi,质粒,编码与该菌致病性有关的毒力因子。,毒力,细菌素质粒,编码各种细菌产生的细菌素。,细菌素,代谢质粒,编码产生与代谢相关的许多酶类,3,、转座因子,是细菌基因组中能改变自身位置的一段,DNA,序列，这种转座作用可发生在染色体、质粒上或染色体与质粒之间。,分类,（,1,）插入序列,(,insertion sequence,，,IS,):,750,1550,bp,两端重复序列，与插入有关,中心序列有转位酶基因,（,2,）转座子,(,transposon,，,Tn,):,2000,25000,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,IS,IS,Resistance Gene(s),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,）,4,、,整合子（,integron,，,In,）：,是一种运动性,DNA,分子，具有独立结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为,功能性基因表达单位。,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,5,、,噬菌体,基因组：,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,基因转移,(gene transfer),：,外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。,基因重组,(gene recombination),：,转移的基因与受体菌,DNA,整合在一起的过程。,供体菌,(donor),；受体菌,(recipient),第三节 基因的转移和重组,一、转化（,transformation,）：,供体菌游离的,DNA,片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,*,条件,：,受体菌与供体菌,DNA,有同源性。,感 受 态：受体菌能摄取外源,DNA,片段的生理状态。感受态一般出现在细菌对数生长期的后期，持续时间约,34,小时。,小鼠体内肺炎链球菌的转化试验,转化因子（,transforming principle,）,在转化过程中，转化的,DNA,片段称为转化因子，分子量小于,10,7,，最多不超过,1020,个基因。,感受态（,competence,）,二、接合,(conjugation),：,细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。,F,质粒（,fertility factor,致育因子）,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,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,R,质粒,（,1,）,耐药传递因子：编码性菌毛,（,2,）耐药,决定因子：耐药,三、转导（,transduction,）：,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。,（,1,）普遍性转导,前噬菌体脱离溶原性细菌增殖时，误装入细菌,DNA,。故该噬菌体感染受体菌时，则将供体菌,DNA,带入受体菌内。,完全转导,流产转导,未整合,整 合,普遍性转导模式图,局限性转导模式图,2,、局限性转导：,前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，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。,普遍性转导与局限性转导的区别,区别要点,普遍性转导,局限性转导,基因转导发生的时期,裂解期,溶原期,转导的遗传物质,供体菌染色体,DNA,任何部位或质粒,噬菌体,DNA,及供体菌,DNA,的特定部位,转导的后果,完全转导或流产转导,受体菌获得供体菌,DNA,特定部位的遗传特性,转导频率,受体菌的,10,-7,转导频率较普遍转导增加,1000,倍,(10,-4,),四、溶原性转换：,是宿主菌染色体中整合了噬菌体的,DNA,片段而获得新的遗传性状。,五、原生质体融合,两种不同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。,机 制,基因来源,转移方式,转 化,供体菌,直接摄取,转 导,供体菌,噬菌体为载体,接 合,供体菌,性菌毛,溶原性转换,噬菌体,整合,基因的转移和重组模式比较,第四节,基因突变,*,突变,：指细菌遗传物质,DNA,结构发生突然而稳定的改变，导致细菌发生遗传性变异。,一、基因突变的规律：,（,1,）,突变率,细菌都可自发突变,，但频率较低（突变率约,10,9,10,6,）,加入诱导剂（紫外线、,X,射线、烷化剂、亚硝酸盐等）突变率可提高,100,1000,倍（诱导突变）,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。,彷徨试验示意图,（,2,）,突变与选择,突变是随机和不定向的,，细菌染色体上数千个基因中哪个发生突变，导致何种突变均非外界因素所决定,外界因素只能起选择性作用,，选择出突变株,（,3,）回复突变,野生型菌株,（,突变）,突变型菌株,（回复突变）,与野生型菌株表型相同（基因型不一定相同）,影印培养试验示意图,自发的，随机的，非诱导的药物仅起选择作用,二、突变的类型和机制：,（,1,）,碱基置换：,转换：,嘌呤间（,A,G,），,嘧啶间（,T,C,）,颠换：,嘌呤嘧啶间（,A,T,，,C,G,）,（,2,）,碱基的插入或缺失：,致密码子错误,（,3,）转位因子的插入：,诊断困难,H,O,变,异：如伤寒沙门菌鞭毛,S,R,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意义,Ames,试验：,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,思 考 题,常见细菌遗传变异的现象有哪些？,细菌基因转移与重组：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合的概念及异同。,细菌变异在医学上的意义？,