微生物学第05章 细菌的遗传变异

第5章细菌的遗传变异浙江大学医学院潘建平教授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第一节细菌的变异现象•形态、结构变异•抗原性变异•菌落变异•毒力变异•耐药性变异一、形态结构变异•L型变异青霉素、溶菌酶---正常形态细菌L型细菌抗体或补体(部分或完全失去胞壁)•芽孢变异42-43℃---炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低10-20天•鞭毛变异（H-O变异）0.1%石炭酸---变形杆菌点状生长、单个菌落（O）迁徙生长（H）二、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SR原因：失去LPS的特异多糖三、毒力变异•增强感染β棒状杆菌噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素•减弱胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌卡介苗13年(230代)四、耐药性变异•细菌对某种抗菌药物从敏感变成耐药的变异•金黄色葡萄球菌MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）•有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性含链霉素培养基痢疾志贺菌痢疾志贺菌依链株长期培养第二节细菌的遗传物质细菌染色体：dsDNA，3.2～5×106bp复制快：105bp/min无组蛋白，无内含子，为连续基因单倍体：突变后更易表现质粒（plasmid）：复制能力转移能力编码特定的性状相容性丢失或消除功能：F质粒－转移；Vi质粒－毒力R质粒－耐药；Col质粒－细菌素转座因子：IS(insertionsequence):750~1550bp两端重复序列，与插入有关中心序列有转座酶基因Tn(transposon):2000~25000bp两端为IS中心序列有与转位无关基因如：毒素基因、耐药基因等常见的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因IS1768Tn1AP（氨苄青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四环素）IS41426Tn551Em（红霉素）IS51195Tn681E.coliET（肠毒素）整合子（integron，In）：是一种运动性的DNA分子，具有独特的结构，可捕获和整合外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。定位于细菌染色体、质粒或转座子上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噬菌体（bacteriophage）：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,溶原性转换第三节细菌基因表达的调节•操纵子细菌的许多相关基因串连排列在染色体的特定部位，其上有启动子和操纵基因序列，共同构成一个转录单位。•在操纵子的上游有一个调节基因，其编码产物能调节操纵子的活动。•抑制基因转录1.阻遏蛋白由调节基因编码，与操纵基因区结合，可阻断启动子与RNA聚合酶结合或结合后不能移动，从而阻止起始基因转录；当与诱导物结合时，使阻遏蛋白－诱导物复合物脱离DNA链，去除阻遏蛋白的抑制作用。2.辅阻遏物酶反应的终末产物或结构相似的化合物，与阻遏蛋白结合形成一种活性阻遏物，抑制基因转录。•促进基因转录分解物基因激活蛋白（CAP）大肠埃希菌中的一类调节转录活性的转录因子，与cAMP结合形成CAP－cAMP复合物后，能与启动子区域的DNA序列结合，增强RNA聚合酶与启动子的结合，提高基因的转录和翻译。第四节基因的转移和重组转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA重组：受菌获得供菌DNA类型基因来源转移方式转化供菌受菌摄入接合供菌通过性菌毛转导供菌噬菌体媒介溶原性转换噬菌体前噬菌体转化（transformation）受菌主动摄取外源性DNA供菌死亡时释放或人工方法提取DNA影响因素：供受菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高感受态（competence）：生理活动过程中摄取转化因子的最佳时期环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转化接合（conjugation）通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状。F质粒（fertilityfactor,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）：染色体上整合有F质粒的细菌，具有高频转移自身染色体至F－菌的功能，该菌称为Hfr。细菌染色体转移频率高，F质粒低，很少使受菌成为F＋菌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质粒耐药传递因子（RTF）：编码性菌毛r决定因子：决定耐药转导（transduction）噬菌体媒介将供菌DNA转给受菌分普遍性转导和局限性转导毒性噬菌体，温和噬菌体包装错误：任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体：宿主菌DNA，无噬菌体DNA受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状普遍性转导：局限性转导：温和性噬菌体脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA溶原性转换（lysogenicconversion）噬菌体DNA与菌染色体整合受菌获得新的性状如白喉棒状杆菌：β-噬菌体-外毒素基因不产毒白喉棒状杆菌产毒白喉棒状杆菌•基因突变是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构变化，分为点突变和染色体畸变。•基因突变是生物变异的主要原因，也是生物进化的主要因素。第五节基因突变基因突变规律：自发突变与诱发突变彷徨试验突变率：自发10-9~10-6，诱发10-4~10-6突变与选择影印试验回复突变与抑制突变野生型突变型突变型细菌及其分离：耐药性突变型药敏试验营养缺陷突变型营养物质筛选条件致死性突变型温度敏感试验发酵阴性突变型乳糖发酵试验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第六节细菌遗传变异在医学上的实际意义Ames试验检测致癌物以细菌为模型检测可疑致癌物的常用方法突变菌在诱变剂的作用下，可能发生回复突变而恢复其原有性状鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型为试验菌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1.细菌基因转移和重组的类型及主要差异？2.何谓BCG、transposon、R质粒、Hfr、lysogenicconversion和Ames试验？3.影印试验验证何种理论？突变型细菌有哪些？思考题彷徨试验：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。返回影印平板：自发的，随机的，非诱导的，药物仅起选择作用返回