第五章-细菌的遗传和变异.ppt

第五章第五章细菌细菌(xjn)(xjn)的遗传与变异的遗传与变异基础医学部免疫学与病原生物学教研室基础医学部免疫学与病原生物学教研室 何何 海海 根根 电活：电活：0571-28865666(O)手机：手机：[phone] 网络综合教学平台：网络综合教学平台：http:/192.168.150.181 E-mail：第一页，共五十二页。一、变异一、变异(biny)(biny)的现象的现象第二页，共五十二页。1形态形态(xngti)与结构的与结构的变异变异（1）形态）形态(xngti)变异变异鼠疫鼠疫(shy)耶尔森耶尔森菌菌3060g/L NaCl 琼脂培养基琼脂培养基多形性多形性Yersinia pestis第三页，共五十二页。有荚膜的肺炎有荚膜的肺炎(fiyn)(fiyn)链球链球菌菌无荚膜的肺炎无荚膜的肺炎(fiyn)(fiyn)链链球菌球菌（2）荚膜变异）荚膜变异(biny)长期人工培养长期人工培养第四页，共五十二页。（3）芽胞变异）芽胞变异(biny)炭疽炭疽(tnj)芽胞杆芽胞杆菌菌42，1020天天 不产生不产生(chnshng)芽胞芽胞（芽胞）（芽胞）第五页，共五十二页。（4）鞭毛）鞭毛(binmo)变异变异普通普通(ptng)变形杆菌变形杆菌1%石炭酸培养基石炭酸培养基不产生不产生(chnshng)鞭毛鞭毛（鞭毛）（鞭毛）（5）细菌的）细菌的L型变异型变异G菌菌高渗环境高渗环境青霉素青霉素细胞壁缺陷的细菌（细胞壁缺陷的细菌（L型菌）型菌）（多形态性）（多形态性）第六页，共五十二页。牛型结核分枝杆菌牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基含胆汁、甘油、马铃薯培养基 培养培养13年，年，230代代2毒力变异毒力变异卡介苗卡介苗卡密特（卡密特（Albert Calmette，1863-1933）第七页，共五十二页。3耐药性变异耐药性变异(biny)痢疾志贺菌痢疾志贺菌赖药菌株赖药菌株（对链霉素敏感）（对链霉素敏感）微量链霉素微量链霉素人工培养人工培养耐药菌株耐药菌株微量链霉素微量链霉素人工培养人工培养第八页，共五十二页。4菌落菌落(jnlu)变变异异光滑光滑(gung hu)型菌落（型菌落（S型）型）表面光滑，边缘整齐，表面光滑，边缘整齐，湿润湿润(shrn)有光泽有光泽 长期人工培养长期人工培养粗糙型菌落（粗糙型菌落（R型）型）表面粗糙，边缘不整齐，表面粗糙，边缘不整齐，干燥无光泽干燥无光泽 第九页，共五十二页。S型菌落型菌落(jnlu)R型菌落型菌落(jnlu)第十页，共五十二页。二、细菌二、细菌(xjn)的遗传物质的遗传物质第十一页，共五十二页。1.染色体染色体拟核拟核/类核（类核（nucleoid）,一条一条(y tio)dsDNA（1）较小，只有一个）较小，只有一个(y)复制启始位点；复制启始位点；细菌细菌(xjn)染色体的特染色体的特征征（3）结构基因中没有内含子；）结构基因中没有内含子；（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可由一个调节子所调控。由一个调节子所调控。（4）大部分）大部分DNA用于编码蛋白质；用于编码蛋白质；（5）基因重叠少；）基因重叠少；（6）大多为单拷贝；）大多为单拷贝；（7）具有各种功能的识别区域。）具有各种功能的识别区域。第十二页，共五十二页。质粒的主要质粒的主要(zhyo)特征：特征：（1）能自我）能自我(zw)复复制制（2）编码）编码(bin m)某些重要的生物学性某些重要的生物学性状状（3）可自行丢失与消除）可自行丢失与消除（4）可经接合、转化、转导等方式转移）可经接合、转化、转导等方式转移（5）质粒的相容性与不相容性）质粒的相容性与不相容性R质粒：耐药性质粒：耐药性F质粒：性菌毛质粒：性菌毛细菌素质粒：细菌素细菌素质粒：细菌素Vi质粒：毒力质粒：毒力2.质粒质粒代谢质粒：酶代谢质粒：酶第十三页，共五十二页。质粒电镜照片质粒电镜照片质粒独立于染色体外，质粒独立于染色体外，能进行自主能进行自主(zzh)(zzh)复制的遗复制的遗传因子。传因子。第十四页，共五十二页。编码编码(bin m)性菌毛，介导细菌之间接合的能力。性菌毛，介导细菌之间接合的能力。几种几种(j zhn)常见的质常见的质粒粒F质粒质粒（fertility factor，致育因子致育因子(ynz)）重组区重组区重组区重组区自主复制和不相容性区自主复制和不相容性区自主复制和不相容性区自主复制和不相容性区转移基因群区转移基因群区转移基因群区转移基因群区第十五页，共五十二页。耐药性质耐药性质粒粒（resistance factor，R因子因子(ynz)）耐药性质粒耐药性质粒（R质粒）质粒）耐药决定耐药决定(judng)子（子（r-det）耐药传递耐药传递(chund)因子（因子（RTF）接合型耐药质粒接合型耐药质粒非接合型耐药质粒非接合型耐药质粒（r-det）第十六页，共五十二页。是细菌基因组中的能改变自身是细菌基因组中的能改变自身(zshn)位置的一位置的一段段DNA序列。序列。分为分为(fn wi)两类转座因子：两类转座因子：插入序列插入序列转座子转座子（transposable element）（1）概念概念(ginin)及及类型类型2.转座因子转座因子第十七页，共五十二页。插入序列插入序列 不带有表现任何不带有表现任何(rnh)(rnh)性状的基因，只带有编码转移时所性状的基因，只带有编码转移时所需要的转座酶的基因。需要的转座酶的基因。（insertion sequence，IS）（反向（反向(fn xin)重复序列）重复序列）（转座酶）（转座酶）第十八页，共五十二页。转座子转座子 携带转座基因携带转座基因 携带其他结构携带其他结构(jigu)(jigu)基因：抗药基因基因：抗药基因 毒素基因毒素基因 抗金属基因抗金属基因（transposon，Tn）第十九页，共五十二页。转座子及携带转座子及携带(xidi)的耐药性基因或毒素基的耐药性基因或毒素基因因Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4 AP、str（链霉素）、（链霉素）、Su（磺胺）（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）（氯霉素）Tn10 Tet（四环素）（四环素）Tn551 Em（红霉素）（红霉素）Tn971 EmTn681 大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）转座子转座子 携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因第二十页，共五十二页。3.整合整合(zhn h)子子是是一一种种运运动动性性的的DNA序序列列，具具有有独独特特结结构构可可捕捕获获和和整整合合(zhn h)外外源源性性基基因因，使使之之转转变为功能性基因的表达单位。变为功能性基因的表达单位。4.噬菌体基因组噬菌体基因组第二十一页，共五十二页。三、基因三、基因(jyn)的转移和重组的转移和重组第二十二页，共五十二页。基因转移基因转移(zhuny)（gene transfer）遗传物质遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组（基因重组（gene recombination）转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNA整合在一起。整合在一起。外源性遗传物质外源性遗传物质 供体菌染色体供体菌染色体DNA片段片段(pin dun)质质粒粒DNA噬菌体基因噬菌体基因(jyn)(jyn)第二十三页，共五十二页。1.转化转化(zhunhu)受菌直接摄取受菌直接摄取(shq)供菌游离的供菌游离的DNA片段，并将片段，并将其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。Transformation in Bacteriahttp:/ dun)感受态的受菌感受态的受菌Transformation转化转化(zhunhu)后的受菌后的受菌第二十六页，共五十二页。转转化因子与受菌表面化因子与受菌表面(biomin)的的DNA结结合蛋白合蛋白结结合合DNA单链进单链进入入(jnr)受菌受菌细细胞胞DNA双双链链中的一条中的一条(y tio)链链被降解被降解被转运到受菌染色体同源区被转运到受菌染色体同源区与受菌染色体同源区发与受菌染色体同源区发生置换性重组生置换性重组杂合杂合DNA双链分子双链分子染色体复制染色体复制转化型细菌转化型细菌转化的过程转化的过程第二十七页，共五十二页。供、受菌的基因型供、受菌的基因型两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高；两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高；分子量小于分子量小于1010，最多不超过，最多不超过10102020个基因个基因 。受菌的生理状态受菌的生理状态感受态感受态是指受体菌能够从周围环境中吸收是指受体菌能够从周围环境中吸收(xshu)(xshu)外源性外源性DNADNA片段进行转化的生理状态。片段进行转化的生理状态。环境因素环境因素 Ca2+、Mg2+、cAMP影响转化影响转化(zhunhu)的的因素因素第二十八页，共五十二页。2.接合接合(jih)（conjugation）供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移物质从供菌转移(zhuny)(zhuny)入受菌，使受菌获得供菌的部入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。分遗传性状。大肠埃希菌与肠道杆菌大肠埃希菌与肠道杆菌(gnjn)接合接合 （电镜扫描图）（电镜扫描图）第二十九页，共五十二页。F F质粒质粒重组重组重组重组(zhn z)(zhn z)区区区区自主自主自主自主(zzh)(zzh)复制和不相容性区复制和不相容性区复制和不相容性区复制和不相容性区转移转移转移转移(zhuny)(zhuny)基因群区基因群区基因群区基因群区第三十页，共五十二页。F F质粒的接合质粒的接合(jih)(jih)F F+菌株菌株 F F-菌株菌株Hfr菌株菌株F F菌株菌株第三十一页，共五十二页。高频高频(o pn)(o pn)重组菌重组菌株株 整合有整合有F F质粒的菌株能够质粒的菌株能够(nnggu)(nnggu)高频率地转移染高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。）菌株。（high frequency recombinant，Hfr）第三十二页，共五十二页。Hfr菌株菌株细细胞内的胞内的F质质粒脱离核染色体粒脱离核染色体组时组时携携带带(xidi)一小段一小段核染色体基因，核染色体基因，这这种特殊种特殊F质质粒称粒称为为F质质粒。粒。F质粒质粒 F 质粒质粒第三十三页，共五十二页。（1 1）F F+和和F F的接合的接合(jih)(jih)第三十四页，共五十二页。F F质粒质粒在末端在末端(m dun)(m dun)，F F-菌获的菌获的F F质粒的机会和很少质粒的机会和很少。（2）Hfr和和F的接合的接合(jih)第三十五页，共五十二页。（3 3）F F和和F F的接合的接合(jih)(jih)第三十六页，共五十二页。R质粒的构成质粒的构成(guchng)R质粒的接合质粒的接合(jih)耐药决定子（耐药决定子（r-det）耐药传递因子（耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒接合型耐药质粒非接合型耐药质粒非接合型耐药质粒（r-det）（R质粒）质粒）第三十七页，共五十二页。3.转导转导(zhun do)(zhun do)通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换通过交换(jiohun)(jiohun)重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。（transduction）第三十八页，共五十二页。转导转导(zhun do)的的类型类型局限转导局限转导普遍普遍(pbin)转导转导完全完全(wnqun)转导转导流产转导流产转导第三十九页，共五十二页。通通过过完全缺陷完全缺陷(quxin)噬菌体将供体菌基因噬菌体将供体菌基因组组任何任何DNA片段片段转转移受体菌的移受体菌的现现象。象。（1）普遍性转导）普遍性转导(zhun do)（generalized transduction）第四十页，共五十二页。完全转导完全转导 外源性外源性DNADNA片段与受体菌的染色片段与受体菌的染色(rns)(rns)体整合并随染色体而传代。体整合并随染色体而传代。流产转导流产转导 外源性外源性DNADNA片段游离在胞质中既片段游离在胞质中既 不能与受体菌染色体整合，不能不能与受体菌染色体整合，不能 自身复制，也不能传代。自身复制，也不能传代。普遍性转导普遍性转导(zhun do)(zhun do)两种结局两种结局(jij)(jij)第四十一页，共五十二页。前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有宿主前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有宿主菌染色体基因的噬菌体基因组，经生物菌染色体基因的噬菌体基因组，经生物(shngw)(shngw)合成后，组装成带有宿主菌染色合成后，组装成带有宿主菌染色体基因的噬菌体，当它再感染受菌时，可将供菌的基因带入受菌，而使受体获得体基因的噬菌体，当它再感染受菌时，可将供菌的基因带入受菌，而使受体获得供菌的供菌的的遗传性状。的遗传性状。（restricted transduction）（2 2）局限性转导）局限性转导(zhun(zhun do)do)第四十二页，共五十二页。galbio噬菌体噬菌体DNA正常正常偏离偏离galbio噬菌体噬菌体DNAgalbio噬菌体噬菌体DNAgalbio噬菌体噬菌体DNAgalbio噬菌体噬菌体DNAgalbio噬菌体噬菌体DNA局限性转导局限性转导(zhun do)示意示意图图第四十三页，共五十二页。普遍转导普遍转导(zhun do)：装配错误：装配错误局限转导：脱离错误局限转导：脱离错误第四十四页，共五十二页。温和温和(wnh)噬菌体感染细菌，噬菌体基因组噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。的现象。4.溶原性转换溶原性转换(zhunhun)(zhunhun)(zhunhun)(zhunhun)第四十五页，共五十二页。5.原生质融合原生质融合(rngh)(rngh)(rngh)(rngh)将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，将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失去细胞壁成为原生质体后进行彼此(bc)融合的融合的过程。过程。第四十六页，共五十二页。四、基因突变四、基因突变(j yn t bin)第四十七页，共五十二页。基因突变基因突变(j yn t bin)是指是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化致的基因结构的变化(binhu)，可全为点突变，可全为点突变和染色体畸变。和染色体畸变。第四十八页，共五十二页。点突变点突变(tbin)是指一个是指一个(y)(y)基因内部由于一对或少数几对基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变。碱基的置换、缺失或插入而引起的突变。染色体畸变染色体畸变(jbin)(jbin)是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质结构的改变。即较大范围内遗传物质结构的改变。第四十九页，共五十二页。五、细菌五、细菌(xjn)遗传变异在医学上的实际意遗传变异在医学上的实际意义义第五十页，共五十二页。影响细菌学诊断影响细菌学诊断 HO变异：如伤寒沙门菌鞭毛变异：如伤寒沙门菌鞭毛(binmo)SR变异变异：消失荚膜或多糖：消失荚膜或多糖 抗原性改变抗原性改变 毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变预防耐药菌株的扩散预防耐药菌株的扩散预防耐药菌株的扩散预防耐药菌株的扩散制备疫苗制备疫苗制备疫苗制备疫苗（菌苗）：（菌苗）：BCG检测致癌物检测致癌物基因工程方面的应用基因工程方面的应用基因工程方面的应用基因工程方面的应用第五十一页，共五十二页。内容(nirng)总结第五章细菌的遗传与变异。电活：0571-28865666(O)手机：[phone]。（4）可经接合、转化、转导等方式转移。细菌素质粒：细菌素。非接合型耐药质粒（r-det）。遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。分子量小于10，最多不超过1020个基因。受菌的生理状态感受态。整合有F质粒的菌株能够(nnggu)高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。（1）F+和F的接合第五十二页，共五十二页。