细菌的遗传与变异专家讲座.pptx

细菌遗传与变异细菌遗传与变异第一部分细菌遗传与变异物质基础第一部分细菌遗传与变异物质基础第二部分细菌变异现象及机制第二部分细菌变异现象及机制第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用目目录录细菌的遗传与变异第1页遗传性变异（基因型变异）遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）非遗传性变异（表型变异）+-外界环境外界环境群体群体个别细胞个别细胞变异幅度变异幅度+-可逆性可逆性-+遗传遗传-+基因改变基因改变 非遗传性变异非遗传性变异 遗传性变异遗传性变异一、细菌变异类型一、细菌变异类型细菌的遗传与变异第2页二、细菌遗传变异物质基础二、细菌遗传变异物质基础基因组：染色体基因组：染色体 染色体外遗传物质染色体外遗传物质 质粒质粒转位因子转位因子噬菌体噬菌体细菌的遗传与变异第3页（一）质粒（一）质粒（plasmidplasmid）细菌染色体外遗传物质，是环状闭合双链细菌染色体外遗传物质，是环状闭合双链DNADNA。带有遗传性息，能自行复制，随细菌。带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需需。特征特征自我复制能力自我复制能力编码产物赋予细菌一些性状特征编码产物赋予细菌一些性状特征可自行丢失与消除可自行丢失与消除转移性转移性相容性和不相容性相容性和不相容性几个主要质粒几个主要质粒致育质粒（致育质粒（F F质粒）质粒）耐药质粒耐药质粒毒力质粒（毒力质粒（ViVi质粒）质粒）细菌素质粒细菌素质粒代谢质粒代谢质粒细菌的遗传与变异第4页（二）转位因子（二）转位因子是存在于细菌染色体或质粒是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上分子上一段特异性核苷酸序列片段一段特异性核苷酸序列片段，它能，它能在在DNADNA分子中移动，不停改变它们在基因组位置，能从一个基因组转移到分子中移动，不停改变它们在基因组位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中另一个基因组中。插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）是最小转位因子，是最小转位因子，2 2kbkb，不携带任何已知与插入功效无关基因区域，不携带任何已知与插入功效无关基因区域转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）2 2kbkb，除携带与转位相关基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、，除携带与转位相关基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其它结构基因。毒素基因及其它结构基因。可能与细菌多重耐药性相关。可能与细菌多重耐药性相关。IS ISResistance Gene(s)Tn细菌的遗传与变异第5页转座子特征转座子特征转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3APAP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4Tn4APAP、SMSM（链霉素）、（链霉素）、SuSu（磺胺）（磺胺）Tn5Tn5KmKm（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6Tn6KmKmTn7Tn7TMPTMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMSMTn9Tn9CmCm（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tn10TcTc（四环素）（四环素）tn551tn551EmEm（红霉素）（红霉素）Tn971Tn971EmEmTn1681Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）细菌的遗传与变异第6页噬菌体作为一个细菌病毒，可在不一样宿主菌之间进行遗传物质转移，噬菌体作为一个细菌病毒，可在不一样宿主菌之间进行遗传物质转移，造成细菌一些生物学形状改变造成细菌一些生物学形状改变 。（三）噬菌体（三）噬菌体细菌的遗传与变异第7页细菌遗传与变异细菌遗传与变异第一部分细菌遗传与变异物质基础第一部分细菌遗传与变异物质基础第二部分细菌变异现象及机制第二部分细菌变异现象及机制第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用目目录录细菌的遗传与变异第8页一、细菌常见变异现象一、细菌常见变异现象形态、结构变异形态、结构变异毒力变异毒力变异耐药性变异耐药性变异菌落变异菌落变异细菌的遗传与变异第9页（一）形态、结构变异（一）形态、结构变异 3%3%6%6%食盐食盐 鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌 多形态性多形态性 陈旧培基物陈旧培基物细菌的遗传与变异第10页 42424343炭疽杆菌炭疽杆菌 失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性降低毒性降低 10102020天天 变形杆菌变形杆菌 迁徙生长（迁徙生长（H H）点状生长、单个菌落（点状生长、单个菌落（O O）（二）特殊结构变异（二）特殊结构变异鞭毛变异鞭毛变异0.1%0.1%石炭酸石炭酸细菌的遗传与变异第11页（三）毒力变异（三）毒力变异增强增强 -棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌 取得白喉毒素取得白喉毒素 减弱减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌牛分枝杆菌 卡介苗卡介苗 1313年年(230(230代代)细菌的遗传与变异第12页（四）耐药性变异（四）耐药性变异细菌对某种抗菌药品由敏感变成耐药变异称为耐药性变异。细菌对某种抗菌药品由敏感变成耐药变异称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌有些细菌还同时耐受各种抗菌药品，即多重耐药性，甚至产生药品依有些细菌还同时耐受各种抗菌药品，即多重耐药性，甚至产生药品依赖性。赖性。含链霉素培基含链霉素培基 痢疾杆菌痢疾杆菌 依链株依链株 长久培养长久培养细菌的遗传与变异第13页（五）菌落变异（五）菌落变异 在陈旧培养基中长久培养在陈旧培养基中长久培养光滑型菌落光滑型菌落 粗糙型菌落粗糙型菌落 S S R R 原因：失去原因：失去LPSLPS特异多糖特异多糖细菌的遗传与变异第14页二、细菌变异机制二、细菌变异机制突变：突变：遗传物质结构发生突然改变遗传物质结构发生突然改变突变类型：突变类型：基因突变基因突变-点突变点突变 染色体畸变染色体畸变-范围大范围大 （一）基因突变和损伤后修复（一）基因突变和损伤后修复细菌的遗传与变异第15页1.1.定义：定义：基因转移（基因转移（gene transfergene transfer）外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞过程称为基因转移。外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞过程称为基因转移。重组（重组（recombinationrecombination）转移基因与受体菌转移基因与受体菌DNADNA整合在一起称为重组，使受体菌取得供体菌一整合在一起称为重组，使受体菌取得供体菌一些性状。些性状。（二）基因转移和重组（二）基因转移和重组2.2.基因转移和重组主要方式：基因转移和重组主要方式：转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合融合等。等。（1 1）转化（）转化（transformationtransformation）供体菌裂解游离）供体菌裂解游离DNADNA片段被受体菌直接摄取，片段被受体菌直接摄取，使受体菌取得新性状。使受体菌取得新性状。细菌的遗传与变异第16页转化试验转化试验细菌的遗传与变异第17页转化因子（转化因子（transforming principle transforming principle）在转化过程中，转化在转化过程中，转化DNADNA片段称为转片段称为转化因子化因子 ，分子量小于，分子量小于10107 7，最多不超，最多不超出出10102020个基因。个基因。感受态（感受态（competencecompetence）细菌的遗传与变异第18页（2 2）接合（）接合（conjugationconjugation）细菌经过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒细菌经过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNADNA）从供体菌）从供体菌转移给受体菌。转移给受体菌。接合性质粒：能经过接合方式转移质粒称为接合性质粒。包含接合性质粒：能经过接合方式转移质粒称为接合性质粒。包含F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质粒和毒力质粒等。质粒和毒力质粒等。细菌的遗传与变异第19页F质粒接合质粒接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F-细菌的遗传与变异第20页R R质粒质粒耐药传递因子（耐药传递因子（resistance transfer factor,RTFresistance transfer factor,RTF）与与F F质粒相同，编码性菌毛产生和经过接合转移质粒相同，编码性菌毛产生和经过接合转移耐药（耐药（r r）决定子）决定子细菌的遗传与变异第21页（3 3）转导（）转导（transductiontransduction）以温和噬菌体为载体，将供体菌一段以温和噬菌体为载体，将供体菌一段DNADNA转移到受体菌内，使受体菌取得转移到受体菌内，使受体菌取得新性状。新性状。普遍性转导（普遍性转导（generalized transductiongeneralized transduction）不足转导（不足转导（restricted transductionrestricted transduction）细菌的遗传与变异第22页I.I.普遍性转导（普遍性转导（generalized transductiongeneralized transduction）前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期后期，噬菌体前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期后期，噬菌体DNADNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌DNADNA片段装入噬菌体片段装入噬菌体头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部染色体注入受体菌内。并将其头部染色体注入受体菌内。被包装被包装DNADNA能够是供体菌染色体上任何部分。能够是供体菌染色体上任何部分。细菌的遗传与变异第23页供体菌供体菌受体菌受体菌转导噬菌体转导噬菌体细菌细菌DNADNA噬菌体噬菌体DNADNA细菌的遗传与变异第24页结果结果完全转导完全转导流产转导流产转导未整合未整合整合整合细菌的遗传与变异第25页II.II.不足转导（不足转导（restricted transductionrestricted transduction）或称特异性转导，所转导只限于供或称特异性转导，所转导只限于供体菌染色体上特定基因。体菌染色体上特定基因。溶原期时，噬菌体溶原期时，噬菌体DNADNA整合在细菌整合在细菌染色体特定部位，噬菌体染色体特定部位，噬菌体DNADNA发生发生偏差分离，将本身一段偏差分离，将本身一段DNADNA留在细留在细菌染色体上，而带走了细菌菌染色体上，而带走了细菌DNADNA上上两侧基因。当其转导并整合到受体两侧基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌取得供体菌一些遗菌中，使受体菌取得供体菌一些遗传性状。传性状。细菌的遗传与变异第26页普遍性转导与不足转导区分普遍性转导与不足转导区分区分关键点普遍性转导普遍性转导不足转导基因转导发生时期裂解期裂解期溶原期溶原期转导遗传物质供体菌染色体供体菌染色体DNADNA任何任何部位或质粒部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA特定部位转导后果完全转导或流产转导完全转导或流产转导受体菌取得供体菌DNA特定部位遗传特征转导频率转导频率受体菌10-7转导频率较普遍转导转导频率较普遍转导增加增加10001000倍倍(10(10-4-4)细菌的遗传与变异第27页溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而取得新遗传性状称为溶原性溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而取得新遗传性状称为溶原性转换，可使一些细菌发生毒力变异或抗原性变异。转换，可使一些细菌发生毒力变异或抗原性变异。白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、A A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌（4 4）溶原性转换（）溶原性转换（lysogenic conversionlysogenic conversion）细菌的遗传与变异第28页整合整合噬菌体噬菌体溶原性转换溶原性转换（lysogenic conversion）噬菌体为载体噬菌体为载体供体菌供体菌转导转导（transduction）性菌毛性菌毛供体菌供体菌接合接合（conjugation）直接摄取直接摄取供体菌供体菌转化转化（transformation）转移方式转移方式基因起源基因起源细菌基因转移和重组方式比较细菌基因转移和重组方式比较细菌的遗传与变异第29页细菌遗传与变异细菌遗传与变异第一部分细菌遗传与变异物质基础第一部分细菌遗传与变异物质基础第二部分细菌变异现象及机制第二部分细菌变异现象及机制第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用第三部分细菌遗传变异医学意义及其应用目目录录细菌的遗传与变异第30页一、细菌遗传变异实际意义一、细菌遗传变异实际意义在疾病诊疗、治疗与预防中应用在疾病诊疗、治疗与预防中应用在测定致癌物质中应用在测定致癌物质中应用在流行病学中应用在流行病学中应用在基因工程中应用在基因工程中应用细菌的遗传与变异第31页形态、结构、染色性、生化特征、抗原性及毒力等方面变异，形态、结构、染色性、生化特征、抗原性及毒力等方面变异，使得诊疗复杂化使得诊疗复杂化耐药菌株日益增多，预防耐药性耐药菌株日益增多，预防耐药性药敏试验药敏试验早期足量早期足量要有一定疗程要有一定疗程,联适用药联适用药不要滥用不要滥用减毒菌株和无毒株可制备成疫苗减毒菌株和无毒株可制备成疫苗（一）在疾病诊疗、治疗与预防中应用（一）在疾病诊疗、治疗与预防中应用细菌的遗传与变异第32页凡能诱导细菌发生突变物质都有可能是致癌物质。凡能诱导细菌发生突变物质都有可能是致癌物质。AmesAmes试验试验伤寒沙门菌（伤寒沙门菌（hishis-）（hishis+）（二）在测定致癌物质中应用（二）在测定致癌物质中应用细菌的遗传与变异第33页分子生物学分析方法已被用于流行病学调查分子生物学分析方法已被用于流行病学调查质粒指纹图（质粒指纹图（PFPPFP）对噬菌体敏感性，对细菌素敏感性对噬菌体敏感性，对细菌素敏感性（三）在流行病学中应用（三）在流行病学中应用细菌的遗传与变异第34页基因工程是依据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而取得新基因工程是依据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而取得新性状原理设计性状原理设计 切取目标基因切取目标基因连接到载体上连接到载体上转移到工程菌内，大量表示转移到工程菌内，大量表示目标基因产物目标基因产物当前已大量生产胰岛素、干扰素、各种生长激素、当前已大量生产胰岛素、干扰素、各种生长激素、rIL-2rIL-2等等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品细胞因子和乙肝疫苗等生物制品（四）在基因工程中应用（四）在基因工程中应用细菌的遗传与变异第35页