第二章-细菌的遗传变异.ppt

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,2,章,细菌的遗传与变异,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,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,S R,原因：失去,LPS,的特异多糖,第二节 细菌的遗传物质,细菌染色体：,dsDNA,，,3.2,510,6,bp,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,质粒,（,plasmid,）,：,复制能力,控制某些性状,转移能力,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,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒,个体微小，可以通过细菌滤器,无细胞结构，,主要由,衣壳,（,蛋白质,）,和核酸组成,只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物,严格宿主特异性，分布极广，有菌即有噬菌体,噬菌体（,bacteriophage,）,：,1.形态与结构,噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数噬菌体呈蝌蚪形。,结构,：,由,头部和尾部组成,；,化学组成,：蛋白质与核酸,；,核酸类型,：为,DNA,或,RNA,，大多数,DNA,噬菌体的,DNA,为线状双链,；,噬菌体具有,抗原性,；,抵抗力,：比一般细菌繁殖体强。,2.,噬菌体可分为两种类型,1.毒性噬菌体：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。,2.温和噬菌体或溶原性噬菌体：噬菌体基因组整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解。,溶菌性周期,毒性噬菌体在宿主菌内的增殖过程（复制周期或溶菌周期）包括吸附穿入、生物合成、成熟释放等,3,个阶段。,溶原性周期,温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，成为,前噬菌体,。并随细菌复制而复制，随细菌的分裂而分配到子代细菌染色体中。,溶原性细菌：,带有前噬菌体的细菌。,温和噬菌体可以自发或在有些因素的诱导下，整合的前噬菌体可以从染色体上脱离，进入溶菌性周期。,溶原性：,温和噬菌体具有的这种产生成熟子代,噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力。,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。,溶原性转换,某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。,例如白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理,由于棒状杆菌噬菌体,DNA,携带白喉毒素基因，其感染白喉棒状杆菌后，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。,转,座,因子,（,transposable element,）,：,是一类不依赖于同源性重组可以在细菌的基因组（染色体、质粒、噬菌体）中从一个位置转移到另一个位置上的独特,DNA,片段，也称为跳跃基因（,jumping genes,）或移动基因（,movable genes,）。,包括：插入序列（,IS,）,转座子（,transposon,Tn,）,Mu,噬菌体,IS,(,insertion sequence,):,0.7,2.5,k,b,两端,有反向,重复序列，与插入有关,中心序列有转位,（座）,酶基因,，没有其,他基因,Tn,(,transposon,):,200025000,bp,两端为,IS,中心序列有与转位无关,的,基因,如：毒素基因、耐药基因等,是细菌产生耐药性的重要原因,常见的插入序列和转座子,IS bp Tn,耐药或毒素基因,IS1 768 Tn,1,、,2,3,AP,（,氨苄青霉素,）,IS2 1327 Tn,5,、,6,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,）,Mu,噬菌体：,是一类具有转座作用的大肠埃希菌温和噬菌体，可随机插入宿主菌,DNA,中。,转座机制,非复制型转座,复制型转座,接合型转座,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，其上游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。,Go to,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。,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，分为点突变和多点突变。,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。,第四节 细菌变异的机制,一、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,的,分离：,耐药性突变,体,药敏试验,营养缺陷突变,体,营养物质筛选,条件,型,突变,体,温度敏感试验,二、基因转移与重组,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：,亲缘关系,越,近，转化率,越,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：,Mg,2,、,Ca,2,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（,fertility factor,致育因子）,的接合,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,形成,Hfr,具有,高频转移自身染色体至,F,菌的,功能,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,F,质粒：,Hfr,中的,F,质粒可以从染色体上脱离下来，此时它会携带相邻的染色体基因或,DNA,片段,Hfr,转移细菌染色体过程,R,质粒,接合,耐药传递因子,（,RTF,）,：,编码性菌毛,r,决定因子：,决定,耐药,可携带多个耐药,基因或转座子,诱动传递（,mobilization,）,非接合性质粒（如,ColE1,质粒）与接合性质,粒同存于一个菌细胞内,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,普遍性转导,generalized transduction,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的,DNA,已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将细菌的,DNA,片段装入噬菌体的头部，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，并将其头部的染色体注入受体菌内。,被包装的,DNA,可以是供体菌染色体上的任何部分。,供体菌,受体菌,转导噬菌体,细菌,DNA,噬菌体,DNA,结果,完全转导,流产转导,未整合,整合,局限性转导,restricted transduction,或称特异性转导，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。,溶原期时，噬菌体,DNA,整合在细菌染色体特定部位，噬菌体,DNA,发生偏差分离，将自身的一段,DNA,留在细菌染色体上，而带走了细菌,DNA,上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。,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,),溶原性转换（,lysogenic,conversion,）：溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的性状。,原生质体融合（,protoplast fusion,）：将两种不同细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。,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其主要差异？,2,.,何谓,BCG,、,transposon,、,R,质粒、,Hfr,、,lysogenic conversion,和,Ames,试验？,思考题,Return,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,