大学精品课件：第2章 细菌的遗传与变异@[七年制].ppt

1、医学微生物学-细菌学 第2章 细菌的遗传与变异 Bacterial Heredity and Variation,大连医科大学微生物学教研室 主讲人：张伟,教学目标： 熟悉细菌遗传的物质基础，掌握细菌变异的机理、质粒的概念。了解常见的几种细菌质粒：Col质粒、F质粒、R质粒等。掌握噬菌体的概念和特点：温和噬菌体、毒性噬菌体、前噬菌体、溶原菌的概念及意义 掌握基因重组的方式：转化、转导、接合、溶原性转换。 熟悉细菌变异现象。 了解细菌耐药性变异的机制及细菌变异的实际意义。 了解细菌基因和基因组学。,执业医师考试大纲： 细菌遗传与变异的物质基础：细菌遗传物质的种类。 细菌遗传与变异的机制：转化、接

2、合、转导、溶原性转换的概念。 噬菌体的生物学性状：噬菌体的概念、形态、化学组成及主要应用。 毒性噬菌体和温和噬菌体：毒性噬菌体的概念；温和噬菌体的概念及其与细菌遗传物质转移的关系。,第一节 细菌的变异现象,遗传性变异：是基因结构发生了改变，故又称基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。 非遗传性变异：在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有微生物都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传(L型)。,一、形态结构的变异 如

3、多形性改变、荚膜、芽胞和鞭毛的消失等,变形杆菌（Proteus）鞭毛变异， H-O变异,二、毒力的变异 毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。 毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。 卡介苗(BCG)是卡介二氏将强毒的牛型结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株，用于结核病的预防，沿用至今。,三、耐药性的变异 耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物

4、，即多重耐药性。 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）逐年提高，已经成为医院感染中重要的病原菌。 从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。,第二节 细菌的遗传物质,一、染色体 一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构； 缺乏组蛋白，无核膜包裹； E.coli 约含有5000个基因。,二、质粒 质粒(plasmid)：是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链DNA。决定细菌某些特定的生物学性状。,根据所编码的生物学性状，常见质粒有:,致育质粒（F质粒）：编码性菌毛，介导细菌之间的接合传

5、递； 耐药性质粒（R质粒）：编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒)； 毒力质粒（Vi质粒）：编码与该菌致病性有关的毒力因子,如S.aureus的表皮剥脱素； 细菌素质粒(Col质粒)：编码细菌产生的细菌素，如E.coli的大肠菌素； 代谢质粒：编码产生相关的代谢酶。,质粒的特征：,质粒具有自我复制的能力； 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征； 质粒可自行丢失与消除； 质粒的转移性； 质粒可分为相容性与不相容性两种。,三、噬菌体(phage)的概念及特点,噬菌体是感染细菌(放线菌、螺旋体、衣原体、支原体等微生物)

6、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； 噬菌体分布极广。,（一） 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； 抵抗力：比一般细菌强。,（二） 噬菌体与细菌的相互关系,噬菌体可分为两种类型： 1.毒性噬菌体(virulent phage)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。,毒性噬菌体的生长周期： 复制周期或溶菌周期包括吸附、穿入、生物合成、成熟 与释放等四个阶段,2.温和噬

7、菌体(temperate phage)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，但噬菌体DNA随细菌基因组的复制而复制，并随细菌的分裂而分配至子代细菌的基因组中。某些条件下可转为溶菌性周期。,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 (lysogenic conversion) ： 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,四、转座因子（transposable element）,是一类不依赖于同源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

8、置上独特的DNA片段（跳跃基因或移动基因）； 首先在玉米中发现，之后发现在细菌、高等动植物中都有转座因子的存在； “存在即是合理”，What? Who? Why？How?,转座因子的分类,1.插入序列(insertion sequence,IS)：除了与转座功能有关的基因外不带任何其他基因。,E.Coli的IS1示意图,转座因子的分类,2.转座子(transposon,Tn)：除了携带与转座功能有关的基因外，还携带编码其他功能的基因（如耐药性基因等） 功能：导致耐药基因的播散、生物性状改变和促进进化,第三节 细菌基因的转移和重组,突变（mutation）：10-1010-6 基因转移(gene

9、 transfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。 基因重组(recombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。 细菌的基因转移和重组方式：转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合。,1. 转化(transformation): 受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段获得新的性状的过程。,2. 接合(conjugation),接合：是细菌通过直接接触（性菌毛），将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。,F+ 即F质粒，编码性菌毛，称雄性菌,Hfr(high frequency recombination)F质粒整合到

10、细菌染色体上，该菌称高频重组菌,该细菌(Hfr)能使受体细菌高频地重组外源基因到染色体上, 从而提高染色体基因的转移,R质粒的接合,细菌的耐药性与染色体基因突变及R质粒的接合转移等有关。 R质粒有耐药传递因子(resistance transfer factor, RTF)和耐药决定子(resistance determinant, r)两部分组成。RTF的功能与F质粒相似，可编码性菌毛和通过接合转移；r决定子能编码抗生素的耐药基因。,3. 转导(transduction),转导：是以噬菌体为载体，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。 根据转导基因片段的范围，可将转导分为

11、两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。,普遍性转导( generalized transduction) 转导的DNA可是供体菌染色体上的任何部分,局限性转导( restricted transduction) 转导的DNA只限供体菌染色体上的特定基因,4.溶原性转换 (lysogenic conversion) 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,5. 原生质体融合(protoplast fusion),G +菌形成原生质体后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使两种不同的细菌

12、细胞发生融合的过程。 融合后形成双倍体细胞，可短期生存，染色体重组，获得多种不同表型的重组融合体。,Beyond DNA表观遗传学,无法解释的现象:1)马、驴正反交的后代差别较大； 2)同卵双生的两人具有完全相同的基因 组, 同样的环境, 在性格、健康等方面 会有较大的差异； 3)有些特征只是由一个亲本的基因来 决定,而源自另一亲本的基因却保持“沉默” 定义：在相应的基因碱基序列没有发生变化的情况下, 一些生物体的表型却发生了改变。 内容： 染色质重塑 DNA甲基化（基因组印记） X染色体失活 非编码RNA调控,Beautiful buttocks-美臀羊,美臀羊的遗传图谱,pat,Begai

13、n,Dlk1,peg11,DIO3,1Mb,Gtl2,mat,IG-DMR,Anti- peg11,Meg8,Mirg,miR-127/136,父源等位基因表达,母源等位基因表达,不表达（甲基化）,DLK1-GTL2印记化结构域,M. Georges, Trands in Genetics, 19(5)248252, May 2003,问 题,定义：卡介苗、质粒、前噬菌体、噬菌体、毒性噬菌体、温和噬菌体、转化、转导、接合、溶源性转换。 白喉棒状杆菌是获得了来自何种生物的基因片段而获得了对人的致病性？其致病物质是什么？ 质粒的特征？ F质粒编码何种结构？R质粒与细菌什么性状有关？,【七年制历年考

14、试题汇总】,A1型题 1有关质粒的叙述不正确的是： A质粒是细菌核质以外的遗传物质 B质粒是细菌的必备结构 C质粒某些情况下可以整合到细菌基因组 D质粒是双股环状DNA E质粒可独立存在于细菌体内 答案：B 考点：质粒的定义及特征（2008） 解析：质粒不是细菌的必备结构，质粒可以为细菌带来新的性状，比如毒力，耐药性，性菌毛等。故选B。 2A Phage can NOT infect： Alymphocytes BActinomycete cells CBacterial cells DSpirochete cells EChlamydia cells 答案：A 考点：噬菌体的定义（2009,

15、2010） 解析：噬菌体称为细菌的病毒，还可以感染螺旋体，放线菌，衣原体等。故选A。,【七年制历年考试题汇总】,A1型题 3白喉杆菌产生外毒素是因为其基因发生了： A转化 B转导 C接合 D突变 E溶原性转换 答案：E 考点：溶原性转换的例子（2009，2011,2012） 解析：白喉杆菌因为感染了beta-棒状噬菌体，其基因整合到宿主基因组，使宿主获得了Tox基因，表达白喉毒素。故选E。 名词解释及问答题 1. 噬菌体（2008）,Prophage(2012) 2. 什么是BCG？什么是代时？BCG的原型菌代时是多少？ （2009，2012） 3. 什么是质粒?F质粒的作用？（2012） 4

16、. biofilm(2012),【执业医师资格考试真题】,A1型题 1细菌“核质以外的遗传物质”指： AmRNA B核糖体(核蛋白体) C质粒 D异染颗粒 E性菌毛 答案：C 考点：质粒的概念（2005） 解析：质粒概念的理解。质粒是指细菌染色体外的遗传物质，存在于细菌细胞质中。为闭合环状的双链DNA，带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状，如菌毛、细菌素、 毒素、耐药性。故选C。,【执业医师资格考试真题】,A1型题 2毒性噬菌体感染细菌后导致细菌： A快速繁殖 B停止繁殖 C产生毒素 D基因突变 E裂解 答案：E. 考点：毒性噬菌体的概念(2009) 解析：毒性噬菌体（virulent phage）能在宿主细胞内增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。故选E。,chance favors the prepared mind！,