医学精品课件：严杰5-8年制第3讲细菌遗传与变异.ppt

1、严杰，教授医学博士严杰，教授医学博士Department of Medical Microbiology and ParasitologyZhejiang University School of MedicineHangzhou,P.R.China细菌遗传物质：细菌遗传物质：染色体、质粒、噬菌体。染色体、质粒、噬菌体。质粒质粒(plasmid)定义：定义：细菌染色体外遗传物质，为双链环状细菌染色体外遗传物质，为双链环状DNA，携带，携带遗传信息并能自我复制，可丢失且不影响细菌存活。遗传信息并能自我复制，可丢失且不影响细菌存活。通过接合、转化、转导方式通过接合、转化、转导方式在细菌间转移遗传物

2、质在细菌间转移遗传物质。细菌的遗传物质细菌的遗传物质严紧型质粒严紧型质粒(stringent plasmid)：复制与染色体同步。复制与染色体同步。松驰型质粒松驰型质粒(relaxed plasmid)：复制与染色体无关。复制与染色体无关。噬菌体噬菌体(phage)：细菌的病毒，多为蝌蚪形，蛋白外壳：细菌的病毒，多为蝌蚪形，蛋白外壳+DNA或或RNA。蝌蚪形噬菌体结构：头部蝌蚪形噬菌体结构：头部=球状外壳球状外壳+核酸核酸 尾部尾部=尾板尾板(溶菌酶溶菌酶)+尾刺尾刺+尾丝尾丝(吸附细菌吸附细菌)细菌的遗传物质：噬菌体细菌的遗传物质：噬菌体可通过转导、转换方式可通过转导、转换方式在细菌间转移遗

3、传物质在细菌间转移遗传物质。分类：分类：毒性噬菌体：感染细菌毒性噬菌体：感染细菌(注入核酸注入核酸)内复制后释放使细菌裂解。内复制后释放使细菌裂解。温和噬菌体：温和噬菌体：整合整合于细菌染色体中并随其复制于细菌染色体中并随其复制(前噬菌体前噬菌体+溶原溶原性细菌性细菌)。也可脱落、大量复制、释放时裂解细菌。也可脱落、大量复制、释放时裂解细菌。转位因子转位因子（transposable element）：能在细菌基因组中：能在细菌基因组中移动位置移动位置的的一段独特一段独特DNA片段。片段。插入序列插入序列(insertion sequence,IS)：8001400 bp，仅有编码转，仅有编码

4、转座酶的基因，两端有反向重复序列。座酶的基因，两端有反向重复序列。转座子转座子(transposon,Tn)：IS+其他基因。其他基因。转位因子与整合子转位因子与整合子整合子整合子(integron)：定位于细菌染色体、：定位于细菌染色体、能捕获和整合外源性基因能捕获和整合外源性基因的的独特独特DNA序列。序列。5-保守区保守区-整合酶整合酶-P1/P2启动子启动子-整合位点整合位点-3-保守区保守区形态和结构变异：形态和结构变异：如细菌如细菌L型。型。毒力变异：毒力变异：如卡介苗（如卡介苗（BCG）、白喉棒状杆菌被）、白喉棒状杆菌被-棒状杆菌噬菌体感棒状杆菌噬菌体感染后产生白喉毒素。染后产生

5、白喉毒素。耐药性变异：耐药性变异：产生一种或多种抗生素耐药性。产生一种或多种抗生素耐药性。抗原性变异：抗原性变异：H和和O抗原变异，带来诊断困难的问题。抗原变异，带来诊断困难的问题。菌落变异：菌落变异：光滑型光滑型(smooth，S)与粗糙型与粗糙型(rough，R)菌落菌落S-R变异变异，常伴随常伴随抗原性、毒力、酶活性等改变抗原性、毒力、酶活性等改变。多数。多数S型细菌毒力强，少数型细菌毒力强，少数R型毒力强型毒力强(结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶氏菌)。细菌的变异现象细菌的变异现象 突变（突变（mutation）：单、多点各种突变。）：单、多点各

6、种突变。基因转移基因转移（transfer）与重组与重组（recombination）：是细菌：是细菌获得新的遗传性状的获得新的遗传性状的主要主要方式。方式。细菌基因转移和重组的主要方式：细菌基因转移和重组的主要方式：转化、接合、转导和溶转化、接合、转导和溶原性转换原性转换。提供提供DNA的细菌称为的细菌称为供体菌供体菌（donor），接受），接受DNA并进行并进行重组的细菌称为重组的细菌称为受体菌受体菌（recipient）。）。细菌变异机制细菌变异机制 转化转化(transformation)：供体菌游离的供体菌游离的DNA片段片段直接被受直接被受体菌摄取并重组体菌摄取并重组，使受体菌获得

7、新的生物学性状的过程。，使受体菌获得新的生物学性状的过程。细菌变异机制：转化细菌变异机制：转化 接合接合(conjugation)：供体菌通过性菌毛将供体菌通过性菌毛将质粒或染色体质粒或染色体DNA转移入受体菌，使受体菌获得新的生物学性状的过程。转移入受体菌，使受体菌获得新的生物学性状的过程。F质粒：编码质粒：编码性菌毛性菌毛(F+菌，又称雄性菌或供体菌菌，又称雄性菌或供体菌)。细菌变异机制：接合细菌变异机制：接合F+F+F+F+F+F-F+F-F+F-F质粒还可以质粒还可以整合整合到染色体到染色体DNA中，此时该菌株能引起染色体中，此时该菌株能引起染色体DNA发生高频率转移，故称之发生高频率

8、转移，故称之Hfr菌株。菌株。Hfr菌株染色体菌株染色体DNA在在F质粒转移启始位点处的一股单链断开后质粒转移启始位点处的一股单链断开后先经先经性菌毛进入受体菌性菌毛进入受体菌，F质粒质粒DNA后进入受体菌后进入受体菌，但此过程易受各种，但此过程易受各种影响而中断，故受体菌可获得不同长度影响而中断，故受体菌可获得不同长度Hfr菌株染色体菌株染色体DNA片段，片段，但不易获得但不易获得F质粒质粒DNA。细菌变异机制：接合细菌变异机制：接合F-HfrHfrF-HfrHfrF-F-转导转导(transduction)：温和噬菌体为载体：温和噬菌体为载体将将供体菌供体菌DNA片段片段转移到受体菌内，使

9、受体菌获得新的性状的过程。转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状的过程。普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)：装配错误装配错误。局限性转导局限性转导(restricted transduction)：前噬菌体从染色体：前噬菌体从染色体DNA中脱落时，有时会带有原中脱落时，有时会带有原整合部位一或两侧染色体整合部位一或两侧染色体DNA片段片段，再感染，再感染细菌时可将该供体菌细菌时可将该供体菌DNA片段转移到新的受体菌内。片段转移到新的受体菌内。细菌变异机制：转导细菌变异机制：转导 溶原性转换溶原性转换(lysogenic conversion)：溶原菌染色体溶

10、原菌染色体DNA中中整合的整合的前噬体基因前噬体基因使宿主菌获得新的遗传性状的过程。使宿主菌获得新的遗传性状的过程。白喉棒状杆菌被携带毒素基因的白喉棒状杆菌被携带毒素基因的-棒状杆菌噬菌体感染后棒状杆菌噬菌体感染后才能产生白喉外毒素。才能产生白喉外毒素。细菌变异机制：转换细菌变异机制：转换 诊断和治疗及预防方面的应用：诊断和治疗及预防方面的应用：抗原变异、耐药产生、制抗原变异、耐药产生、制备疫苗等。备疫苗等。流行病学方面的应用：流行病学方面的应用：确定优势流行菌株和耐药基因等、确定优势流行菌株和耐药基因等、病原追踪与溯源，如病原追踪与溯源，如PCR+RFLP、质粒指纹图谱法。、质粒指纹图谱法。分子生物学和基因工程方面的应用：分子生物学和基因工程方面的应用：载体载体 (质粒、噬菌体质粒、噬菌体、腺病毒、腺病毒)以及以及DNA重组方法重组方法(转化、转导、转染转化、转导、转染)，生产，生产疫苗疫苗 (rHBsAg等等)及生物制品及生物制品(rIFN等等)。细菌变异的医学意义及应用细菌变异的医学意义及应用 常见的细菌变异现象及其医学意义。常见的细菌变异现象及其医学意义。转化、接合、转导、转化、接合、转导、溶原性转换定义及机制溶原性转换定义及机制。细菌获得新的遗传性状的主要方式细菌获得新的遗传性状的主要方式、前噬菌体概念。、前噬菌体概念。本章要点本章要点Thank you!