细菌的遗传和变异噬菌体

1、第5章 细菌的遗传和变异,遗传（heredity） 遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。 变异（variation） 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异称为变异。,遗传性变异（基因型变异） 细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。 非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。,第一节、细菌遗传变异的物质基础,一 、细菌的遗传物质 一）细菌的染色体,一 细菌染色体 细菌属于原核细胞型微生物, 细菌染色体是环状双螺旋DNA，不含组蛋白, 无核膜包围。 基因, 是具有一定生物学功能的核苷酸序列，如编码结构蛋白、酶等功能。细菌基因的结构是连续的, 无内含子。 细菌染色体DNA的复制：大肠埃希菌已证明是双向复制,蛋白质不是遗传物质？,二 细菌的基因组结构,特征 1. 遗传信息在基因组中排列的延续性 2. 功能相关的基因组成操纵子结构 3. 结构基因单拷贝及rRNA基因的多拷贝 4. 基因组的重复序列少而短,三 细菌的基因组测序,细菌的基因调控 1. 操纵子转录调控 2. 分解代谢物阻遏调控 3.

2、细菌的应激反应 4. 细菌的热休克应答（HSP70） 5. 信号传导和二元调节系统 6. 重叠基因 7. 反义RNA与小干扰RNA,二） 质粒（plasmid）,概念： 是存在于细菌染色体以外, 能进行自主复制的遗传因子，环状闭合的双链DNA; 对细菌的遗传性状有着重要的影响。 非必需的基因,质粒的特征, 自我复制能力：为复制子，单拷贝或多拷贝 编码产物赋予细菌某些性状特征 可自行丢失与消除 转移性 分为相容性和不相容性,(1) 致育因子（fertility factor，F因子） 与有性生殖有关 带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛(F+)； 无F质粒的为雌性菌，无性菌毛(F-),几种重要的质粒,(2) 耐药性质粒（resistance plasmid, R质粒） 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。,(3) 细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素。 Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素 乳酸菌产生Nisin A抑制G菌 食品防腐,(4) 毒力质粒（virulence plasmid，Vi质粒） 编码与该菌致病性有关的毒力因子。 如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由 ST质粒编

3、码的。 细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的。,(5) 代谢质粒（metabolic plasmid） 编码产生相关的代谢酶。 沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的 根瘤菌的固氮基因fix位于质粒中,三）转座因子（transposable element） 插入序列（insertion sequence，IS） 转座子（transposon，Tn） 四）整合子（integron）,二、噬菌体（bacteriophage）,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。,葡萄球菌和志贺菌中首先发现,病毒的特性： 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 专性细胞内寄生的微生物 个体微小，可以通过细菌滤器 种类多 分布极广,噬菌体的生物学性状,大肠埃希菌T4噬菌体,抗原性 噬菌体衣壳蛋白具有抗原性，能刺激机体产生抗体。该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌，但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用，噬菌体仍能复制增殖。,噬菌体的生物学性状,抵抗力 比一般细菌的繁殖体强 抵抗乙醚、氯仿和乙醇 75 30min或更久才能被灭活 耐受低温和冰冻 但对紫外和X射线敏感，一般经紫外照射 10

4、15min即失去活性。,噬菌体的生物学性状,噬菌体的生物学性状,毒性噬菌体 (virulent phage),能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体。,毒性噬菌体,增殖过程 1）吸附 只要细菌有特异性受体，不论死活噬菌体都能吸附，但噬菌体不能进入死亡的宿主菌。 2）穿入 将头部DNA注入细菌体内，而蛋白衣壳留在菌细胞外。,生物合成 大量复制子代噬菌体的基因核酸。 成熟与释放 蛋白质和核酸合成后，在细胞质内按一定程序装配成成熟的噬菌体；裂菌释放出细胞外,毒性噬菌体,在液体培养基中 噬菌现象可使浑浊菌液变为澄清 在固体培养基中 噬斑（plaque）。,噬斑,温和噬菌体 (temperate phage) 噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌 体(lysogenic phage)。,温和噬菌体,前噬菌体 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体（prophage） 溶原性细菌 带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌（lysogenic bacterium）,

5、温和噬菌体可有三种存在状态 前噬菌体 游离的具有感染性的噬菌体颗粒 宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸,溶原状态 十分稳定，能经历许多代 可中断 可“治愈”,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,噬菌体的应用,细菌的鉴定与分型 分子生物学研究的重要工具 细菌感染的诊断与治疗,第二节 细菌的基因转移和重组,基因转移（gene transfer） 重组（ recombination）,转化、接合、转导、溶原性转换和细胞融合,接合（conjugation）,接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。 接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，如：F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒。,接合,F质粒的接合 F+F 高频重组菌（high frequency recombination, Hfr） F F+ 、 Hfr、 F都为雄菌,接合（F+F）,接合 高频重组菌（Hfr）,接合 高频重组菌（Hfr）,接合 （性导，F）,R质粒 耐药转移因子 （resistance transf

6、er factor,RTF） 耐药（r）决定子,R质粒决定耐药的机制： 使细菌产生灭活抗生素的酶类 R质粒控制细菌改变药物作用的靶部位 R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性,转化（transformation）,转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,转化因子（transforming principle ） 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子 ， 分子量小于107，最多不超过1020个基因。 感受态（competence） 受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子。 细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附DNA的受体.,转化,转化,转化,转导（transduction）,转导是以转导噬菌体为载体，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。 普遍性转导（generalized transduction） 局限性转导（restricted transduction）,普遍性转导 （generalized transduction）,误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分,完全转导 流产转导,

7、普遍性转导,流产转导,局限性转导 （restricted transduction）,局限性转导或特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如噬菌体进入大肠埃希菌。,普遍性转导与局限性转导的区别,溶原性转换（ lysogenic conversion）,溶原性转换是当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状。,四 基因转座,转座子（transposon,Tn）,转座子的特征,第三节 细菌的基因突变,突变（mutation） 点突变（point mutation） 染色体畸变（chromosome aberration） 转换（transition） 颠换（transversion） 移码突变（transhift mutation）,一、基因突变机制和规律,1、自然突变 1）彷徨试验,影印培养试验,2）影印培养试验,3-6%食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培基,1. 形态、结构变异, 细菌的基因突变类型,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁),霍乱弧菌L型,正常霍乱弧菌,特殊结构的变异 42-43 炭疽杆菌失去形成芽胞能力, 毒性 10-20天 降低 变形杆菌（H） 1%石炭酸 （O） 迁徙生长 单个菌落,在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 （S） 或在有免疫力的人体内 （R）,2. 营养缺陷体突变,3. 耐药性变异,细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。 含链霉素培基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 长期培养,4. 毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素,5. 条件致死突变,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌 卡介苗 13年(230代),第四节 细菌基因表达的调节 第五节 细菌遗传变异在医学上的实际意义,

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