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噬菌体细菌遗传和变异课件

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  • 卖家[上传人]:F****n
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    • 1、第二章 细菌的遗传与变异,概述 细菌遗传变异的物质基础 细菌的变异现象与机制 细菌遗传变异的医学意义及其应用,概述,遗传(heredity) 子代与亲代的性状具有相似性,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。,变异分为,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。,细菌遗传变异的物质基础,染色体和染色体外遗传物质,质 粒,转座因子,整合子,噬菌体 基因组,一、细菌染色体,细菌染色体:环状dsDNA,不含组蛋白, 无核膜包围。,相对较小,只有一个复制起始位点 功能相关的基因转录出一条mRNA,分别合成各自蛋白 基因是连续的,没有内含子,不需要转录后的剪切和加工 基因组为单倍体,具有各种功能识别区,二、质粒(plasmid),细菌染色体外的遗传物质,环状闭合的双链DNA。 带有遗传性息,控制细菌的某些生物学性状,能 自行复制,并非细菌生长所必需。 几种重要的质粒 致育质粒(F质粒)

      2、耐药质粒(R质粒) 毒力质粒(Vi质粒) 细菌素质粒,1、致育质粒(F质粒),编码细菌性菌毛; 带有F质粒的为雄性菌,能长出性菌毛; 无F质粒的为雌性菌,无性菌毛; 性菌毛介导细菌之间的接合。,2、耐药质粒(R质粒),编码细菌对抗菌药物的耐药性。 可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒。 不能通过接合传递的非接合性耐药质粒,但可通过噬菌体传递。 危害,耐青霉素,耐链霉素,3、细菌素质粒,编码产生细菌素。 Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素,对同品系或近缘的细菌有抑制作用,4、毒力质粒(Vi质粒),编码与该菌致病性有关的毒力因子。 如致病性大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由ST质粒编码的。 细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的。,质粒的特征,具有自我复制能力,为复制子 决定细菌某些性状 可自行丢失与消除 有转移性:通过接合、转化、转导 可分为相容性和不相容性,三、噬菌体 (bacteriophage),病毒的特性: 个体微小,可以通过细菌滤器 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 分布极广,噬菌体:感染细菌、真菌、螺旋体等微生 物的病毒。,生物学性状 形

      3、态:蝌蚪形、微球形、细杆形 结构与化学组成:蝌蚪形分为头部和尾部,头部内为DNA或RNA,外及尾部由蛋白质包绕,生物学性状 抗原性:能刺激机体产生特异中和抗体 抵抗力:对7030分钟仍有抵抗力,耐脂溶 剂,对紫外线、X射线敏感 严格的宿主特异性细菌的鉴定与分型,分类:噬菌体与宿主菌的相互关系,裂解细菌,完成溶菌周期 毒性噬菌体 细菌不裂解,建立一种溶原状态 温和噬菌体,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(溶菌周期),称为毒性噬菌体 复制周期:吸附、穿入、生物合成、成熟与释放,毒性噬菌体,温和噬菌体或溶原性噬菌体(temperate phage) 噬菌体基因与宿主菌染色体整合,不产生子代噬菌体,噬菌体DNA能随细菌DNA复制,并随细菌的分裂而传代。 前噬菌体(prophage):整合在细菌基因组中 的噬菌体基因 溶原性细菌: 带有前噬菌体基因组的细菌,prophage: 整合在细菌基因 组中的噬菌体基因,溶原性细菌,温和噬菌体,温和噬菌体的溶原性,温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组-转变成毒性噬菌体,产生成熟子代噬菌体,导

      4、致细菌裂解。,温和噬菌体,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。如:白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理.,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期, 而毒性噬菌体则只有一个溶菌性周期。,四、转位因子,存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段 它能在DNA分子中移动,不断改变它们在基因组的位置,能从一个基因组转移到另一个基因组中。,转座因子,转位因子分为2类,插入序列(IS) 转座子(Tn),五、整合子,是一种运动型DNA分子,具有独特结构可捕获和整合外源性DNA分子,转变成功能基因表达单位。 定位于染色体和质粒或转座子 细菌固有的遗传单位 由两端保守区和中部可变区组成 可变区包含多个基因盒 5端保守区包含3个功能元件(整合酶基因、重组位点和启动子),六、转座噬菌体,噬菌体的遗传物质可整合到细菌染色体的任何位置,从而导致细菌的生物学性状改变。,前噬菌体,噬菌体,第二节 细菌的变异现象与机制,一、细菌的变异现象,形态结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异,细菌L型变异,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 (部分或完全失去胞壁),形态结构的变异:L型,鞭毛等的

      5、变异,葡萄球菌L型变异,毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌获得产白喉毒素能力,增强,毒力变异,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌卡介苗 13年(230代),减弱,菌落变异(S-R变异),在陈旧培养基中长期培养 光滑(S)型菌落 粗糙(R)型菌落 或在有免疫力的人体内 S型菌落致病力强,耐药性变异,概念:细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药:有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药 物,甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 含链霉素培基长期培养 链霉素敏感株,二、细菌的变异机制,基因的转移和重组(外源性基因的转移与重组) 基因的突变(内源性基因突变),(一)基因的转移和重组,重组(recombination) 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组,使受体菌获得供体菌的某些性状。 方式:细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、 转导、溶原性转换等方式进行。,1、转化(transformation),概念: 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。 证实: 转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。,转化试验,Tra

      6、nsformation in Bacteria,转 化,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10-20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。,2、接合(conjugation),概念: 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,F质粒、R质粒、 Col质粒和毒力质粒。,F质粒接合过程,R质粒接合,R质粒包括两部分 耐药传递因子(resistance transfer factor,RTF) 与F质粒相似,编码性菌毛的产生和通过接合转移 耐药(r)决定子 r-dir能编码对抗菌药物的耐药性,可由几个带有耐药基因的转座子连接相邻排列,R质粒接合,Tn 9,Tn 21,Tn 10,Tn 8,RTF,R determinant,3、转导(transduction),以温和噬菌体为载体,将供体菌的DNA转移到受体菌内,使受体菌获得新的性状。 根据转导基因片断范围,分为: 普遍性

      7、转导(general transduction) 局限性转导(restricted transduction),1)普遍性转导,结束溶原状态的温和噬菌体转变为毒性噬菌体 噬菌体复制过程中:误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部 该噬菌体以正常方式感染另一宿主菌,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,故称为普遍性转导。,受体菌,转导噬菌体,供体菌DNA,噬菌体DNA,普遍性转导示意图,受体菌,完全转导,流产转导,普遍性转导结局,2)局限性转导,概念:所转导的基因只限于供体菌染色体上特定的基因。 如大肠埃希菌K12 通过温和噬菌体转导,将决定半乳糖发酵特性的基因传递给志贺菌志贺菌获得发酵半乳糖的性质,4、溶原性转换( lysogenic conversion),概念:当噬菌体感染细菌使其成为溶原状态, 噬菌体的基因整合到宿主菌染色体中, 细菌获得新的性状。 如: 白喉棒状杆菌:棒状噬菌体感染白喉毒素,基因转移与重组四种形式的区别,类型 基因来源 转移方式 转化 供体菌 直接摄取 接合 供体菌 性菌毛沟通 转导 供体菌 噬菌体为载体 转换 噬菌体 溶原性基因整合,点突变:一对或少数几对硷基对的置换、插入或 缺失。 染色体畸变:较大范围的核苷酸序列发生易位、 缺失、重复、倒位等变化。,(二)基因突变,自发突变和诱发突变 突变率 自然突变率 (10-9-10-6) 诱导突变率 (10-6-10-4) 突变与选择 -影印培养试验 回复突变与抑制突变:野生型和突变型,1.基因突变规律,细菌遗传变异的实际应用,在诊断、治疗与预防中的应用 在流行病学方面的应用 致癌物质的检测 在基因工程中的应用,小 结,1、举例说明几种细菌变异现象 2、细菌的遗传物质染色体、质粒(特点)。 3、细菌变异的机制,细菌基因重组的方式转化、接合、转导和溶原性转换(概念)。,

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