临床微生物检查课件 第3.4章噬菌体细菌遗传与变异.ppt

第四章 噬菌体（bacteriophage, phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒Date1特性： 个体微小，可以通过细菌滤器 结构简单，没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸（DNA/RNA）组成 严格寄生性，寄生在活的敏感的细胞内 分布极广Date2第一节 噬菌体的生物学性状形态个体小电子显微镜观察蝌蚪形、微球形、细杆形Date3电镜下见噬菌体40000 电镜下见噬菌体与宿主菌细胞膜表面接合40000Date4结构 头部：内含DNA/RNA 尾部：包括中空尾髓、尾鞘、尾板、尾丝、尾刺等 尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受体部位头部尾部尾鞘收缩尾丝与受体菌表面结合特异性！Date5 化学组成 蛋白质 构成头部的衣壳及尾部 保护核酸的作用，并决定噬菌体外形和表面特征 核酸 基因组大小2200Kb 核酸为DNA或RNA多数噬菌体的DNA为双链DNA多数RNA噬菌体的RNA为线状单链Date6噬菌体可分为两种类型：1.毒性噬菌体2.温和噬菌体/溶原性噬菌体Date7 第二节 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Date8 毒性噬菌体的溶菌周期（复制周期） 吸附释放子代噬菌体噬菌体的复制周期 增殖过程 吸附 穿入 生物合成 成熟与释放Date9吸附噬菌体与细菌表面受体特异性结合的过程Date10 穿入 有尾噬菌体吸附宿主菌后，借助尾部末端含有的溶菌酶，在细胞壁上溶一小孔，然后通过尾鞘的收缩，将头部核酸注入菌体内 无尾与细杆形噬菌体可以脱壳的方式核酸进入菌细胞内Date11毒性噬菌体Date12 生物合成 转录形成mRNA，转译成噬菌体所需的酶、调节蛋白和结构蛋白 以噬菌体核酸为模板，大量复制子代噬菌体的核酸Date13 成熟与释放 蛋白质和核酸合成后，在细胞质内装配成成熟的噬菌体 子代噬菌体达一定数目，菌细胞裂解，释放出子代噬菌体，又能感染新的敏感细菌 Date14Date15Date16Date17Date18毒性噬菌体溶菌现象 液体培养基：使浑浊菌液变为澄清Date19固体培养基：若用适量噬菌体和宿主菌液混合后接种培养，培养基表面可有透亮的溶菌空斑出现 一个空斑系由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成的，称为噬斑Date20第三节 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，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/溶原性噬菌体Date21温和噬菌体有三种存在状态：游离的具有感染性的噬菌体颗粒宿主菌细胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸前噬菌体Date22 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 溶原性细菌带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌Date23温和噬菌体的溶原性周期phage前噬菌体溶原菌Date24 溶原状态 随着溶原性细菌的分裂而将噬菌体基因传代的状态为溶原状态 能经历许多代 在某些条件如紫外线、X线、致癌剂、突变剂等作用下，可中断溶原状态进入溶菌性状态Date25Date26Date27Date28溶原性噬菌体具有溶菌性及溶原性二个周期Date29温和噬菌体Date30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，称为溶原性转换 白喉棒状杆菌产生白喉毒素，是因其前噬菌体（-棒状噬菌体）带有毒素蛋白结构基因（tox基因） Date31 噬菌体的应用 细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌， 分子生物学和基因工程研究的重要工具 噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，而且容易获得大量的突变体Date32 细菌感染的诊断与治疗 应用噬菌体效价增长试验可检测标本中的相应细菌。

在怀疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知噬菌体，37孵育68h，再测定该噬菌体的效价 辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用Date33第五章 细菌的遗传与变异Date34细菌变异的现象 形态结构变异 抗原性变异 菌落变异 毒力变异 耐药性变异Date35 遗传性变异： 是微生物的基因结构发生了改变，故又称基因型变异 常发生于个别的微生物，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Date36非遗传性变异：微生物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Date37 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Date38第一节 细菌基因组 染色体 质粒 噬菌体基因插入序列转座子 整合子主要组成特殊结构Date39 细菌染色体为一环状双股DNA链，呈超螺旋形式缠绕成团，构成核质（染色体长度约为菌体总长1000倍）。

内含细菌主要的遗传信息 G+菌核质连接在中介体上 G-菌核质连接在细胞膜某一点上细菌染色体 Date40质粒 plasmid概念：细菌染色体外的遗传物质，环状双股DNA携带有遗传信息，控制某些特定的遗传性状，可独立复制，与细菌的遗传变异有关大质粒几百个基因，占染色体的1%10%小质粒2030个基因，约为染色体的0.5%Date41 特征：自我复制可与染色体同步（紧密型）/不同步（松弛型）决定细菌某些生物学性状可自行丢失及消除不影响细菌存活可转移性可以各种方式转移到其它菌质粒可分为相容性与不相容性两种几种质粒可存在于同一菌体内，称相容性质粒Date42l质粒基因可编码很多重要的生物学性状 致育质粒（F质粒） 耐药性质粒 接合性耐药质粒（R质粒） 非接合耐药性质粒 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒 代谢质粒 Date43噬菌体基因组Date44插入序列（ insertion sequence,IS） 结构较简单，长度小于2Kb只带有自身插入所需要的酶基因，不带有任何与插入无关的基因Date45转座子（ transposon, Tn） 结构较复杂，分子量大（2Kb以上），除了含有与转位有关的基因外，还至少携带1个决定细菌遗传性状有关的基因（如耐药性基因、重金属抗性基因、毒素基因等） 带有耐药性基因的Tn，当Tn插入时，一方面可引起插入基因的失活产生基因突变、另一方面带入了耐药基因使细菌获得了耐药性Date46- 转 座 子 携带的耐药/毒素基因- Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素） Tn4 AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Tn5 Tn6 Km （卡那霉素）Ble（博来霉素） Tn1681 大肠埃希菌（肠毒素基因） Tn971、551 Em（红霉素）- 常见转座子种类Date47整合子（integron，In）：l是一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位l存在于许多细菌中，定位于染色体、质粒或转座子上，是细菌固有的一种遗传单位，可通过捕获外源性基因来增强生存的适应性Date48 是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化 可分为：点突变、染色体畸变 第二节 基因突变Date491、自发突变与诱发突变2、突变率 细菌自发突变率低约为10-910-6 ，在一些突变剂诱导下突变率可大大提高（101000倍）基因突变的规律Date503、突变与选择 细菌突变随机产生，不定向的，不受环境因素的影响，但在一定条件下被选择出来Date51突变与选择证明实验影印培养证明：耐药突变是自发的、随机的，药物只起选择作用无抗生素平板含抗生素平板标记点2耐药菌株影印用无菌丝绒布影印后丝绒布上对应菌落1含抗生素培养管（细菌生长 混浊）3 含抗生素培养管（细菌不生长 澄清）3Date524、回复突变与抑制突变 野生型（自然环境下的表型株） 突变型（发生了基因突变的菌株） 细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复野生型的性状突变回复突变野生型突变型Date53突变型细菌及其分离：突变型细菌可通过检测表型的改变加以鉴定： 耐药性突变型 药敏试验 营养缺陷突变型 营养物质筛选 条件致死性突变型 温度敏感试验 发酵阴性突变型 乳糖发酵试验Date54第三节 基因的转移和重组基因转移：外源性的遗传物质由供体菌进入受体菌细胞内的过程基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程基因的转移和重组使受体菌获得供体菌某些特性Date55外源性遗传物质： 供体菌染色体DNA片段，质粒DNA及噬菌体基因等细菌的基因转移和重组方式： 转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合Date56（一）转化 transformation供体菌裂解释放的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状小鼠体内肺炎链球菌转化经典试验Date57有荚膜肺炎链球菌（活菌）IIIS无荚膜肺炎链球菌（活菌）IIR有荚膜肺炎链球菌（死菌）IIISIIR活菌+IIIS死菌或IIR活菌+提取的IIIS DNA分离出S型有荚膜的活菌小鼠体内肺炎链球菌转化试验Griffith(1928)分离出SDate58 影响因素：l供、受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高l受菌的生理状态： 转化因子 感受态l环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化Date59（二）接合 conjugation供体菌通过性菌毛将遗传物质（质粒）传递给受体菌 接合性质粒能通过接合方式转移的质粒（F质粒、R质粒等） 非接合性质粒不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒Date60细菌接合示意图 扫描电镜15000Date61lF质粒（致育质粒）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Date62lHfr（高频重组株）： F质粒与染色体整合Hfr 具有高频率转移自身染色体至F-菌的能力 细菌染色体转移频率高，F质粒低 受体菌获得供体菌性状Date63Hfr转移细菌染色体过程Date64F质粒转移与复制形成高频重组株HfrHfrHfr形成F质粒F从Hfr上脱离的FDate65 带有F质粒、 Hfr、F质粒的细菌均是 F+菌，有性菌毛，可与F- 菌接合Date66R质粒的传递 目前，临床上多重耐药菌株的出现与R质粒通过接合传递密切相关R质粒组成：耐药传递因子（RTF) RTF类似F因子，可编码产生性菌毛并以接合方式转移耐药决定因子（r-det） r决定因子两端的IS可与RTF相连；且可有多个Tn连接排列是造成多重耐药的原因Date67RTFISR决定因子Tn9Tn4Tn5Tn9 耐氯霉素Tn4 耐氨苄青霉素、链霉素等Tn5 耐卡那霉素R质粒组成示意图Date68（三）转导 transduction 以噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移到受体菌中，使受体菌获得新的遗传性状Date69根据转导基因片段的性质范围，可将转导分为两种： 普遍性转导 转导的DNA可是供体菌染色体上的任何部分，也可以是质粒DNA 局限性转导 转导的DNA只限供体菌染色体上的特定基因Date70 普遍性转导示意图整合成功完全转导整合失败流产转导噬菌体DNA细菌DNA细菌被裂解感染新的细菌供体菌DNA与受体菌DNA整合Date71 普遍性转导可转移较大片段的DNA，而且由于噬菌体衣壳的保护，不易被降解，故转化效率较高Date72局限性转导 由温和噬菌体介导 所转导的DNA片段只限于供体菌染色体中个别特定的基因（如大肠杆菌噬菌体转导的半乳糖酶基因或生物素基因） Date73galbio噬菌体DNA正常偏离galbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNA局限性转导示意图Date74（四）溶原性转换 lysogenic conversion 概念 温和噬菌体以前噬菌体形式存在于细菌染色体中，并导致细菌基因型发生。