醫(yī)學微生物學6、遺傳變異人衛(wèi)

1、細菌的遺傳和變異,遺傳 (heredity): 子代與親代的相似性 變異（variation): 子代與親代的差異 基因型變異（genotypic variation） — 遺傳物質結構改變而引起 表型變異（phenotypic variation） —外界環(huán)境條件作用而引起,,形態(tài)變異,3-6%食鹽鼠疫桿菌────→多形態(tài)性(衰殘型)。&

2、#160;        瓊脂培基,,第一節(jié) 細菌的變異現象,L型變異,青霉素、溶菌酶正常形態(tài)細菌──────→ L型變異 (部分或完全失去胞壁),,特殊結構變異,42-43℃炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力, 10-20天 毒性降低,特殊結構變異,變形桿菌（H） 1%石炭酸（O） 遷徙生長

3、 菌落樣生長,,菌落變異,陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)光滑型菌落 ─────→ 粗糙型菌落 S 失去LPS的特異性 R 多糖重復單位S R變異為全面變異。,,毒力變異,β棒狀噬菌體白喉棒狀桿菌────→ 獲得白喉毒素 膽汁、甘油、

4、馬鈴薯培養(yǎng)基牛型結核桿菌────────→卡介苗                    13年(230代),耐藥性變異,金黃色葡萄球菌耐PNC的菌株已從1946年的14%上升至目前的85%。有些細菌還表現為同時耐受多種抗菌藥物，即多重

5、耐藥性，甚至產生藥物依賴性。 含鏈霉素培基痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)            長期培養(yǎng),第二節(jié) 細菌的遺傳物質,一、細菌染色體（chromosome） 環(huán)狀雙螺旋的DNA長鏈、按一定結構反復回旋成松散的網狀結構附著于橫隔中介體或細胞膜,特點,1. 相對較小，只有

6、一個復制起始位點2. 結構基因多為單拷貝基因3. 功能相關的基因高度集中成操縱子4. 具有連續(xù)的基因結構，無內含子,轉錄 后的RNA無需剪切5. 大部分基因具有編碼功能，且編碼序列多 無重疊6. 具有各種功能的識別區(qū)（含有特殊順序）,,,細菌染色體的復制 －－ 半保留復制,,,致病島（pathogenicity island）,－－ 位于致病菌染色體上－－ 常為分子量較大（20～100kbp）的基因群－－

7、毒力相關基因的外源性DNA片斷－－ 兩側往往含有重復序列或插入序列－－ 其G＋C％與密碼使用與宿主菌染色體有明顯差異,細菌染色體外的遺傳物質，為環(huán)狀、閉合的雙股DNA；能自我復制；賦予細菌的某些重要的生物學性狀；并非細菌生命活動所必需，可以自然丟失，也可以在細菌間轉移；具有相容性與不相容性。,二、質粒（plasmid),,,,,,質粒的分類：,1、接合性質粒與非接合性質粒,2、嚴緊型質粒與松弛型質粒,3、相容性質粒與不相容性質粒

8、,4、具質?；蚓幋a的生物學性狀分,毒力質粒（Vi）； 細菌素質粒（col）等,致育性質粒（F）；耐藥性質粒（R）,三、轉座因子（tranponsable element) 細菌染色體或質粒DNA分子中一段特異的核苷酸序列片段，可在DNA分子中隨機轉移，但須依附于染色體或質粒同時復制。 主要有三類： 插入序列（IS） 轉座子Tn 轉座噬菌體（Mu

9、噬菌體）,,插入序列（insertion sequence,IS）,-- 最小的轉位因子，長度不超過2kb,-- 不攜帶任何與插入功能無關的基因區(qū)域,-- 往往插入后與插入點附近序列共同起作用 可能是原細胞正常代謝的調節(jié)開關之一,-- 轉座子可能與細菌的多重耐藥性有關,轉座子（transposon,Tn）,-- 長度>2kb，除攜帶與轉位有關的基因, 還攜帶多種結構基因,四、整合子（Integron，In

10、) 一種運動性的DNA分子，具有獨特結構可捕獲和整合外源性基因，使之轉化為功能性基因的表達單位?？纱嬖谟谌旧w、質粒或轉座子上，是細菌固有的遺傳單位。,又稱為整合子—基因盒系統(tǒng)（integron -gene cassettes system）,組成,,中間的可變區(qū)域 1個或多個基因盒,3’端保守區(qū)（3?CS）,5’端保守區(qū)（5?CS）,,整合子—基因盒系統(tǒng)的結構,5’,3’,intI,gene2,gene1,整合子

11、結構示意圖,,,attI,,,,,,,A,B,C,P1,P2,,,attC,5?CS,?intI基因,編碼整合酶integrase，催化基因盒整合至具有同源性的短序列（attI或attC）之間,?外源基因整合位點attI,?兩個啟動區(qū)域,據intI基因的不同，可將In分為六類,?由3個ORF組成 qacE?1 編碼季胺類化合物耐藥性 sul1 編碼磺胺類藥物耐藥性

12、 ORF5 功能不明,,,,,3?CS,基因盒（gene cassettes）?可移動的小分子DNA，僅攜帶一個基因和一個特異性重組位點（即attC），不含啟動子?目前發(fā)現的基因盒攜帶的基因絕大多數為抗生素耐藥基因,細菌的許多相關基因串聯排列在染色體的特定部位，其上游有啟動子和操縱基因序列，共同構成一個轉錄單位，稱為操縱子。 其上游有調節(jié)基因控制操縱子的活動。,第三節(jié) 細菌基因表達的調節(jié),一、抑制基因轉錄1、阻遏蛋白

13、：抑制基因轉錄的物質，有操縱基因結合區(qū)和誘導物結合區(qū)。2、輔阻遏物：酶反應的終末產物或結構相似的化合物，與阻遏蛋白和操縱基因結合，抑制基因轉錄。,,二、促進基因轉錄 分解物基因激活蛋白（CAP）能增強RNA聚合酶和啟動子的結合，明顯提高基因的轉錄與翻譯。,,一、突變 突變（mutation)—遺傳物質的結構發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，包括置換、插入、缺失。 分為：點突變和染色體畸變 自然突變 誘

14、發(fā)突變,第四節(jié) 細菌變異的機理,,,突變的規(guī)律,（1）稀有性、突變率低，但有可誘導性（2）隨機性、自發(fā)性，外界因素有助于 突變菌株的選擇（3）回復突變往往是表型回復,一）轉化（transformation) 供體菌 受體菌,游離DNA直接攝取,,二、基因的轉移與重組,條 件,供、受體菌具有同源性轉化因子分子量小于1X107，不超過10-20 基因3. 受體菌處于感受態(tài)（對數生長期）4.

15、 環(huán)境中的Ca2+、Mg2+ 、cAMP等可維持DNA穩(wěn)定性,感受態(tài)（competence）,細菌表面帶有大量吸附DNA的受體，包括DNA結 合蛋白、細胞壁自溶素、各種核酸酶 常出現在細菌的對數生長期，持續(xù)時間不一 低滲的氯化鈣、冷休克可人工誘導感受態(tài),過 程,二）接合（conjugation)供體菌 受體菌,,性菌毛,質粒或染色體DNA,凡是能通過接合方式轉移的質粒稱為接合性質粒，包括F質粒

16、、R質粒等,方式： 1) F+ ⅹ F- 2 F+,,Hfr菌株：高頻重組菌株（High frequency of recombination) F質粒整合到染色體上,與染色體一起復制，整合后的細菌能以高頻率轉移該菌染色體上的基因。 Hfr菌上的F質粒也可被正常切割，Hfr菌變?yōu)镕+菌。,2）Hfr ⅹ F - F-,,3）F’質粒： Hfr菌上的F質粒被異常切割時，常帶有染色

17、 體上幾個鄰近的基因，可導致其再感染菌遺 傳物質的改變，此為性導。,-- 編碼對抗菌藥物的耐藥性,,4) R質粒的接合,-- R質粒與耐藥性有關，尤其與多重耐藥性有關,-- R質粒的組成,-- 編碼性菌毛的產生,耐藥傳遞因子（RTF）,耐藥決定因子,-- 幾個轉座子連接相鄰排列,三）轉導（transduction)供體菌 受體菌,供體DNA溫和噬菌體,,轉導分為普遍性轉導和

18、局限性轉導兩類,1.普遍性轉導（Generalized transduction） 裂解末期的裝配錯誤所致，可轉導供體菌的任一基因片段。 分為：（1）完全轉導 （2）流產轉導,2.局限性轉導 溶原期的偏差脫落所致，只轉導供體菌染色體上個別特定的基因片段。,四）溶原性轉換（lysogenic conversion),導致細菌獲得新的性狀,溫和噬菌體以前噬菌體的形式與細菌染

19、色體發(fā)生重組,五）原生質體融合（protopast fusion),-- 兩種不同的細菌經溶菌酶或青霉素等處理，失 去細胞壁成為原生質體后進行彼此融合的過程,-- 一種人工基因 轉移系統(tǒng)，本質 上與基因轉移 無關或關系很小,-- 聚乙二醇可促使二種原生質體的融合,,三、變異機理小結：突變：基因的轉移與重組： 供體菌 方式 受體菌轉化：游離的DNA片段 直接

20、進入 接合：接合性質粒 以性菌毛為載體轉導：染色體或質粒DNA 以溫和噬菌體為載體溶原性轉換 ： 前噬菌體直接整和 原生質體的融合,,,,,細菌的耐藥性,獲得性耐藥,細菌耐藥的機制,遺傳機制,生化機制,固有耐藥,染色體突變,可傳遞的耐藥,接合，轉化，轉導,,,,,,,,R質粒，轉座子，整合子,,第四節(jié) 細菌遺傳變異在醫(yī)學 上的實際意義,一、在傳染病的診、防、治上的應用 診斷

21、疾?。盒螒B(tài)、結構的變異。 治療疾?。耗退幮宰儺?，選擇敏感抗生素。 預防疾病：疫苗的制備。,二、在檢測致癌物質方面的應用,凡能誘導突變的物質就有可能是致癌物質,,三、在流行病學研究方面的應用,四、在基因工程上的應用,－－ 將分子生物學的方法應用于流行病學調查,－－ 追蹤基因水平的轉移與播散,1、簡述質粒的概念及其特點。2、什么是轉座子？簡述它的醫(yī)學意義。3、簡述細菌基因轉移與重組的方式。4、微生物的遺傳變異在醫(yī)學