6.第五章細菌的遺傳與變異_第1頁
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文檔簡介

1、第五章 細菌的遺傳與變異,第一節(jié) 細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎,一、基因組(genome) 細菌的基因組位于核體,是遺傳的主要物質(zhì)基礎。核體又稱染色體,是由兩條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈組成,含細菌的遺傳基因,控制細菌的遺傳與變異。,二、質(zhì)粒(plasmid),細菌染色體外的遺傳物質(zhì),是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳性息,能自行復制,隨細菌分裂轉移到子代細胞,并非細菌生長所必需。特征自我復制能力編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征可自行丟失與

2、消除轉移性相容性和不相容性,幾種重要的質(zhì)粒致育質(zhì)粒(F質(zhì)粒)耐藥質(zhì)粒毒力質(zhì)粒(Vi質(zhì)粒)細菌素質(zhì)粒代謝質(zhì)粒,三、轉座因子,是存在于細菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段,它能在DNA分子中移動,不斷改變它們在基因組的位置,能從一個基因組轉移到另一個基因組中。細菌的轉座因子有三種類型:插入序列(IS)、轉座子(Tn)以及某些特殊的噬菌體。,插入序列(insertion sequence,IS)是最小的轉位

3、因子,<2kb,不攜帶任何已知與插入功能無關的基因區(qū)域。轉座子(transposon,Tn)>2kb,除攜帶與轉位有關的基因外,還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結構基因??赡芘c細菌的多重耐藥性有關。,,Tn,轉座子的特征,轉座噬菌體或前噬菌體是一些具有轉座功能的溶原性噬菌體,當整合到細菌染色體上,能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W性狀。Mu分子量約2~2.5 kb,與一般溫和噬菌體不同,它可整合到大腸桿菌染色體的任何

4、位置,從而引起插入突變。,四、毒力島(PAI) PAI是指病原菌的某個或某些毒力基因群,分子結構與功能有別于細菌染色體,但位于細菌染色體之內(nèi),因此稱之為“島”。,笫二節(jié) 基因突變,基因突變(gene mutation)簡稱突變,是變異的一種,指生物細胞遺傳物質(zhì)DNA分子結構突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。它是生物進化的一個重要因素。,一、細菌變異的類型細菌的變異可分為非遺傳性變異和遺傳性變異。前者基因無改變,只

5、是為了適應外界環(huán)境的不適而發(fā)生的暫時性性狀改變,細菌的菌落形態(tài)變異多屬于此;后者基因發(fā)生改變,引起相應性狀的穩(wěn)定可遺傳的變化,因基因突變和基因重組所致。,遺傳性變異(基因型變異)非遺傳性變異(表型變異),細菌的基因突變按發(fā)生改變的范圍大小,分為染色體畸變和點突變。染色體畸變是指染色體一大段發(fā)生了變化,包括缺失、重復、插入、易位和倒置。點突變是相應基因上的DNA鏈中一個或少數(shù)幾個核苷酸對的改變,包括核苷酸對的置換(進一步可分為轉

6、換與顛換)和因缺失或插入而造成的移碼。,細菌的突變也可分為自發(fā)突變和人工誘變。自發(fā)突變是在未經(jīng)人工改變的外界條件下,自然發(fā)生的突變,它經(jīng)常發(fā)生,但發(fā)生的機率很低,通常僅約10-6~10-9。人工誘變是在應用誘變因素的影響下而發(fā)生的突變,其突變率常高于自然突變。,二、細菌常見的變異現(xiàn)象,菌落形態(tài)變異抗原變異抗性變異營養(yǎng)性變異,菌落形態(tài)變異,細菌的菌落分為兩種類型,光滑型和粗糙型。在一定條件下,光滑型菌落可變?yōu)榇植谛停Q為S→R變

7、異。S→R變異,經(jīng)常伴隨著S型抗原的喪失和病原菌毒力由強變?nèi)醯刃誀畹母淖儭?由于細菌基因突變而引起其抗原結構發(fā)生改變的變異類型。當編碼細菌的抗原結構包括菌體抗原、鞭毛抗原、莢膜抗原等的基因發(fā)生突變時,細菌形成相應抗原結構的能力喪失,引起細菌抗原性變異。如常見的細菌細胞壁缺陷變異(細菌L型等)、莢膜變異或鞭毛變異等。,抗原變異,特殊結構的變異  42-43℃炭疽桿菌

8、 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天          變形桿菌 0.1%石炭酸 遷徙生長(H) 點狀生長、單個菌落(O),,,抗性變異,是對某種化學藥物或致死物理因子抗性的變異。通過自發(fā)突變以及抗性遺傳因子的傳遞,而產(chǎn)

9、生大多數(shù)抗性。 它和化學藥物的存在并無關系,細菌獲得抗性以后,即使在沒有藥物的條件下生長繁殖數(shù)代,一般也不喪失抗性。有些細菌還同時耐受多種抗菌藥物,即多重耐藥性,甚至產(chǎn)生藥物依賴性。,營養(yǎng)型變異,營養(yǎng)缺陷型變異是細菌喪失合成一種或幾種生長因子的能力,無法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的變異類型。如變異株喪失對某種糖類、維生素、氨基酸或其它生長因子的合成能力,在補充這些營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基上才能生長。這種突變對研究細菌代謝產(chǎn)物的生物合成途徑很

10、有用處。,第三節(jié) 基因的轉移和重組,基因轉移(gene transfer) 外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉入某受體菌細胞的過程稱為基因轉移。重組( recombination)轉移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組,使受體菌獲得供體菌的某些性狀。細菌的基因轉移和重組可通過轉化、轉導、接合、溶原性轉換和原生質(zhì)體融合等方式進行。,轉化(transformation),供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取,使受體菌獲得新的性狀

11、。轉化現(xiàn)象不是所有細菌都有轉化現(xiàn)象。大多數(shù)細菌不能接受外源性DNA,不能將它整合到染色體之中;另外,細菌還能產(chǎn)生內(nèi)切酶,能識別并破壞進入細胞的外源性DNA。是否發(fā)生轉化與菌株在進化過程中的親緣關系有著密切的聯(lián)系。,轉化試驗,,,,,,,,,,,,,,,,轉化因子(transforming principle )在轉化過程中,轉化的DNA片段稱為轉化因子 ,分子量小于107,最多不超過10~20個基因。感受態(tài)(competence

12、),,轉導(transduction),以溫和噬菌體為載體,將供體菌的一段DNA轉移到受體菌內(nèi),使受體菌獲得新的性狀。 普遍性轉導(generalized transduction)局限性轉導(restricted transduction),普遍性轉導generalized transduction,前噬菌體從溶原菌染色體上脫離,進行增殖,在裂解期的后期,噬菌體的DNA已大量復制,裝配時可能會發(fā)生裝配錯誤,誤將細菌的DNA片段裝

13、入噬菌體的頭部,成為一個轉導噬菌體。轉導噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌,并將其頭部的染色體注入受體菌內(nèi)。誤被裝入的DNA可以是供體菌染色體上任何部分。,供體菌,,結果完全轉導流產(chǎn)轉導,局限性轉導restricted transduction,或稱特異性轉導, 所轉導的只限于供體菌染色體上特定的基因。溶原期時,噬菌體DNA整合在細菌染色體特定部位,噬菌體DNA發(fā)生偏差分離,將自身的一段DNA留在細菌染色體上,而帶走了細菌D

14、NA上兩側的基因。當其轉導并整合到受體菌中,使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉導的只限于供體菌上個別的基因。,普遍性轉導與局限性轉導的區(qū)別,接合(conjugation),細菌通過性菌毛相互連接溝通,將遺傳物質(zhì)(主要是質(zhì)粒DNA)從供體菌轉移給受體菌。 接合性質(zhì)粒:能通過接合方式轉移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒,F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。,原生質(zhì)體融合,原生質(zhì)體融合是通過物理、化學、生物的方法,使遺傳性狀不同的兩細菌細胞的原

15、生質(zhì)體發(fā)生融合,并進而發(fā)生遺傳重組,以產(chǎn)生同時帶有雙親性狀的、遺傳性穩(wěn)定的融合子的過程。,轉染受體菌獲得從噬菌體而非從其它供體菌提取的DNA的過程,稱為轉染。另外,轉染一詞更廣泛地用于真核生物細胞,其含義有差別,指真核細胞通過病毒感染,獲得某一片段DNA或RNA的過程。與原生質(zhì)體融合一樣,轉染也是一種人為的手段,通常多用于哺乳動物細胞,往往為了獲得重組病毒而設計。,非遺傳變異

16、 點突變細菌的變異 基因突變 易位、倒置、插入

17、 染色體畸變 缺失、重復 遺傳性變異

18、 轉化 外源性基因的轉移 轉導 接合

19、 原生質(zhì)體融合 轉染,,,,,,第四節(jié) 細菌遺傳變異的實際意義,一、在診斷上的應用各種細菌的生物學性狀在一定條件下是相對穩(wěn)定的,這對于臨床上確診細菌性疾病是非常重要的,但在細菌學檢查中,也能出現(xiàn)一些變異菌株(如:形態(tài)結構、生化反應、毒力等

20、均可發(fā)生改變)。因此,如果不了解細菌的變異現(xiàn)象和規(guī)律,對細菌性感染性疾病很難正確診斷。,二、在治療上的應用 耐藥菌株日益增多,為確保治療效果,應事先做藥敏試驗,選用敏感藥物治療。同時可以使用兩種或兩種以上藥物,以減少耐藥菌株的出現(xiàn)而提高療效。,三、在預防上的應用卡介苗、炭疽菌苗等都是用病原微生物的減毒株來制成的。目前則應用變異的原理通過選擇和基因工程來獲得新的變異株,以制備更理想的菌苗 如:基因工程多價聯(lián)苗。,四、在基因工程

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