醫(yī)學(xué)微生物學(xué)6、遺傳變異人衛(wèi)

1、細(xì)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(xì)菌的變異現(xiàn)象,L型變異,青霉素、溶菌酶正常形態(tài)細(xì)菌──────→ L型變異 (部分或完全失去胞壁),,特殊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變異,變形桿菌（H） 1%石炭酸（O） 遷徙生長(zhǎng)

3、 菌落樣生長(zhǎng),,菌落變異,陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)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(fù)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(jié)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(xì)菌還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重

5、耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。 含鏈霉素培基痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)            長(zhǎng)期培養(yǎng),第二節(jié) 細(xì)菌的遺傳物質(zhì),一、細(xì)菌染色體（chromosome） 環(huán)狀雙螺旋的DNA長(zhǎng)鏈、按一定結(jié)構(gòu)反復(fù)回旋成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)附著于橫隔中介體或細(xì)胞膜,特點(diǎn),1. 相對(duì)較小，只有

6、一個(gè)復(fù)制起始位點(diǎn)2. 結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝基因3. 功能相關(guān)的基因高度集中成操縱子4. 具有連續(xù)的基因結(jié)構(gòu)，無(wú)內(nèi)含子,轉(zhuǎn)錄 后的RNA無(wú)需剪切5. 大部分基因具有編碼功能，且編碼序列多 無(wú)重疊6. 具有各種功能的識(shí)別區(qū)（含有特殊順序）,,,細(xì)菌染色體的復(fù)制 －－ 半保留復(fù)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(guān)基因的外源性DNA片斷－－ 兩側(cè)往往含有重復(fù)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(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，為環(huán)狀、閉合的雙股DNA；能自我復(fù)制；賦予細(xì)菌的某些重要的生物學(xué)性狀；并非細(xì)菌生命活動(dòng)所必需，可以自然丟失，也可以在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移；具有相容性與不相容性。,二、質(zhì)粒（plasmid),,,,,,質(zhì)粒的分類：,1、接合性質(zhì)粒與非接合性質(zhì)粒,2、嚴(yán)緊型質(zhì)粒與松弛型質(zhì)粒,3、相容性質(zhì)粒與不相容性質(zhì)粒

8、,4、具質(zhì)粒基因編碼的生物學(xué)性狀分,毒力質(zhì)粒（Vi）； 細(xì)菌素質(zhì)粒（col）等,致育性質(zhì)粒（F）；耐藥性質(zhì)粒（R）,三、轉(zhuǎn)座因子（tranponsable element) 細(xì)菌染色體或質(zhì)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(jī)轉(zhuǎn)移，但須依附于染色體或質(zhì)粒同時(shí)復(fù)制。 主要有三類： 插入序列（IS） 轉(zhuǎn)座子Tn 轉(zhuǎn)座噬菌體（Mu

9、噬菌體）,,插入序列（insertion sequence,IS）,-- 最小的轉(zhuǎn)位因子，長(zhǎng)度不超過(guò)2kb,-- 不攜帶任何與插入功能無(wú)關(guān)的基因區(qū)域,-- 往往插入后與插入點(diǎn)附近序列共同起作用 可能是原細(xì)胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一,-- 轉(zhuǎn)座子可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān),轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）,-- 長(zhǎng)度>2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因, 還攜帶多種結(jié)構(gòu)基因,四、整合子（Integron，In

10、) 一種運(yùn)動(dòng)性的DNA分子，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)化為功能性基因的表達(dá)單位?？纱嬖谟谌旧w、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，是細(xì)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(gè)或多個(gè)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(jié)構(gòu),5’,3’,intI,gene2,gene1,整合子

11、結(jié)構(gòu)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(diǎn)attI,?兩個(gè)啟動(dòng)區(qū)域,據(jù)intI基因的不同，可將In分為六類,?由3個(gè)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(dòng)的小分子DNA，僅攜帶一個(gè)基因和一個(gè)特異性重組位點(diǎn)（即attC），不含啟動(dòng)子?目前發(fā)現(xiàn)的基因盒攜帶的基因絕大多數(shù)為抗生素耐藥基因,細(xì)菌的許多相關(guān)基因串聯(lián)排列在染色體的特定部位，其上游有啟動(dòng)子和操縱基因序列，共同構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子。 其上游有調(diào)節(jié)基因控制操縱子的活動(dòng)。,第三節(jié) 細(xì)菌基因表達(dá)的調(diào)節(jié),一、抑制基因轉(zhuǎn)錄1、阻遏蛋白

13、：抑制基因轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)，有操縱基因結(jié)合區(qū)和誘導(dǎo)物結(jié)合區(qū)。2、輔阻遏物：酶反應(yīng)的終末產(chǎn)物或結(jié)構(gòu)相似的化合物，與阻遏蛋白和操縱基因結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)錄。,,二、促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄 分解物基因激活蛋白（CAP）能增強(qiáng)RNA聚合酶和啟動(dòng)子的結(jié)合，明顯提高基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯。,,一、突變 突變（mutation)—遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，包括置換、插入、缺失。 分為：點(diǎn)突變和染色體畸變 自然突變 誘

14、發(fā)突變,第四節(jié) 細(xì)菌變異的機(jī)理,,,突變的規(guī)律,（1）稀有性、突變率低，但有可誘導(dǎo)性（2）隨機(jī)性、自發(fā)性，外界因素有助于 突變菌株的選擇（3）回復(fù)突變往往是表型回復(fù),一）轉(zhuǎn)化（transformation) 供體菌 受體菌,游離DNA直接攝取,,二、基因的轉(zhuǎn)移與重組,條 件,供、受體菌具有同源性轉(zhuǎn)化因子分子量小于1X107，不超過(guò)10-20 基因3. 受體菌處于感受態(tài)（對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(xì)菌表面帶有大量吸附DNA的受體，包括DNA結(jié) 合蛋白、細(xì)胞壁自溶素、各種核酸酶 常出現(xiàn)在細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，持續(xù)時(shí)間不一 低滲的氯化鈣、冷休克可人工誘導(dǎo)感受態(tài),過(guò) 程,二）接合（conjugation)供體菌 受體菌,,性菌毛,質(zhì)粒或染色體DNA,凡是能通過(guò)接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，包括F質(zhì)粒

16、、R質(zhì)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(zhì)粒整合到染色體上,與染色體一起復(fù)制，整合后的細(xì)菌能以高頻率轉(zhuǎn)移該菌染色體上的基因。 Hfr菌上的F質(zhì)粒也可被正常切割，Hfr菌變?yōu)镕+菌。,2）Hfr ⅹ F - F-,,3）F’質(zhì)粒： Hfr菌上的F質(zhì)粒被異常切割時(shí)，常帶有染色

17、 體上幾個(gè)鄰近的基因，可導(dǎo)致其再感染菌遺 傳物質(zhì)的改變，此為性導(dǎo)。,-- 編碼對(duì)抗菌藥物的耐藥性,,4) R質(zhì)粒的接合,-- R質(zhì)粒與耐藥性有關(guān)，尤其與多重耐藥性有關(guān),-- R質(zhì)粒的組成,-- 編碼性菌毛的產(chǎn)生,耐藥傳遞因子（RTF）,耐藥決定因子,-- 幾個(gè)轉(zhuǎn)座子連接相鄰排列,三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction)供體菌 受體菌,供體DNA溫和噬菌體,,轉(zhuǎn)導(dǎo)分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和

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

19、色體發(fā)生重組,五）原生質(zhì)體融合（protopast fusion),-- 兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失 去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過(guò)程,-- 一種人工基因 轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，本質(zhì) 上與基因轉(zhuǎn)移 無(wú)關(guān)或關(guān)系很小,-- 聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體的融合,,三、變異機(jī)理小結(jié)：突變：基因的轉(zhuǎn)移與重組： 供體菌 方式 受體菌轉(zhuǎn)化：游離的DNA片段 直接

20、進(jìn)入 接合：接合性質(zhì)粒 以性菌毛為載體轉(zhuǎn)導(dǎo)：染色體或質(zhì)粒DNA 以溫和噬菌體為載體溶原性轉(zhuǎn)換 ： 前噬菌體直接整和 原生質(zhì)體的融合,,,,,細(xì)菌的耐藥性,獲得性耐藥,細(xì)菌耐藥的機(jī)制,遺傳機(jī)制,生化機(jī)制,固有耐藥,染色體突變,可傳遞的耐藥,接合，轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)導(dǎo),,,,,,,,R質(zhì)粒，轉(zhuǎn)座子，整合子,,第四節(jié) 細(xì)菌遺傳變異在醫(yī)學(xué) 上的實(shí)際意義,一、在傳染病的診、防、治上的應(yīng)用 診斷

21、疾病：形態(tài)、結(jié)構(gòu)的變異。 治療疾病：耐藥性變異，選擇敏感抗生素。 預(yù)防疾?。阂呙绲闹苽?。,二、在檢測(cè)致癌物質(zhì)方面的應(yīng)用,凡能誘導(dǎo)突變的物質(zhì)就有可能是致癌物質(zhì),,三、在流行病學(xué)研究方面的應(yīng)用,四、在基因工程上的應(yīng)用,－－ 將分子生物學(xué)的方法應(yīng)用于流行病學(xué)調(diào)查,－－ 追蹤基因水平的轉(zhuǎn)移與播散,1、簡(jiǎn)述質(zhì)粒的概念及其特點(diǎn)。2、什么是轉(zhuǎn)座子？簡(jiǎn)述它的醫(yī)學(xué)意義。3、簡(jiǎn)述細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移與重組的方式。4、微生物的遺傳變異在醫(yī)學(xué)