遗传变异

牛分枝杆菌
卡介苗
13年(230代)
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。
金黄色葡萄球菌
有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重 耐药性，甚至产生药物依赖性。
含链霉素培养基
痢疾杆菌
依链株
长期培养
菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
S
R
原因：失去LPS的特异多糖
几种重要的质粒
– 致育质粒（F质粒） – 耐药质粒（R质粒） – 毒力质粒（Vi质粒） – 细菌素质粒（Col质粒） – 代谢质粒
转位因子
是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。
➢ R质粒有耐药传递因子(RTF)和耐药决定子(r)两部 分组成。RTF的功能与F质粒相似，可编码性菌毛 的产生和通过接合转移；R决定子能编码对抗菌 药物的耐药性。
transformation conjugation transduction lysogenic conversion
基因来源 转移方式
Em 大肠埃希菌（肠毒素基因）
➢整合子（integron，In）：
定位于细菌染色体、质粒或转座子上 基本结构：两端为保守末端，中间为
可变区，含一个或多个基因盒 整合子含有3个功能元件：重组位点；
整合酶基因；启动子 通过转座子或接合性质粒，使多种耐
药基因在细菌中进行水平传播
整合子、转座子、质粒的关系：
结果
完全转导
整合
流产转导
未整合
局限性转导restricted transduction
或称特异性转导， 所转导的只限于 供体菌染色体上特定的基因。 溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌 染色体特定部位 噬菌体DNA发生偏差分离，将自身 的一段DNA留在细菌染色体上，而 带走了细菌DNA上两侧的基因。 当其转导并整合到受体菌中，使受 体菌获得供体菌的某些遗传性状。
抗体或补体
L型变异
(部分或完全失去胞壁)
特殊结构的变异
有荚膜的肺炎球菌
无荚膜的肺炎球菌
特殊结构的变异
42-43℃
炭疽杆菌
失去形成芽胞能力, 毒性降低
10-20天
变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 鞭毛变 点状生长、单个菌落（O）
异
毒力变异
增强
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌
获得白喉毒素
减弱
胆汁、甘油、马铃薯培养基
溶原性转换(lysogenic conversion)
当噬菌体感染细菌 时，宿主菌染色体 获得了噬菌体的 DNA片段，在溶原 状态时，使细菌获 得新的性状。
原生质体融合 (protoplast fusion)
基因的转移和重组的方式
转化 接合 转导
供体菌裂解游离的DNA片 段被受体菌直接摄取，使
自 发 突 变 的 证 实
耐药突变株在接触药物前已出现， 抗菌药物的作用只是选择耐药株
细菌遗传变异的实际意义
在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 在测定致癌物质中的应用 在流行病学中的应用 在基因工程中的应用
在疾病的诊断、治疗与预防中的应用
形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及 毒力等方面的变异，使得诊断复杂化 耐药菌株日益增多，预防耐药性 • 药敏实验 • 早期足量 • 要有一定疗程,联合用药 • 不要滥用 减毒菌株和无毒株可制备成疫苗
转化（transformation）
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。
转化(transformation):供体菌裂解游离的DNA
片段转入某受体菌细胞内的过程。
➢ 影响因素：
供受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高
感受态（competence）： 生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期
供体菌
噬菌体DNA
受体菌
细菌DNA
转导噬菌体
普遍性转导 generalized transduction
前噬菌体从溶原菌染色体上脱离 增殖时噬菌体的DNA大量复制，装配时可能发生错 误 转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，将其头 部的供体菌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。
在流行病学中的应用
分子生物学分 – 对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性
在基因工程中的应用
基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因 转移和重组而获得新性状的原理设计的 。
– 切取目的基因→连接到载体上→转移到工程菌 内，大量表达目的基因产物。
– 目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激 素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品。
供体菌 供体菌
直接摄取 性菌毛
供体菌 噬菌体为载体
噬菌体 整合
（二）基因突变
基因突变的特性：
基因突变的自发性和随机性
稀少性：自发突变率很低， 1×10－6 ～1×10－9 可诱变性：理化因素可提高突变率 稳定性 可逆性，恢复突变 突变的自发性与环境的选择作用
影印试验(replica plating)（1952年，Lederberg）
受体菌获得新的性状。
溶原性转换
原生质体融合
以噬菌体为载体，将供体菌 的一段DNA转移到受体菌内，
使受体菌获得新的性状。
接合(conjugation)
接合： 是细菌通过性菌毛将 遗传物质（主要是质 粒DNA）从供体菌转 移给受体菌。能通过 接合方式转移的质粒 称为接合性质粒。
R质粒的接合
➢ 细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R质粒的接 合转移等有关。
环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转化
转导（transduction）
以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转 移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。
– 普遍性转导（generalized transduction） – 局限性转导（restricted transduction）
普遍性转导( generalized transduction)
基因转移（gene transfer） – 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌
细胞的过程称为基因转移。 基因重组（ gene 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。
基因的转移和重组的方式
转化 接合 转导 溶原性转换 原生质体融合
转座子：可存在于质粒、染色体上； 整合子：可存在于转座子，质粒，染色体上； 质粒： 可携带转座子、整合子、染色体
DNA 在细菌间转移
转座噬菌体或前噬菌体
– 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合 到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生 物学性状。
细菌的变异机制
基因的转移和重组 基因的突变
（一）基因转移和重组
第五章 细菌的遗传和变异
遗传性变异（基因型变异）
非遗传性变异（表型变异）
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 + + -
个别细胞
非遗传性变异 + +
群体
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
形态结构变异
3-6%食盐
鼠疫耶氏菌
多形态性
陈旧培基物
青霉素、溶菌酶 正常形态细菌
插入序列（insertion sequence,IS） – 是最小的转位因子，＜2kb。 转座子（transposon,Tn）
– ＞2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性 基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。
– 可能与细菌的多重耐药性有关。
IS Resistance Gene(s) IS
细菌菌落变异（S－R变异）
S型菌落
R型菌落
细菌遗传变异的物质基础
基因组：染色体和染色体外遗传物质
质粒 转位因子
质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质， 是环状闭合的双链DNA。 带有遗传信息，并非细菌 生长所必需。
特征
– 自我复制能力 – 编码产物赋予细菌某些性状 – 可自行丢失与消除 – 转移性 – 相容性和不相容性
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3
Tn4 Tn5 Tn6 Tn7 Tn9 Tn10 Tn551 Tn971 Tn1681
携带耐药或毒素基因 AP（氨苄青霉素） AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Km（卡那霉素）
Km TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM
Cm（氯霉素） Tc（四环素） Em（红霉素）