微生物免疫学：第三节、突变株的类型及实际应用

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【doc】小菌落突变株：一种利于持续复发性感染的细菌致病形式

小菌落突变株：一种利于持续复发性感染的细菌致病形式388生物技术通讯LETFERSINBIOTECHNOLOGYV o1.20No.3May,2009doi:10.3969~.issn.1009-0002.2009.03.026小菌落突变株:一种利于持续复发性感染的细菌致病形式何娟梅,朱国强扬州大学兽医学院,江苏扬州225009综述[摘要]小菌落突变株是一种具有独特表型及致病特征且生长缓慢的细菌亚群.在表型上,小菌落突变株表现为生长率低,菌落形态不规则及生化特性异常,这使得临床微生物学家在鉴定时遇到了挑战.在临床上,小菌落突变株比相应的野生株更能持续存在于哺乳动物细胞中,且对抗生素更不敏感.当宿主细胞形成应急的保护性环境时,小菌落突变株会引发隐性或复发性感染.这篇综述涵盖了小菌落突变株相关表型,遗传及临床上的特征,重点描述目前研究最多的葡萄球菌.[关键词]小菌落突变株;持续复发性感染;表型;临床特征[中图分类号]Q935;Q378[文献标识码]A[文章编号]1009—0002(2009)03—0388—08SmallColonyV ariants:aPathogenicFormofBacteriathatFacilitatesPersistentand RecurrentInfectionsHEJuan-Mei,ZHUGuo——QiangCollegeofV eterinaryMedicine,Y angzhouUniversity,Y angzhou225009,China [Abstract]Smallcolonyvariantsconstituteaslow—growingsubpopulationofbacteriawithdistinctivephenotypieand pathogenictraits.Phenotypically,smallcolonyvariantshaveaslowgrowthrate,atypicalcolonymorphologyandunusualbiochemicalcharacteristics,makingthemachallengeforclinicalmicrobiologiststoidentify. Clinically,smallcolonyvariants arebetterabletopersistinmammaliancellsandarelesssusceptibletoantibioticsthantheirwil d-typecounterparts,and cancauselatentorrecurrentinfectionsonemergencefromtheprotectiveenvironmentoftheh ostcel1.Thisreviewcoveredthephenotypic,geneticandclinicalpictureassociatedwithsmallcolonyvariants,withanemp hasisonstaphylococci,for whichthegreatestamountofinformationisavailable.[Keywords]smallcolonyvariants;persistentandrecurrentinfection;phenotype;clinicalcha racteristics细菌小菌落突变株(smallcolonyvariants,SCV)于1910年被首次报道为一种异常的伤寒埃氏杆菌(现属肠伤寒沙门菌)[1-2].正如其名称所示,SCV最显着的特征就是菌落大小仅接近于野生株的1/10.自首次报道以来,在多数细菌种属中均有SCV的描述,如金黄色葡萄球菌(金葡菌),耐甲氧西林金葡菌,表皮葡萄球菌[5J,头部葡萄球菌,铜绿假单胞菌171,洋葱伯氏菌属目,沙门菌,霍乱弧菌属[1Ol,志贺杆菌【l1],羊流产布氏杆菌,大肠杆菌_131,乳酸菌㈣,黏质沙雷菌[1引和淋病奈瑟菌等.此外,已从临床样本(如脓汁fl7_蠲,血0,23~-32],骨髓和关节[23,3-38],呼吸道附-28,39",软组织1,)中分离出多种细菌SCV.最初的研究焦点是解释SCV的低生长率,以及检测菌株以确定恢复至野生型生长率所需要的特定物质.用诸如甲萘醌,正铁血红素,硫胺素,不饱和脂肪酸和C0之类的化合物刺激SCV的生长[47-49],对大量分离株进行检测,发现上述前3种化合物是可以刺激菌株生长的鳓.据这些早期研究报道,SCV的氧化磷酸化能力比野生株弱.在SCV的营养缺陷型资料中,依据细菌新陈代谢的现代理解,指出了电子传递相关途径的缺陷所在:硫胺素是甲萘醌生物合成所必需的,而甲萘醌则用于形成醌(维生素K2)和正铁血红素.当报道有一群患者感染了持续,复发性且有抗生素抗性的金葡菌SCV时,人们才开始认识到电子传递缺陷型SCV在临床上的重要性.在这篇综述中,我们概述了电子传递缺陷及胸腺嘧啶合成缺乏与SCV表型之间的关系,叙述了SCV的临床重要性,并展望SCV的研究前景.虽然已发现了许多细菌种属的SCV,但对葡萄球菌SCV的研究较广泛,故我们将金黄色葡萄球菌选作模式微生物.1营养缺陷型SCV细菌新陈代谢中的许多变化都会引起菌体生长缓慢,但临床样本中分离的SCV只发现少量的代谢缺陷株,其中有2种SCV相继被分离,即电子传递缺陷型SCV和胸腺嘧啶合成缺陷型SCV.前者属于典型的营养缺陷型,表现为甲萘醌或正铁血红素生物合成缺陷,该表型可通过补给甲萘醌或正铁血红素进行逆转(将在后面讨论).典型的金葡菌SCV表型还包括:呼吸作用减弱,色素沉着减少,溶血活性降低,凝固酶活性减弱,对氨基糖苷类的抗性增强,以及具有不稳定的菌落表型[47-49].生长率,对氨[收稿日期]2008—10—06[基金项目]国家自然科学基金(30571374,30771603)[作者简介]何娟梅(1984一),女,硕士研究生[通信作者]朱国强,(E-mail)***************.cn何娟梅等:小菌落突变株:一种利于持续复发性感染的细菌致病形式389 表1人类样本中分离的非葡萄球菌小菌落突变株细菌感染的类型或部位,样本参考文献羊流产布氏杆菌亚急性细菌性心内膜炎(血平板培养)12洋葱伯氏杆菌囊性纤维病患者的肺部和其他气管8类鼻疽伯氏杆菌试验性类鼻疽87大肠杆菌假体股部慢性感染,泌尿道感染,13,38,120,121人类粪便乳酸菌人类粪便14淋病奈瑟菌淋病(尿道,子宫颈,阴道)68铜绿假单胞菌囊性纤维病患者的肺部和其他气管86,88,89沙门菌伤寒热病2,122基糖苷类的敏感性,色素沉着及毒素产生都与电子传递有关,因此可用整体论假说解释这一现象(后文详述).由于甲萘醌的生物合成需要硫胺素,故硫胺素缺陷型SCV属于甲萘醌缺陷型SCV的一个亚型.胸腺嘧啶缺陷型SCV具有与电子传递缺陷型SCV相似的表型,其原理尚未知晓.有学者认为胸腺嘧啶缺陷型SCV是双重突变株,因为它们能从脓汁中分离到,而这些脓汁富含金葡菌DNA酶作用后所释放的胸腺嘧啶.金葡菌SCV通过nupC摄取胸腺嘧啶,nupC是一种10次跨膜蛋白,它需要一个电化学梯度以实现对胸腺嘧啶的吸收[51-52].在枯草芽孢杆菌中,nupC基因突变会使嘧啶吸收量降至正常量的1/5[5".与枯草杆菌类似,金葡菌基因组中只发现一个nup家族基因,而大肠杆菌中则发现有2 个,即nupG和nup05".胸腺嘧啶合成过程中需要电化学梯度和醌,这为2种缺陷型SCV之间的联系提供了一些线索,但具体的联系有待进一步研究.还分离出一些其他缺陷型SCV,如CO2缺陷型[19-2125,28,53],并发现了一些未知的缺陷型SCV.C0:是金葡菌生长的非特异性刺激物,其缺陷型是在厌氧罐中发现的.在我们的研究中尚未发现CO缺陷型,关于CO缺陷型的报道可能是依据生长的非特异性刺激试验(包括对电子传递突变体的刺激).我们猜想,SCV也可能由其他缺陷引起(如一ATP酶和细胞色素类),这些缺陷不引起甲萘醌或正铁血红素的缺乏,却可导致电子传递出现障碍.1.1电子传递缺陷型SCV有几种遗传突变可产生电子传递缺陷型SCV表型,即发生在menD,hemB及ctoA上的突变[55-571.menD和hemB突变可以阻断甲萘醌和血红素的生物合成,而甲萘醌合成的醌和血红素合成的细胞色素都是电子传递系统的组成成分.catA突变可以阻断血红素A的合成,而血红素A也参与细胞色素的合成.并且,catA突变株具有SCV的典型特征,包括菌落变小,调控RNA的RNAⅢ表达量减少,d毒素和毒素休克综合征毒素1的产量降低,对氨基糖苷类的抗性增强.在肠道伤寒沙门菌中,hemL突变会产生可持续感染模式动物的SCVrSS3.另外,在慢性复发性股部感染的部位分离到hemB突变的大肠杆菌SCV[.实践证明,通过临床分离株确定金葡菌SCV精确的遗传损伤是很难的,但利用补充给药法恢复菌株表型有助于研究甲萘醌和正铁血红素生物合成途径中的缺陷.甲萘醌缺陷型的表型可通过补给邻琥珀酰苯甲酸酯(而不是异分支酸)得到恢复,由此可知,甲萘醌合成途径的阻断发生在这2种化合物之间.我们希望通过确定相关的特异性遗传变化了解SCV是如何恢复亲代表型的.为了描述遗传学上已明确的金葡菌SCV的表型特征,并验证电子传递缺陷有利于细菌在细胞内持续存活的假说,有学者通过阻断金葡菌的hemB基因,构建了一个稳定的电子传递缺陷突变株阁.该假说源于对SCV的观察,发现初次感染SCV多年后仍可引起复发感染.还发现金葡菌SCV可在体外培养的哺乳动物细胞中持续存在,这表明复发感染可能是由于该细菌在宿主细胞保护性环境中有一定的存活率.卟啉环位于血红素的辅基上,参与其生物合成的酶中有一种是由hemB编码的,血红素又是细胞色素的辅基,而细胞色素在电子传递中扮演着重要的角色.金葡菌hemB突变株具有临床SCV的典型特征:固体琼脂培养为细小菌落;液体培养则生长缓慢;色素形成减少;溶血活性降低(0.25%,野生型金葡菌则为89%);凝固酶活性降低;对氨基糖苷类的抗性增强(庆大霉素的最小抑菌浓度即MIC为0.5Ixg/mL,而对野生型金葡菌的MIC则少于0.031txg/mL;卡那霉素的MIC分别是2.O和0.25Ixg/mL);非典型的生化反应,如对乳糖,松二糖和甘露醇的发酵作用减弱,不还原硝酸盐,对N一乙酰葡萄糖胺的利用减少嘲.在1.0I~g/mL正铁血红素存在的条件下培养hemB突变株,或将完整的hemB基因转化到突变株,都可以恢复SCV的所有表型特性.通过Western—blot和Northern～blot分析显示,金葡菌亲代株可产生0【毒素蛋白和mRNA,但在hemB突变株中却未检测到这2种物质【55J.因此,可通过血管内感染模型测定菌株在细胞内的存活率[591.在溶葡球菌酶存在的条件下培养24或48h,内皮细胞中hemB突变株的存活率是亲代株的200多倍嘲.SCV的细胞内摄作用可能使其免受宿主防御和抗菌剂作用,由此可解释为何从宿主组织中清除金葡菌SCV会那么困难[4o,47,.55,59-6o]. 进一步的研究表明,与亲代株相比,更多数量的hemB突变株可结合纤维蛋白素原和纤维结合素,用流式细胞术进行估定,发现这与细菌表面黏附素的表达增加有关【61].应用实时定量反转录酶聚合酶链式反应(RT—PCR)技术,发现hemB突变株的凝集因子A(基因为dfa)和纤维结合素黏连蛋白(基因为6)的表达量比野生株更高.此外,在不同的金葡菌中,hemB突变株也比其亲代株更能有效地进入人胚胎肾细胞,这大概是因为hemB突变株的纤维结合表面配基暴露增]JIl[6".由于膜势能(△)可以促进氨基糖苷类的吸收,故研究SCV及其相应亲代株(包括临床分离株和已确定的突变体)的△1I,下降情况,可分析SCV对氨基糖苷类敏感度降低的原因[7,62-63].在含葡萄糖并有强缓冲能力的生化鉴定培养基上培养SCV,其可产生一个与亲代株相当的初始△(一120-一140mV).但是,当葡萄糖消耗殆尽时,SCV的△会降低至一60mV.尽管亲代株的△也会降低,但在Krebs循环(三羧酸循环)开始运转后,△会迅速恢复.然而,SCV不能激活Krebs循环嗍,也就无法恢复△.因此,SCV对氨基糖苷类的敏感度是亲代株的1/10~1/30.阳离子肽也有类似的现象,它需要一个△1Ir以对抗葡萄球菌嘲.宿主细胞中的阳离子肽可能有助于SCV保持其表型.金葡菌SCV对作用于细胞壁的抗生素具有更强的抗药性,它们生长缓慢,因而减少了细胞壁的分裂,降低了B一内酰胺抗生素对它的功效[g-~6"0.最近,有一种蛋白质组研究方法,即将二维凝胶电泳与基质辅助激光吸收/解吸飞行时间的光谱测定法相结合,用于研究金葡菌hemB突变株嗍.由于hemB突变株的电子传递链是中断的,故不能以氧和硝酸盐作为电子最终受体.在突变体生长的所有阶段中,参与糖酵解途径的蛋白质(3一磷酸甘油醛脱氢酶,烯醇390告技术H通Gv?.一No.SINBIOrFECNOLOol213No3--May,2…1.109一IJEmRHGYV.j,酶,磷酸甘油酸激酶)和参与发酵途径的蛋白质(乳酸脱氢酶,乙醇脱氢酶,丙酮酸裂解酶)的浓度都有增加.这一研究表明,hemB突变株是通过葡萄糖或果糖的底物水平磷酸化产生ATP的.分析发酵反应可知其主要产物是乳酸.对c(编码顺鸟头酸酶)进行转录分析表明,citB的表达在hemB突变株中是负调的.另外,精氨酸脱氨酶途径被诱导,这种缺氧途径可以合成ATP和释放氨,有助于中和SCV产生的乳酸.值得注意的是,hemB突变株的多数胞外毒力因子(除蛋白酶和黏附素)的表达量显着减少了.在其他细菌种属中描述的SCV表型也有许多相同的特性,如正铁血红素,硫胺素和甲萘醌缺乏(大肠杆菌,淋病奈瑟菌,伤寒沙门菌)[13删;色素形成减少(绿脓杆菌的脓毒素)删;糖发酵减少(大肠杆菌,志贺菌属)_7'1;能恢复亲代株表型(志贺菌属,大肠杆菌,变形菌属,肺炎克雷伯菌,斯氏普罗威登斯菌,阴沟肠杆菌,黏质沙雷菌,伤寒沙门菌,弗氏柠檬酸菌)[10-13,15-16,3蛳;电子传递链活性降低(由呼吸作用的减弱判定),美兰或四唑氮蓝染色变浅,糖氧化分解减弱,ATP产量下降(志贺菌属,大肠杆菌,沙门菌,绿脓杆菌),69,71-72]等.在最近的一项研究中,用伤寒沙门菌感染NRK一49F成纤维细胞,并分离出103株SCVtSS~,发现其中3株持续存活于细胞内的SCV在hemL,aroD和ldh上有缺陷(在沙门菌中,hemL,aroD 分别参与血红素和甲萘醌的生物合成),并且发现这些SCV诱导的细胞溶解比其野生型少.此外,尽管SCV的毒力比其野生型弱,但它们在BALB/c小鼠中能存活更久.这些资料再次呈现了葡萄球菌SCV的表型和临床发生过程,并表明SCV表型可能是细菌在哺乳动物中持续存活的普遍机制.1-2胸腺嘧啶合成缺陷型SCV囊性纤维化(CF)患者长期服用甲氧苄啶和磺胺甲基异嗯唑(SXT),会产生胸腺嘧啶依赖性SCV[39,4.对分离自CF患者气管的SCV进行分析显示,176株SCV中有122株是胸腺嘧啶依赖性[39,4".CF患者经长期的SXT治疗,产生的胸腺嘧啶依赖性SCV对SXT有抗药性,相反,分离自同一患者的亲代株则对SXT 敏感[39,4".四氢叶酸是胸苷酸合成酶的辅酶,而该合成酶催化dUMP合成dTM.虽然SXT可干扰四氢叶酸途径,但研究人员发现,典型的临床胸腺嘧啶缺陷型SCV可通过转入(编码胸苷酸合成酶)以恢复表型.dTMP是DNA合成所必需的,故通过SXT治疗可抑制SXT敏感性金葡菌.胸腺嘧啶依赖性SCV为了抵抗SXT而吸收胞外胸腺嘧啶,最终绕过SXT抑制途径,因此,胸腺嘧啶依赖性SCV 可依靠外源性胸腺嘧啶存活.由此推测,在CF患者的气管分泌物中存在的大量胸腺嘧啶,是源于坏死细胞释放的DNA被金葡菌DNA酶降解.胸腺嘧啶依赖性SCV的表型与培养基中的胸腺嘧啶含量有关.我们猜测,胸腺嘧啶依赖性SCV还有另一种突变(在nupC上),即减缓胸腺嘧啶吸收的突变,如枯草杆菌nupC突变株能吸收胸腺嘧啶,但吸收效率是其野生型的1/5E5".而且,当SCV从肺部分泌物进入组织或细胞时,胸腺嘧啶的浓度会降低,以维持SCV的表型.若有大量胸腺嘧啶存在,则SCV的生长类似野生型金葡菌.胸腺嘧啶依赖性SCV有2种菌落形态,即"煎蛋"型和"针尖"型.前者的菌落边缘为半透明,中问呈有色的小隆起状;后者菌落的大小是正常金葡菌的1/10.胸腺嘧啶依赖性SCV革兰染色观察是多形球菌,电子显微镜下可见放大的球菌具有不完整或多重交叉的细胞壁,这表明是受损细胞的分离[77】.正铁血红素缺陷的金葡菌SCV也发现了类似的细胞壁变化.所有的表型变化都可以通过补给胸腺嘧啶而得到恢复.在接受抗生素(不是甲氧苄啶和磺胺甲基异嗯唑)治疗的患者的非肺部部位也分离出胸腺嘧啶缺陷型SCVrTS~.对表面毒力调控子基因agr和sara,选择压力调控子基因,调控毒力基因h/a和spa进行转录分析,应用Northern—blot或RT—PCR技术,发现与同源金葡菌正常菌株相比,上述调控子在胸腺嘧啶依赖性SCV中的表达是负调的791.在具有agr-表型的胸腺嘧啶依赖性SCV中,spa的转录增加,而hla的转录则减少.若补给胸腺嘧啶,大多数SCV的agr,spa及hla转录会完全或部分得到恢复.此外,在SCV生长的对数期早期,加入分离自同源野生型金葡菌的自身诱导肽,可激活agr转录.以上资料说明,SCV的agr系统是不活跃的.在补给胸腺嘧啶后,与agr无关的s和sara的表达可得到恢复,这表明调控子表达的各种改变归因于调控机制而不是自身诱导肽系统.由于调控子和毒力基因表达的复杂变化,胸腺嘧啶依赖性SCV的毒力减弱,但却能持续存活于CF患者气管的不利环境中,从而说明细菌在长期持续存活中产生了适应力.2SCV感染的临床症状SCV与持续复发性感染之间是有联系的,这一观点在2O世纪90年代中期才被认知_17,39,47,8O].1995年首次报道了这么一个模型,即金葡菌SCV表型的复杂变化及电子传递变更与持续复发性感染的临床形式有关.在5位患者身上发现金葡菌SCV引起的显着持续感染和抗生素抗性感染.进一步分析可知,在添加甲萘醌,正铁血红素和CO后,营养缺陷型SCV可恢复至正常菌落形态.继之,掀起了研究金葡菌SCV和凝固酶阴性葡萄球菌的热潮,并报道了许多相关病例和前瞻性研究8,34,3"7,4O.-435.-S.S],如革兰阴性SCV的临床案例[8,38,86-9o].不同的研究显示,I临床样本中SCV的发病率约为l%一30%.某常规微生物学实验室发现在1110个分离株中就有1%为金葡菌SCVtZ~.分析72位CF病人的痰液显示约70%(52/72)是长期感染金葡菌的,而其中的46%(24/52)为SCVt'*1.对分离自骨髓炎患者骨髓或深层组织提取物的金葡菌进行研究,发现有29%的患者感染金葡菌SCV(4/14)t】.另外,还在135个子宫颈样本中发现了3株淋病奈瑟菌SCV(0.02%)[硎.因此,SCV并不罕见,但却很难分离.与正常的葡萄球菌相比,SCV的生长要求很苛刻.SCV在兔血琼脂上培养24-72h后,表现为无色素,不溶血,针尖形菌落.除了这些非典型的菌落形态外,它们还具有典型的生化反应缺乏或减弱(如甘露醇食盐琼脂阴性).在进行试管试验时,许多金葡菌SCV只有在培养18h后才会出现凝固酶阳性.SCV这些不寻常的形态学和生理学特征,使得临床微生物学家在分离和鉴定时遇到了难题.分离SCV的前提是应用长期常规培养和鉴定技术,以避免错误鉴定_1】.最近发现,在哥伦比亚血琼脂和金葡菌显色琼脂上培养样本是检出金葡菌和金葡菌SCV的最精确快速的方法[1】71.值得注意的是,当正常金葡菌存在时,SCV会迅速生长过度并且极易丢失,因为SCV的生长速率大约是正常表型金葡菌的1/9.疑似金葡菌SCV的分离株在凝固酶试验中可能为假阴性,则须何娟梅等:小菌落突变株:一种利于持续复发性感染的细菌致病形式391 测试其种特异性基因nc和COO,以确定其为金葡菌,或者对凝固酶阴性金葡菌SCV的16SrRNA序列进行诊断测序㈣.在一例对新青霉素I抗性的金葡菌SCV引起的脑炎患者的研究中发现了另一种诊断方法,即应用16SrRNA定向原位杂交技术检测脑组织口81.由于一些原因,SCV在敏感度测试时也遇到了麻烦.首先,SCV通常是和正常金葡菌杂群而居的.在液体培养基里过夜培养,尽管正常生长的细菌所占比例很低,但它们也能迅速地替代SCV,因而使得SCV的敏感度测试(和分离一样)很困难tx.其次,SCV的低生长率使测试难以标准化,因为低生长率会影响扩散实验和测量敏感度的时间.最后,不考虑它们的营养缺陷型,当这些突变株对苯唑西林(甲氧西林)有抗药性时,对其进行测试,如纸片琼脂扩散试验,E试验,微稀释试验,自动敏感度测试, 以及抗青霉素结合蛋白2a(PBP2a)乳胶凝集反应(耐甲氧苯青霉素金葡菌筛选法),也会发生误诊【1】.因此,用分子方法探测mecA,或应用抗PBP2a乳胶凝集反应和显着增加细菌接种量(大约一个菌环量含100-200个SCV菌落),可以作为耐甲氧西林金葡菌SCV可靠的诊断和验证方法[117,11.3SCV相关疾病3.1囊性纤维化囊性纤维化病人,尤其是儿童和青少年,会经常感染金葡菌[39J.在为期72个月的前瞻性研究中,统计CF病人的金葡菌患病率和存活率的结果显示,以37个月时的存活率作为中间存活率(6～70个月),72%的患者(52/72)气管持续感染野生型金葡菌和金葡菌SCVt4",28人只感染野生型金葡菌,22人感染同源的野生型金葡菌和金葡菌SCV,2人仅感染金葡菌SCV.研究人员在经过36～48h的观察后,发现有2位患者的野生型金葡菌中出现了SCV,而且最初同时感染野生型金葡菌和金葡菌SCV的6 位患者后来丢失了野生株,而SCV则持续存在.这表明SCV可能具有最佳的适应力,因而在气管的不利环境中比正常表型更有生存优势.在CF病人中还发现有绿脓杆菌SCV,在2年内,携带绿脓杆菌的病人有38%(33/86)可分离到绿脓杆菌SCVt~OJ.与无SCV 的CF病人相比,发现绿脓杆菌SCV的出现与病人长期肺部感染,肺部功能严重衰退及每天吸入托霉素和黏菌素等因素有关.与野生型绿脓杆菌相比,绿脓杆菌SCV在静止生长条件下适应力更强,菌毛生长更旺,蹭行运动增强,生物膜形成更多,对呼吸道细胞系的黏附力更强.此外,通过微点阵方法,发现绿脓杆菌SCV的Ⅲ型分泌系统呈显着正调,且细胞毒性增加以抵抗巨噬细胞,在呼吸道感染的小鼠模型中毒力增强网.m型分泌系统的表达增加与宿主细胞对绿脓杆菌的吞噬增强有关[88-89,".另外,绿脓杆菌SCV对氨基糖苷类的抗性更强,且对宿主细胞的伤害更大.因此,这些SCV的处境十分复杂,它们的抗生素抗性增强,宿主细胞吞噬量增加,从而可能使细菌存活率增大,当然也增加了对宿主细胞的伤害,而释放更多的SCV.在角膜感染的小鼠模型中也发现了绿脓杆菌SCVt92J,以绿脓杆菌攻毒小鼠,然后用庆大霉素治疗,产生了可持续存在于角膜上皮细胞的绿脓杆菌SCV.这些SCV是复发感染的关键,与金葡菌SCV十分相似.在感染洋葱伯氏菌的CF病人中,有42%(8/19)可检测到SCV,其中有2例在进行肺部移植手术后,发展成由SCV引起的致死性全身感染嗍.3.2骨髓炎有研究者指出,正常金葡菌在庆大霉素或其他氨基糖苷类存在的条件下生长,可经常分离到金葡菌SCV口趣.含有庆大霉素的串珠可用于辅助全身抗生素疗法和清创术,以治疗骨髓炎患者.该串珠可以缓慢(几周至数月)释放氨基糖苷类,使抗菌剂在局部持续聚集.为了调查庆大霉素缓慢释放到局部环境中是否可以作为体外筛选SCV的有效途径,特进行了病例一对照研究嗍.从疑似骨髓炎患者的骨髓样本或深层组织抽吸物中筛选SCV,研究对象包括至少有一个样本可分离到金葡菌的患者.在l8个月内,发现了14位患者携带有金葡菌并有慢性骨髓炎的临床症状.只有用含庆大霉素串珠治疗过的那些患者才能分离到甲萘醌或正铁血红素缺陷型金葡菌SCV.在这些患者中有3位分离到了大量小菌落,尽管在体外用抗菌素抑制这些分离株,治疗还是以失败告终.相反,其他10位感染正常金葡菌的患者(之前未佩戴过含庆大霉素的串珠),经有效抗生素治疗,在1年多的初期诊断期间没有复发骨髓炎.在临床评定中还没有检测到这2组分离菌的其他差异.每位患者的所有分离株的整套细菌DNA经SmaI酶切消化后进行脉冲场凝胶电泳,结果显示,虽然分离株的表型不同,但它们却是同源的.庆大霉素对SCV的最小抑菌浓度(1~g/mL)是亲代株(0.031~g/mL)的32倍,但它们对其他抗菌剂的敏感性没有差异.在接下来的研究中发现,佩戴过含庆大霉素串珠的患者经常可以分离到金葡菌SCV.但是,未佩戴过含庆大霉素串珠的患者样本中也可分离出金葡菌SCV,用含庆大霉素串珠进行局部预防的患者样本中则分离到正常表型的金葡菌,而未同时分离出SCV.尽管患者的背景很复杂,但该结果证实了佩戴庆大霉素串珠是体外筛选金葡菌SCV的有效途径.3-3与器械有关的感染葡萄球菌是引起医疗器械相关感染的最普遍因素.金葡菌SCV引起的持续性起搏器关联血流和脑室腹膜分流术感染的案例已有报道[6,43,85].此类案例说明,由于临床和微生物学技术上的不完善,使得感染这些突变体的病人必须接受长期的抗菌剂治疗.而且,在植入医疗器具中还发现表皮金葡菌SCV和头部金葡菌SCVtS-a~ol.对假体t5,瓣膜心内膜炎和起搏器电极感染的病人, 可通过分析分离株部分16SrRNA的基因序列来鉴定出这些SCV.对SCV引起的器械相关感染进行抗菌剂治疗的效果不佳,且自动诊断系统会发生误诊.以上案例提示我们,SCV也可能会引起血管内的器械相关感染.据报道,完全移除异物是彻。

抗结构类似物突变株名词解释

抗结构类似物突变株名词解释抗结构类似物突变株名词解释一、前言在生物学和医学领域，抗结构类似物突变株是近年来备受关注的热门话题。

作为抗生素抗性的新型机制，它对于传统的治疗手段提出了新的挑战。

本文将对抗结构类似物突变株进行深度解析，并分析其对医学和生物学领域的意义与影响。

二、抗结构类似物突变株的定义抗结构类似物突变株（antibiotic structural analog resistance, ASAR）是指细菌通过改变其基因组，使得抗生素类似物不再对其具有抑制或杀灭作用的一种现象。

具体来说，抗结构类似物突变株通过改变其细胞质蛋白或其他生物分子的构象，使得抗生素类似物无法再与其特定的靶标结合，导致抗生素失效的情况。

三、抗结构类似物突变株的影响1. 对传统抗生素治疗的挑战：传统抗生素治疗依赖于抗生素与细菌的特定靶标相互作用，从而产生抑制或杀灭细菌的效果。

然而，抗结构类似物突变株的出现使得部分细菌对抗生素产生了抵抗性，导致传统抗生素治疗的效果下降。

2. 对新型抗生素研发的启示：抗结构类似物突变株的出现，促使科学家们重新审视抗生素的设计原则和作用机制。

而为了对抗抗结构类似物突变株，科学家们也在不断探索新型抗生素的研发方向，为未来的抗生素治疗寻求新的突破和创新。

四、个人观点与理解抗结构类似物突变株的出现，使得我们对于抗生素的使用和研发策略都需要进行重新思考和调整。

在我看来，虽然抗结构类似物突变株的出现给传统抗生素治疗带来了挑战，但同时它也促使我们在医学和生物学领域寻求新的突破和创新，推动了新型抗生素的研发和应用。

这也提醒我们，科学研究永远不会停步，我们需要不断地学习和进步，以更好地应对新的挑战。

五、总结通过本文的介绍与分析，我们深入了解了抗结构类似物突变株这一概念，以及其对医学和生物学领域的影响与意义。

我相信，通过对抗结构类似物突变株的深入研究和探讨，我们将能够找到更多应对抗生素抗性的新方法和策略，为未来的抗生素治疗开辟新的道路。

基因突变的应用

（3）选育抗噬菌体菌株
（4）消灭噬菌体
在发生噬菌体感染时发酵罐排出的废气夹带有大量噬菌体，造成严重污染和扩散。因此，必须在排气口及下水道喷洒药剂，防止噬菌体扩散。常用的药物有漂白粉、甲醛、石灰水等。种子室应尽量设法与外界减少接触，严格执行无菌操作，并检查空气中有无噬菌体存在。在噬菌体感染期间，车间内亦要定时检查噬菌体的分布情况，采取有效措施直至消灭为止。
紫外线诱变的操作步骤
使用UV照射最为方便。取5ml单细胞悬液置于直径6cm的培养皿中，开盖照射；时间不短于10 ~ 20s，也不长于10 ~20min。
B 化学诱变剂的使用：化学诱变剂的种类、浓度和处理方
法尤其是终止反应的方法很多。
选择优良突变株
接种
培养
培养
出发菌株含诱变剂的液体培养基
接种分离
（4）给代谢调控育种提供技术手段
3、诱变育种工作中应注意的问题
A 选择好出发菌株选好出发菌株对诱变效果有着极其重要的作用。
有些微生物比较稳定，其遗传物质耐诱变剂的作用强。如果用这种菌株于生产是很有益的，而用作出发菌株则不适宜。
用作诱变的出发菌株必须对它的产量、形态、生理等方面有相当了解。挑选出发菌株的标准是产量高、对诱变剂的敏感性大、变异幅度广，再确定诱变剂的使用及筛选条件。
4、抗噬菌体菌株的特性试验
无论从自然突变或诱发突变所得到的抗噬菌体菌株，在用于生产之前，均需经过反复验证，才能使用。
（l）抗噬菌体性状的稳定性试验抗性菌株分别在孢子培养、种子培养和发酵培养过程中用点滴法或双层琼脂法测定噬菌斑。如都不出现噬菌斑，说明该菌株对此噬菌体具有抗性。此外，还可以观察抗性菌株经多次传代后对噬菌体的抗性是否稳定。

《病原微生物与免疫学》课程标准

《病原微生物与免疫学》课程标准延安职业技术学院医学护理系《病原微生物与免疫学》课程标准【课程名称】病原微生物与免疫学【课程编码】23000607【适用专业】护理【课时】54学时【学分】4学分【课程性质、目标和要求】课程性质：医学微生物学主要研究与医学有关的病原微生物的生物学性状、致病性与免疫性、微生物学检查与诊断及特异防治原则等。

以预防、控制和消灭传染性疾病，达到保障和提高人类健康水平的目的。

它是临床医学专业的一门重要的主干基础医学课程。

教学目标：医学微生物学课程的任务是使学生掌握该学科的基础理论、基本知识和基本技能，培养学生观察、分析、综合和独立解决问题的能力，为学生学习基础医学有关课程和临床医学课程以及由微生物所致疾病的诊断和防治工作奠定基础。

教学要求：（一）基础理论与基本知识1、掌握微生物、微生物学的基本概念。

熟悉医学微生物学的性质、分类、地位、内容和范围。

了解微生物在自然界及人体的分布以及微生物与人类和其它生物间的相互关系。

2、熟悉细菌的大小、形态、基本结构与功能。

了解细菌的理化性状、营养类型、营养物质、能量代谢。

熟悉细菌生长的物理条件。

繁殖方式及速度。

掌握细菌的基本结构、细菌细胞壁的主要组成、细菌的特殊结构及其医学意义。

掌握常见细菌形态与结构检查法。

了解培养细菌的方法及其在医学中的应用。

掌握细菌遗传的物质基础：染色体、质粒、转座子及噬菌体的概念和特性，质粒的种类及其作用。

掌握细菌遗传变异的机理。

熟悉细菌变异的现象及变异的医学意义。

3、掌握正常菌群、条件致病菌和病原菌、医院获得性感染的概念；病原微生物的致病物质及其作用现制、宿主与病原微生物之间的相互作用的抗感染免疫机制。

熟悉感染的发生、发展规律及其结局。

4、熟悉病原菌、支原体、立克次体、衣原体和螺旋体等所致疾病；掌握常见病、多发病的病原微生物的主要生物学性状、致病性和免疫性、微生物学检查和防治原则。

5、熟悉真菌的形态与结构、培养特性、繁殖方式、抵抗力、致病性、免疫性以及微生物学检查和防治原则。

微生物的变异原理及应用

微生物的变异原理及应用1. 引言微生物变异是指微生物在自然界或实验条件下经过长期的演化过程中，产生了与亲代微生物有明显遗传差异的后代微生物。

微生物的变异一直是微生物学研究的重要领域，对于理解微生物的遗传变异机制以及应用于实际生产具有重要意义。

2. 微生物变异的原理微生物的变异是由于其基因发生了突变所导致的。

微生物的遗传信息存储在其DNA分子中，当DNA发生突变时，这些变异基因就会在后代中得以保留和传递。

微生物的突变可以分为两种类型：自然突变和诱变突变。

2.1 自然突变自然突变是指在微生物的自然生长过程中产生的突变。

这些突变通常是由DNA 复制错误、化学修饰、或者DNA损伤修复过程中发生的。

自然突变是微生物进化的基础，也是微生物遗传变异的主要来源之一。

2.2 诱变突变诱变突变是指通过人工手段诱导微生物基因发生突变。

这种突变方法可以通过化学物质、物理因素或者基因工程技术来实现。

诱变突变可以加速微生物的遗传变异进程，从而产生更多的变异体，为微生物的应用提供新的可能性。

3. 微生物变异的应用微生物变异的应用广泛涉及到农业、食品工业、药物研发以及环境修复等领域。

下面列举了几个常见的应用案例：3.1 作物育种通过微生物变异技术可以对作物进行改良育种，以获得具有抗病虫害、耐逆性和高产性的新品种。

例如，通过诱变突变可以筛选到抗除草剂的小麦品种，从而降低农药使用量，减少对环境的污染。

3.2 食品发酵工业微生物的变异在食品发酵工业中具有重要的应用价值。

通过对工业菌株进行诱变突变，可以提高其代谢能力和产酶能力，从而提高发酵过程的效率和产量。

例如，诱变突变后的酿酒酵母可以产生更多的酒精，提高酒的酿造效率。

3.3 药物研发微生物变异在药物研发中也起到了重要的作用。

通过诱变突变，可以获得抗生素产生菌株或者高效酶制剂的产生菌株。

这些变异菌株可以用于生产药物原料或者制备酶制剂，为药物研发和生产提供了新的资源。

3.4 环境修复微生物变异技术在环境修复领域也有着广泛的应用前景。

大肠杆菌的突变类型

大肠杆菌的突变类型简介大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的革兰氏阴性细菌，存在于人体和其他动物的肠道中。

它是一种重要的研究对象，因为它具有丰富的遗传变异性和易于培养的特点。

大肠杆菌的突变类型是指在其基因组中发生的变异事件，这些变异可以导致细菌在适应环境压力、抵抗药物或产生新功能方面发生改变。

突变类型大肠杆菌的突变类型可以分为以下几类：1. 点突变（Point Mutation）点突变是指基因组中单个核苷酸发生改变的突变事件。

这种突变可能包括碱基替换、插入或缺失等。

碱基替换是最常见的点突变类型，其中一个碱基被另一个碱基取代。

这种突变可能会导致密码子改变，从而影响蛋白质合成过程。

2. 编码区域突变（Coding Region Mutation）编码区域突变是指大肠杆菌基因组中编码蛋白质的区域发生的突变。

这种突变可能导致蛋白质结构或功能的改变。

一种常见的编码区域突变是错义突变，其中一个氨基酸被另一个氨基酸取代，从而影响蛋白质的功能。

3. 非编码区域突变（Non-Coding Region Mutation）非编码区域突变是指大肠杆菌基因组中不编码蛋白质的区域发生的突变。

这些区域包括启动子、转录因子结合位点和调控序列等。

非编码区域突变可能会影响基因的表达水平或调控模式。

4. 插入序列和缺失（Insertion and Deletion）插入序列和缺失是指大肠杆菌基因组中插入或删除DNA片段的事件。

这些片段可以是外源性DNA、转座子或重复序列等。

插入和缺失事件可能会导致基因组重排、框架移位或新功能产生。

5. 倍体化（Polyploidy）倍体化是指大肠杆菌细胞中染色体数量增加的现象。

这种现象通常由染色体复制错误引起，导致细胞中存在多个染色体副本。

倍体化可能会增加细菌的适应能力和生存能力。

突变的影响大肠杆菌的突变可以对其生物学特性产生重要影响，包括：1. 耐药性的产生大肠杆菌突变可能导致其对抗生素的耐药性增加。

微生物学教学大纲

《微生物学》教学大纲第一部分总则一、、课程的性质、目的和任务：1．性质：微生物学是是研究微生物及其生命活动的科学，是高等院校生物工程专业的一门重要的专业课程。

2．目的：在学生已掌握的生物化学，有机化学等知识的基础上，通过本课程的学习，为以后学习遗传学，分子生物学等学科打下坚实的基础，也为学生毕业后从事生物学教学、读研、到企事业单位从事生物学方面的工作，做好必要的理论知识和技能准备。

3．任务：通过本课程的学习，使学生掌握微生物的形态、结构、营养代谢、生长繁殖、遗传变异、生态、分类以及免疫学的基础知识，了解微生物在工、农、医、环保、卫生等方面的实践应用知识。

二、课程教学基本要求1．选择使用能反映微生物学新成就和发展方向的新教材，以微生物学的基本理论，基础知识和基本技能为主要内容。

2．采用多媒体教学等先进教学方法，按简明易懂，重、难点突出，逻辑性、系统性强的要求讲授课程。

3．力求理论联系实际，注重传授实验技能，着力培养学生实际动手能力、严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力。

三、使用教材及参考书目【使用教材】周德庆著，《微生物学教程》，北京：高等教育出版社，2002.5. 【参考书目】1．沈萍主编，《微生物学》，北京：高等教育出版社，2000 2．黄秀梨主编，《微生物学》，北京：高等教育出版社，19983．杨文博译，《微生物学》，北京：科学出版社，20014．闵航主编，《微生物学》，北京：科学技术文献出版社，2003四、课程结构和学时分配第二部分各篇、章、节内容及学时分配绪论（2学时）【教学目标】1、掌握“微生物”与“微生物学”的概念2、了解微生物学的发展史3、了解微生物与人类关系及微生物学的发展趋势4、掌握微生物的五大共性及之间的关系5、了解微生物学的建立，巴斯德的贡献，柯赫定理【教法提示】1、讲授、多媒体演示2、重点和难点：“微生物”与“微生物学”的概念；微生物的五大共性及之间的关系。

【教学内容】一、什么是微生物二、人类对微生物世界的认识过程1、一个难以认识的微生物世界2、人类揭开微生物世界奥秘的历史3、微生物学的奠基人巴斯德的贡献，柯赫定理三、微生物学的发展促进了人类的进步1、在医疗保健战线上的六大“战役”2、微生物在工业发展过程中的六个里程碑3、微生物学促进了农业的进步4、微生物与生态和环境保护的关系5、微生物学对生物学基础理论研究的贡献四、微生物的五大共性1、体积小，面积大2、吸收多，转化快3、生长旺，繁殖快4、适应强，易变异5、分布广，种类多五、微生物学及其分科第一章原核微生物的形态、构造和功能（6学时）【教学目标】1、掌握球菌、杆菌、螺旋菌的概念、分类；2、了解细菌细胞的一般结构和特殊结构3、掌握细菌细胞壁肽聚糖的结构，革兰氏染色法的原理，方法4、掌握夹膜、芽孢的构造5、了解细菌的繁殖方式及二分裂繁殖的过程6、掌握放线菌的形态特征，繁殖方式7、了解蓝细菌、立克次氏体、衣原体、支原体的形态结构及特征【教法提示】1、讲授、多媒体演示2、重点和难点：细菌细胞壁肽聚糖的结构及革兰氏染色法；细菌细胞的特殊结构；放线菌的形态构造。

突变体知识点总结

突变体知识点总结一、突变体的定义和概念突变体是指遗传学上基因发生突变而产生的变异个体。

突变是一种遗传物质的变异，是生物体进化和遗传变异的原始材料。

突变体是突变的结果，它与原种群相比有明显的形态、生理、生态、遗传和分子水平上的差异。

突变体的出现使得物种具有了更多的变异性和遗传多样性，对生物的进化和适应能力产生了重要影响。

二、突变体的分类1. 根据发生突变的细胞类型分为生殖细胞突变和体细胞突变。

生殖细胞突变发生在生殖细胞上，会被传递给后代，而体细胞突变则只在个体的某些细胞上发生变异，不会被遗传到后代。

2. 根据突变的形式分为基因突变和染色体突变。

基因突变是指基因的组成发生了改变，包括点突变、缺失、插入、倒位等；染色体突变是指染色体水平的改变，包括染色体丢失、重复、转位、倒位等。

3. 根据突变的影响分为有害突变、无害突变和有益突变。

有害突变会导致生物体的生理功能受到损害，甚至导致死亡，无害突变对生物体没有明显的影响，而有益突变能够提高生物体的适应性和生存能力。

三、突变体的形成和检测1. 突变的形成是由于DNA分子发生了突变，导致基因型和表型发生了变化。

突变的发生可以受到自然因素和人为因素的影响，比如紫外线、化学物质、放射性物质等都能够导致DNA发生突变。

2. 突变体的检测是通过一系列的实验方法来确定某一生物体是否发生了突变。

比如通过PCR扩增和基因测序技术可以检测到DNA序列的变化，通过比较突变体和野生型的表型差异可以确定突变的发生。

四、突变体的应用1. 突变体在生物育种中的应用：通过诱发突变体，可以获得一些新的生物特性，比如耐旱性、抗病性、抗虫性等，从而为育种工作提供了更多的可能性。

2. 突变体在基因工程中的应用：突变体不仅可以作为重要的材料用于研究基因和其功能的作用，也可以作为植物的改良对象，可以将一些有益的基因导入突变体中从而提高其生产性能或者质量。

3. 突变体在研究基因和生物进化中的应用：通过研究突变体可以更好地理解基因在生物体内的作用和影响，从而为研究生物进化和遗传变异提供更多的线索。

微生物的突变和诱变育种

(inversion)，也包括染色体数目的变化。

转座（因）子：在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段 DNA顺序。其跳跃过程往往导致DNA链的断裂或重接，产生重组交换、基因启动或关闭，使突变发生。转座（因）子主要有三类：IS、Tn、Mu。

2、自发突变

自发突变（spontaneous mutation）是指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。自发突变的原因:
组成酶变异株的筛选
诱导酶的生产需要诱导物，而且受到诱导物的种类、数量以及分解产物的影响。能迅速利用的碳源（如葡萄糖）会引起酶合成的减少，诱导物有时又比较昂贵。
生产成本提高
控制酶合成的调节基因发生了变异
诱导酶转变成组成型酶具体的筛选方法有恒化器法、循环培养法和诱导抑制物法 • 恒化器法：恒化器常被用于微生物的“驯化”，添加不能起诱导作用的低浓度底物，缓慢生长 • 循环培养法：利用不含诱导物的培养环境和含有诱导物的培养环境进行交替循环培养待分离的菌悬液，从而使组成酶变异株得到富集。 •诱导抑制剂法：加入诱导抑制剂如α-硝基苯基-β-岩藻糖苷阻止某些诱导酶的合成
生长谱法（auxanography）
3）抗药性突变株的筛选
梯度平板法：
如：选育抗异烟肼的吡哆醇高产菌株
突变株：
①产生了可分解异烟肼的酶； ②能合成更高浓度的吡哆醇．（多）获突变酵母的吡哆醇产量提高７倍．
方法：
10mL普通培养基→斜放→凝固→平放→ 10mL药物培养基 →凝固→涂诱变酵母→选厚药区菌落→检验
常用的浓缩方法有抗生素法、菌丝过滤法、差别杀菌法和饥饿法等。
目的：淘汰大量野生型，使营养缺陷型占的比例增加
• 进一步检出所需缺陷型

微生物的遗传变异和育种

第七章微生物的遗传变异和育种第一节微生物的遗传变异的概述遗传和变异是生物体最本质的属性之一。

所谓遗传，讲的是发生在亲子间的关系，即指生物的上一代将自己的一整套遗传因子稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。

而变异是指子代与亲代之间的不相似性。

遗传是相对的，变异是绝对的。

遗传保证了物种的存在和延续，而变异推动了物种的进化和发展。

在学习遗传、变异内容时，先应清楚掌握以下几个概念：（一）遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。

遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。

具有某遗传型的生物只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能将它具体化，即产生表型。

（二）表型指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是其遗传型在合适环境下通过代谢和发育而得到的具体体现。

所以，它与遗传型不同，是一种现实性。

（三）变异指在某种外因或内因的作用下生物体遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。

变异的特点是在群体中以极低的概率(一般为10-5～10-10)出现，性状变化的幅度大，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。

（四）饰变指一种不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、翻译水平上的表型变化。

其特点是整个群体中的几乎每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；因其遗传物质不变，故饰变是不遗传的。

例如，Serratia marcescens(粘质沙雷氏菌)在25℃下培养时，会产生深红色的灵杆菌素，它把菌落染成鲜血似的。

可是，当培养在37℃下时，群体中的一切个体都不产色素。

如果重新降温至25℃，所有个体又可恢复产色素能力。

所以，饰变是与变异有着本质差别的另一种现象。

上述的S.marcescens产色素能力也会因发生突变而消失，但其概率仅10-4，且这种消失是不可恢复的。

从遗传学研究的角度来看，微生物有着许多重要的生物学特性：微生物结构简单，个体易于变异；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的合成培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；菌落形态特征的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；以及存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式等。

举例说明细菌变异的类型及意义

举例说明细菌变异的类型及意义细菌变异是指细菌在繁殖过程中发生基因突变或基因重组等遗传变化，从而导致细菌个体的遗传特征发生改变。

细菌变异可以分为点突变、插入突变、缺失突变、倒位突变、重组等多种类型。

这些变异的类型及其意义如下：1. 点突变：点突变是指细菌染色体上的一个碱基被替换成另一个碱基，导致细菌个体某个基因序列的改变。

例如，大肠杆菌中的突变基因可以导致细菌对某种抗生素的抵抗力增强，从而使该抗生素无法有效杀死细菌，造成抗生素耐药性的问题。

2. 插入突变：插入突变是指在细菌染色体的特定位置插入一段外源DNA序列，改变了细菌的遗传信息。

例如，细菌中的质粒可以通过插入突变的方式获得新的功能基因，使细菌能够分解特定的有机物，从而适应新的环境。

3. 缺失突变：缺失突变是指细菌染色体上的一个或多个基因序列被删除，导致细菌个体失去了某些功能。

例如，某些细菌中的缺失突变可以导致细菌在特定的培养基上无法生长，限制了它们的生存环境。

4. 倒位突变：倒位突变是指细菌染色体上的一段基因序列发生了倒位重排，改变了基因的顺序。

这种突变可能导致细菌个体的遗传信息发生错位，影响到细菌的生长和适应能力。

5. 重组：重组是指细菌染色体上的两个或多个基因序列发生了交换，导致新的基因序列组合。

这种重组可以增加细菌的遗传多样性，提高其适应环境的能力。

6. 染色体重排：染色体重排是指细菌染色体上的一段或多段基因序列发生了重新排列，导致基因的顺序发生改变。

这种重排可以使细菌在适应新环境时获得更好的优势。

7. 复制突变：复制突变是指细菌染色体上的一段基因序列发生了重复，导致细菌个体拥有多个相同的基因。

这种突变可能增加细菌的遗传稳定性，提高其抗逆能力。

8. 逆转录：逆转录是指细菌染色体上的mRNA被逆转录酶逆转录成cDNA，然后被整合到细菌染色体上。

这种逆转录能够改变细菌的基因组结构，增加基因的多样性。

9. 编辑突变：编辑突变是指细菌染色体上的mRNA被RNA编辑酶修饰，导致mRNA的碱基序列发生改变。

突变体的筛选和应用

突变体的筛选和应用突变体是指生物体在自然或人工环境下发生基因突变所产生的个体，由于其基因组的改变，使得其在生理、形态、生长发育、代谢等方面与野生型存在差异。

突变体主要分为自然突变和人工诱导突变两种形式，其中人工诱导突变是目前突变体筛选与应用的主要手段之一。

一、突变体的筛选方法突变体的筛选一般分为自然筛选和人工筛选两种方式。

1.自然筛选自然筛选是指通过自我繁殖，筛选出能够适应环境的突变体。

自然筛选一般应用于微生物的突变体筛选，如霉菌、酵母等。

其优点是简单易行且成本低廉，但筛选效率较低。

2.人工筛选人工筛选是指通过人工的方法在适宜的环境下筛选出具有特殊性状的突变体。

人工筛选一般应用于植物、动物突变体筛选。

其优点是筛选效率高、筛选结果确定性好，但实验周期长、人工干预多。

二、突变体的应用突变体的应用主要包括以下几个方面：1.基因功能分析由于突变体具有与野生型差异的特殊性状，因此可用于分析基因在生物体中的作用机制。

一种常用的方法是比较突变体与野生型在形态、生理等方面的差异，进而确定与该特殊性状相关的基因，从而揭示其作用机制。

2.遗传育种突变体可用于遗传育种，如植物的突变体可用于选育出具有特殊性状的新品种。

例如，矮杆性突变体被广泛应用于谷物、蔬菜、果树等的改良。

3.生物制品生产突变体可用于生物制品的生产。

由于突变体在代谢途径等方面差异较大，因此可用于生物制品的生产。

常见的利用突变体生产生物制品，如酶、抗体、工业化酵母等。

4.环境修复突变体可用于环境修复。

例如，通过选育耐盐性、耐寒性突变体，可用于盐碱地改良和高寒地区耕作的开发。

三、总结突变体的筛选与应用对生物学研究和产业发展具有重要价值。

随着人工诱导突变技术的不断推进和基因编辑技术的应用，突变体筛选和应用的广度和深度还将不断扩展。

第三章突变的应用

四、次生代谢障碍突变株的筛选与应用
1、利用次生代谢障碍突变合成同系新抗生素在抗生素合成途径中某一途径由结构基因突变引起的代谢障碍性改变（称为区段突变），使抗生素结构发生某些变化，从而导致形成同系物新抗生素。
四环素产生菌经诱变育种获得的蛋氨酸营养缺陷型突变株具有了产生去甲基金霉素的能力。
2、利用次生代谢障碍突变合成抗生素中间体区段突变还可以导致次级代谢产物合成途径的阻断，从而积累中间体。
3、利用次生代谢障碍突变和人工前体合成新抗生素突变生物合成或突变合成（mutasynthesis）：筛选丧失了合成天然前体能力的突变株，加入前体的结构类似物，有可能把这种结构类似物结合到抗生素分子中，从而形成新的半合成抗生素。
4、利用次生代谢障碍突变改善抗生素的组分
通过次生代谢障碍突变株的化生产工艺，改善产品质量。
庆大霉素C2b
巴龙霉胺
庆大霉素A
庆大霉素X2
庆大霉素C1
五、其它抗性突变株的筛选与应用
(一)抗药突变株
1、抗药突变株的用途
作为育种工作中最常使用的遗传标记有些发酵产品的产量与生产菌株的抗药性密切相关通过筛选抗自身药物的抗药性突变，以解除终产物对合成途径的反馈调节作用，从而提高产量 2、筛选方法
不同类型突变株积累L-赖氨酸的水平
突变菌株钝齿棒杆菌突变型 Hse产量(mg/ml) 17.93
-
钝齿棒杆菌钝齿棒杆菌
钝齿棒杆菌北京棒杆菌
Thr Thr - +Met
AECr AECr, HseHseHse-,AECr
2.33 2.00
20.0 50.0 36.6 45.0
3.抗反馈调节突变株的筛选

产量突变株的筛选

以选育高产突变株为例
2.诱变育种的步骤
出发菌株
纯化，同步培养
挑变异菌于斜面培养基上
培养液
离心收集细胞、洗涤，制菌悬液，玻璃珠打散，过滤
初筛
性能粗测
单个细胞或孢子悬液
活菌计数，诱预备试验
复筛
性能精测
诱变剂处理
存活细胞计数，计算致死率变异率计算
菌种保藏及扩大试验
平板分离
菌种用于生产，并进行保藏
卡介苗：牛型结核杆菌 –牛胆汁、甘油、马铃薯培养基—移种230代（13年）显著减毒结核杆菌(即卡介苗)
(二)诱变育种
利用各种诱变剂处理微生物细胞，提高基因的随机突变频率，通过一定的筛选方法获得所需要的高产优质力株。一般通过营养缺陷型突变株、抗阻遏和抗反馈突变型、抗性突变型（抗生素抗性突变株、条件抗性突变株）来筛选。
营养缺陷型诱变筛选步骤及方法
诱变处理
营养缺陷型的浓缩
营养缺陷型的检出
营养缺陷型的鉴定
缺陷型的浓缩 ①抗生素法
原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于正常生长着的野生型微生物细胞，而对处于休止态的营养缺陷型细胞无作用。方法：将菌培养在含抗生素的MM基中
②菌丝过滤法
适用于：丝状（放线菌、霉菌）原理：基本培养基上只有野生型孢子发育成菌丝；auxo孢子可通过滤膜，野生型菌丝不能通过。
3. 三类突变株的筛选
（1）产量突变株的筛选（2）抗药性突变株的筛选（3）营养缺陷型突变株的筛选
产量突变株的筛选
琼脂块培养法
抗药性突变株的筛选
方法：梯度平板法（gradient plate）
用梯度平板法筛选抗代谢拮抗物突变朱

微生物学与免疫学在抗病毒疫苗中的应用

微生物学与免疫学在抗病毒疫苗中的应用病毒感染对人类和动物健康产生了巨大威胁，因此，开发安全、有效的抗病毒疫苗是预防疾病传播的关键措施之一。

微生物学和免疫学的结合为抗病毒疫苗的发展提供了重要工具和知识。

本文将介绍微生物学和免疫学在抗病毒疫苗中的应用，并探讨其对预防广泛传染性疾病的潜力。

一、微生物学在抗病毒疫苗中的应用1. 紧急制备新型抗原当出现新型冠状病毒等突发传染源时，我们面临着快速制备相应抗原来开发针对该特定致命威胁的抵御手段。

通过利用微生物学技术，可以实现紧急制备新型折叠蛋白质表位，并将其作为候选抑制剂或者作为新型冠心三联胺碱化剂，减轻患病的临床症状。

2. 疫苗生产微生物学技术为大规模生产抗病毒疫苗提供了重要支持。

例如，通过利用激活载体来表达目标抗原，可以制备大量潜在抗原以用于基因工程和蛋白工程的制备。

3. 病毒检测微生物学技术在疫苗开发中的另一个关键应用是对病毒进行检测评估。

通过深入了解病毒面孔上突变酪氨酸激酶(HAT)和APC形成通路的反应机制，可以快速准确地检测出致命性感染所使用的新型RNA干扰体抑制子。

二、免疫学在抗病毒疫苗中的应用1. 免疫保护机制理解免疫学帮助我们充分理解人类身体对进入其系统的各种外来致安全决策。

这种理解有助于确定哪些特定细胞、蛋白质或者化合物对细胞逃逸的删减损失问我细胞内寄生长型病毒最为关键，从而针对这些目标进行疫苗研发。

2. 疫苗领域的革新基于免疫学的研究成果，近年来涌现出一系列创新型抗病毒疫苗。

例如使用启动剂和调节剂改变免疫系统平衡，促进特异性细胞记忆反应，提高疫苗效果。

此外，在T细胞和其他先天性免疫细胞的相关临床试验表明，它们在抵御某些潜在与感染有关的恶劣情况时发挥重要作用。

3. 抗体的生成免疫学还提供了揭示抗体产生机制的重要工具和方法。

通过理解B细胞及其抗体在感染过程中起到的作用，可开发针对特定感染的免疫保护手段。

该知识对于合成袪水腺Normalorduplex influenza儿协合肌填泻防缚冬霉素预防肉双主子攻配夕力检测预保装水腍萄等不同类型流感斯永战干线Pantryremotribu-ortune选在中具有重要意和application。

微生物的基因突变

倒位分臂内倒位和臂间倒位。前者染色体外形不会改变，后者形状会发生改变，但两者表型基本一致。
微生物的基因突变
易位
易位指同源染色体之间部分连接而交换。
一种情况是两条同源染色体相互间进行部分交换，这种染色体交换节段长短有时可能不等，当长短不同时，会影响到染色体的外形；另一种是一条染色体的部分节段连接到另一非同源染色体上，
微生物的基因突变
碱基置换substitution
对染色体基因组来说，碱基置换仅是DNA结构的小损伤microlesion与微改变，故称点突变point mutation。
碱基置换只涉及一对碱基被另一对碱基所替代。以嘌呤类或嘧啶类碱基间的转换可称谓碱基转换与碱基颠换两类
微生物的基因突变
移码突变frame-shift mutation
微生物的基因突变
3 突变的修复
突变的修复也是遗传信息稳定性的体现。在诱变剂的作用下基因会发生突变。而突变和
修复形成一对矛盾。这就象革命过程中传统旧势力和新生势力之间
微生物的基因突变
突变的特点
不对应：致突性状与诱突因子无对应性自发性：性状突变可与人为诱变无关系罕见性：突变虽自发，但却突变率极低独立性：任何性状突变各自独立发生的稳定性：突变子一旦形成是可以遗传的可诱性：突变率可加大诱因而得以堤高可逆性：既可正向突变又能回复变异之
微生物的基因突变
基因突变的具体类型
实验材料是大肠杆菌和噬菌体
波动试验（fluctuation）
N代
N代
dilution phage
微生物的基因突变
波动试验说明
大肠杆菌对噬菌体的抗性突变体是在接触噬菌体之前的生长繁殖过程中自发形成，并稳定地进行传代，随着生长繁殖到一定的培养阶段，在培养物中就有大量的抗性个体产生。

突变体的利用概念

突变体的利用概念
突变体是指生物个体在基因或染色体水平上发生了突变或变异，导致其基因型和表型与野生型有所不同。

利用突变体是生物学研究和应用中的一个重要策略，可以帮助科学家们深入了解基因功能、生物学过程以及开发新的生物技术。

以下是突变体利用的一些概念和应用：
1.功能分析：通过对突变体的研究，可以揭示基因在生物体内的功能和作用机制。

比如，通过观察突变体的表型变化，可以推断出对应基因在生物体内的功能。

2.疾病研究：突变体在疾病研究中具有重要意义。

比如，人类遗传病的突变体模型可以帮助科学家们研究疾病的发病机制、寻找治疗方法等。

3.生物技术开发：利用突变体可以开发出新的生物技术和应用。

比如，通过诱发植物突变体，可以获得具有新的形态特征或者抗逆性的品种；在微生物领域，突变体的应用也可以用于工业发酵、生物能源生产等。

4.基因功能鉴定：利用突变体可以鉴定基因的功能。

通过比较突变体和野生型的表型差异，可以推断出突变基因的功能。

5.药物研发：利用突变体可以开发出新的药物和治疗方法。

比如，利用突变体模型进行药物筛选和评价，以及研究药物对疾病模型的治疗效果等。

6.环境污染检测：利用突变体可以进行环境污染检测。

某些微生物突变体对环境中的特定物质具有特异性反应，可以作为生物传感器用于环境监测。

总的来说，突变体的利用为生物学研究和应用提供了重要的工具和手段，帮助人们更深入地了解生命的奥秘、解决疾病问题、推动生物技术发展以及保护环境等方面起到了重要作用。