医学微生物学-细菌的遗传与变异

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后者能增加前一种病毒复制产量的现象(极个别病毒之间) 如:I型副流感病毒为水泡性口炎病毒的加强病毒。
表型混合—镶嵌包膜或衣壳 表型交换—衣壳误配
局限性转导( restricted transduction)
4. 溶原性转换(lysogenic conversion)
溶原性细菌因染色 体上整合有前噬菌 体而获得新的遗传 性状称为溶原性转 换。
5. 原生质体融合(protoplast fusion)
G +菌形成原生质体后,在聚乙二醇 (PEG)作用下,可使两种不同的细菌细胞 发生融合的过程。
并带染色体上几个邻近的基因,故称F’ 三者均有性菌毛,均可发生接合。
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。
➢ 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。
影印试验(replica plating)
突变体的分离
耐药性突变体 营养缺陷型突变体 条件型突变体
基因的转移与重组
➢ 基因转移(gene transfer):外源性的遗传物质由供体 菌进入某受体菌细胞内的过程。
➢ 基因重组(recombination):转移的基因与受体菌 DNA整合在一起,使受体菌获得供体菌某些特性。
细菌变异的机制
▪ 遗传性变异:是由基因结构发生改变所致,
主要通过基因突变、基因的转移与重组来实现。
▪ 非遗传性变异:是细菌在环境因素等影响下
出现的变化,这种变化不是因基因结构的变化 而产生的。
突变
➢ 突变(mutation):是细菌遗传物质的结构发 生突然而稳定的改变,导致细菌性状的遗传性 变异。
整合可引起宿主细胞基因改变→细胞遗传性 改变→细胞转化→个别可发生细胞恶化→ 肿瘤
五、病毒基因产物的相互作用
互补:一种病毒为另一种病毒提供本身不能合成,但又是所
必需的基因产物,而使其在混合感染的细胞内得以繁殖。 辅助病毒与缺陷病毒之间 活病毒与死病毒之间 两个不同的缺陷病毒之间
加强:一种病毒与另一种非杀细胞病毒同时感染细胞,
活病毒与灭活病毒之间(交叉复活)
A3株(流行株)
新A3抗原 鸡胚中增殖不良
旧A1抗原 A1株(非流行株)
鸡胚中生长良好
UV 灭活
鸡胚中共同培养
重组体(理想疫苗)
有A3抗原 鸡胚中生长良好
四、基因整合(gene integration)
病毒基因组(DNA病毒与逆转录病毒)与宿 主细胞基因组的重组过程。
毒力变异
➢ 毒力增强:无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽 喉部,不致病;当感染了β-棒状噬菌体后变成 溶原性细菌,则获得产生白喉毒素的能力,引 起白喉。
➢ 毒力减弱:有毒菌株长期在人工培养基上传代 培养,可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗 (BCG)是强毒的牛结核分枝杆菌在含有胆汁的 甘油、马铃薯培养基上,经过13年,连续传 230代,获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原 性的变异株。
三、基因重组与重配
两种不同病毒感染同一细胞时,可发生基因交换而形成 新性状的重组体。
基因重组(recombination)——不分节段基因组病毒 基因重配(reassortment)——分节段基因组的病毒
类型: • 活病毒之间
N0H0 + N1H1——N0H1
• 活病毒与灭活病毒之间(交叉复活) • 灭活病毒 之间(多重复活)
3. 转导(transduction)
➢ 转导:是以温和噬菌体为载体,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。
➢ 根据转导基因片段的范围,可将转导分为两类: 普遍性转导(转导的DNA可是供菌染色体上的 任何部分)、局限性转导(转导的DNA只限供 菌染色体上的特定基因)。
普遍性转导( generalized transduction)
接合:是细菌通过性菌
毛相互连接沟通,将遗 传物质(主要是质粒 DNA)从供体菌转移给 受体菌。能通过结合方 式转移的质粒称为接合 性质粒,不能通过性菌 毛在细菌间转移的质粒 为非接合性质粒。
F质粒的接合
F+ ——即F质粒,编码性菌毛,称雄性菌 Hfr——F质粒整合到细菌染色体上,使细菌能
高效地转移染色体上的基因,故称高频重组菌 F’——Hfr菌中的F质粒可从染色体上脱离下来,
发生
自发突变(spontaneous mutation)突变率低10-10——10-6
诱发突变(induced mutation)提高10-6——10-4
表现型
野生株(wild strain)没有发生突变的菌细胞 突变株(mutant strain)突变后的菌细胞
突变的类型
点突变(point mutation)只有一个碱基对的变化 (置换、插入、缺失)
(2)转座子(transposon , Tn):长度一般超过2kb,
是一类除携带与转位有关的基因外还携带其他基因 (如耐药性、毒素基因等)的转位因子。
(3)转座噬菌体或前噬菌体:前噬菌体有时也具有
转位功能,成为溶原菌的一种基因,编码某些产物, 改变细菌某些性状,如白喉毒素、肉毒毒素的产生。
4.整合子
耐药性变异
❖ 耐药性变异:细菌对某种抗菌药物由敏感变为 耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种 抗菌药物,即多重耐药性。
❖ 从抗生素广泛应用以来,细菌对抗生素耐药的 不断增长是世界范围内的普遍趋势,给临床治 疗带来很大的困难,并成为当今医学上的重要 问题。
菌落变异
➢ 细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙 (rough,R)型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整 齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边 缘不整齐,称S—R变异。
第4节 细菌的遗传与变异
▪ 遗传(heredity):使细菌的性状保持相对稳定,
且代代相传,使其菌种得以保存。
▪ 变异(variation):在一定条件下,子代与亲代
之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差 异。
细菌的变异
遗传性变异:是细菌的基因结构发生了改变, 故又称 基因型变异。常发生于个别的细菌,不受
质粒DNA的特征
➢ 质粒具有自我复制的能力。 ➢ 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某
些性状特征。 ➢ 质粒可自行丢失与消除。 ➢ 质粒的转移性。 ➢ 质粒可分为相容性与不相容性两种。
质粒的分类:
根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递 1接合性质粒 2非接合性质粒
根据质粒在细菌内拷贝数多少 1严紧型质粒 2松弛型质粒
环境因素的影响,变异发生后是不可逆的,产生 的新性状可稳定地遗传给后代。
非遗传性变异:细菌在一定的环境条件影响下 产生的变异,其基因结构未改变,称为表型变异。
易受到环境因素的影响,凡在此环境因素作用下 的所有细菌都出现变异,而且当环境中的影响因 素去除后,变异的性状又可复原,表型变异不能 遗传。
一、细菌的变异现象
毒力质粒(Vi质粒) 编码与该菌致病性有关的毒力因 子;
细菌素质粒 编码细菌产生细菌素; 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。
3.转位因子
✓ 转座因子(transposable element): 是存在于细 菌染色体或质粒DNA上的一段特异性的核苷酸序列片 段,能在DNA分子中移动,不断改变它们在基因组中 的位置,称为转位因子,又称移动基因。
➢ 外源性遗传物质:供体菌染色体DNA,质粒DNA及噬 菌体基因等。
➢ 细菌的基因转移和重组方式:转化、接合、转导、溶 原性转换、原生质体融合。
1. 转化(transformation):受体菌直接摄取供体菌游 离的DNA片段获得新的遗传性状的过程称为转化。
2. 接合(conjugation)
➢ 染色体 ➢ 染色体外的遗传物质(质粒、噬菌体) ➢ 转位因子
1.细菌的染色体(chromosome)
一条环状双螺旋DNA长链,按一定构型 反复回旋形成松散的网状结构;
缺乏组蛋白,无核膜包裹; 约含有5000个基因; 双向复制,全过程约20min。
2.质粒
❖ 质粒(plasmid): 是细菌染色体以外 的遗传物质,是环 状闭合的双链 DNA。
突变株 第二次突变 表现野生株性 回复突变 状的突变株
回复突变并没有纠正正向突变的DNA序列,而只是 抑制了正向突变的效应,故称抑制突变,以区别真 正的原位回复突变到野生株。
基因突变规律
随机发生,不定向; 突变与选择(以耐药突变体为例)
结论:细菌基因突变产生耐药性,与抗生 素的使用无关
实验:影印试验 说明:耐药突变株在接触药物之前出现, 药物的作用是选择耐药株,淘汰敏感株 具有相对稳定性; 可发生回复突变
多点突变(multiple mutation)两个以上碱基对的 变化(较大范围的染色体重排、倒位、重复、缺失等) 诱变剂
是能显著提高突变率的各种理化因素(UV、高温、 辐射及化学诱变剂)
回复突变和抑制突变(reverse mutation , suppressor mutation)
第一次突变 野生株 源自文库向突变
➢ 形态结构的变异 ➢ 毒力变异 ➢ 耐药性变异 ➢ 菌落变异 ➢ 抗原性变异
形态结构的变异
❖ 细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同, 生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。 如:鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态 性、细菌L型。
❖ 细菌的特殊结构如:荚膜(肺炎链球菌)、芽 胞(炭疽芽孢杆菌)、鞭毛(变形杆菌H-O变 异)也可发生变异。
二、基因突变
突变株——是指病毒基因碱基序列改变,导致表型性状改 变的毒株。 •条件致死性突变株(conditional-lethal mutant)
温度敏感突变株(temperature sensitive mutant,ts株 ) 为条件致死性突变株中应用最广泛的 •缺陷型干扰突变株(defective inhibition mutant,DIM) •宿主范围突变株(host range mutant,hr突变株) •耐药突变株(drug-resistant mutant)
整合子(integron,In):
是一种运动性的DNA分子,具有独特结构可捕获和整 合外源性基因,使之转变成为功能性基因的表达单位。它 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。
整合子的特点:
定位于染色体和质粒或转座子上 为细菌所固有 由两端的保守末端和中间的可变区构成 含有三个功能元件 :整合酶基因、重组位点和启动子
根据相容性 1相容性——几种质粒同时共存于同一菌体内 2不相容性——不能同时共存 可借此对质粒进行分组、分群
根据所编码的生物学性状
质粒基因可编码多种重要的生物学性状:
致育质粒(fertility plasmid、F质粒)编码性菌毛, 介导细菌之间的接合传递;
耐药性质粒(resistance plasmid、R质粒) 编码 细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类,一 是接合性耐药质粒(R质粒),另一是非接合耐药性 质粒(r质粒);
融合后形成双倍体细胞,可短期生存, 染色体重组,获得多种不同表型的重组融合 体。
人为实验基因转移与重组。
细菌遗传变异在医学上的实际意义
❖ 影响细菌学诊断 ❖ 预防耐药菌株的扩散 ❖ 检测致癌物 ❖ 制备菌苗 ❖ 在基因工程中的应用。
病毒的遗传和变异
一、病毒的基因组
病毒核酸仅含一种类型,DNA或RNA 形态多样性(单一线形、双股环状) 完整性不同(完整的、分节段的) 还有携带反转录酶的RNA病毒 可突变,并决定其表型
➢ S—R变异常见于肠道杆菌,是由于失去LPS的特异性 寡糖重复单位而引起的。
➢ 变异时不仅菌落的特征发生改变,且细菌的其它性状 也发生了变化。
➢ S型菌的致病性强,但有少数R型菌的致病性强,如结 核分枝杆菌。
麦康凯培养基上的伤寒杆菌菌落
结核杆菌的干燥型菌落
抗原性变异
H抗原、O抗原变异
细菌遗传变异的物质基础 ——遗传物质
✓ 转位结果: 改变原有核苷酸序列 影响插入点附近基因的表达 本身所携带的一定的基因序列表达,以上三种结果
并不是一定引起细菌变异。
✓转座因子有三类:
(1) 插入序列(insertion sequence , IS):最小,不超
过2kb,是只携带与转座功能有关的基因,而不带任 何有使细菌表现性状的基因的转位因子。
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