细菌的遗传变异

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溶菌周期。 溶菌周期。 噬菌体基因与宿主染色体整合, 温和噬菌体 噬菌体基因与宿主染色体整合,成为前 (temperate phage):噬菌体,细菌变成溶原性菌,不产 :噬菌体,细菌变成溶原性菌, 生子代噬菌体,但噬菌体 生子代噬菌体,但噬菌体DNA能 能 随细菌DNA复制,并随细菌的分 随细菌 复制, 复制 裂而传代,建立溶原状态。 裂而传代,建立溶原状态。
质粒的分类: 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 接合性质粒 2非接合性质粒 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 严紧型质粒 2松弛型质粒 松弛型质粒 根据相容性 1相容性 相容性——几种质粒同时共存于同一菌体内 相容性 几种质粒同时共存于同一菌体内 2不相容性 不相容性——不能同时共存 不相容性 不能同时共存 可借此对质粒进行分组、 可借此对质粒进行分组、分群 根据所编码的生物学性状
力比一般细菌的繁殖体强, 灭活。 力比一般细菌的繁殖体强,75 ℃30min灭活。 灭活 噬菌体能耐受低温和冰冻,但对紫外线和X射 噬菌体能耐受低温和冰冻,但对紫外线和 射 线敏感。 线敏感。
噬菌体与细菌相互关系
噬菌体感染细菌有两种结果: 噬菌体感染细菌有两种结果: 增殖, 毒性噬菌体 能在宿主细胞内复制 增殖,产生许多 (virulent phage):子代噬菌体,并最终裂解细菌,建立 :子代噬菌体,并最终裂解细菌,
第五章 遗传与变异
遗传(heredity):使细菌的性状保持相对稳定, 遗传 :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。 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 变异 :在一定条件下,
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
菌落变异
细菌的菌落主要有光滑 细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙 光滑 型 (rough,R)型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整 型两种。 型菌落表面光滑 湿润、 型菌落表面光滑、 型两种 经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、 齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边 缘不整齐, 变异。 缘不整齐,称S—R变异。 变异 S—R变异常见于肠道杆菌,是由于失去 变异常见于肠道杆菌, 变异常见于肠道杆菌 是由于失去LPS的特异性 的特异性 寡糖重复单位而引起的。 寡糖重复单位而引起的。 变异时不仅菌落的特征发生改变, 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。 也发生了变化。 S型菌的致病性强,但有少数 型菌的致病性强,如结 型菌的致病性强, 型菌的致病性强, 型菌的致病性强 但有少数R型菌的致病性强 核分枝杆菌。 核分枝杆菌。
结构——两条互相平行而方向相反的多核苷酸链 两条互相平行而方向相反的多核苷酸链 结构 功能——储存、复制和传递遗传信息 储存、 功能 储存 复制——半保留复制 复制 半保留复制 特点——复制中易发生错误 基因突变 复制中易发生错误—基因突变 特点 复制中易发生错误 蛋白合成——分子生物学中心法则(DNA-RNA-蛋白质) 分子生物学中心法则( 蛋白质) 蛋白合成 分子生物学中心法则 蛋白质 结构基因——编码结构蛋白质 编码结构蛋白质 结构基因
毒性噬菌体的复制周期—溶菌性周期 毒性噬菌体的复制周期 溶菌性周期
噬菌现象
液体培养基 噬菌现象可使浑浊菌液变得澄清。 噬菌现象可使浑浊菌液变得澄清。
固体培养基 若用适量的噬菌体和宿主菌液混合后 接种培养,培养基表面可有透亮的溶菌空斑出现。 接种培养,培养基表面可有透亮的溶菌空斑出现。一 个空斑系由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成, 个空斑系由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成, 称为噬斑(plaque),不同噬菌体噬斑的形态与大小不尽 称为噬斑 不同噬菌体噬斑的形态与大小不尽 相同。 相同。
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 抗原、 抗原变异 抗原
二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细菌遗传变异的物质基础
染色体 染色体外的遗传物质(质粒、噬菌体) 染色体外的遗传物质(质粒、噬菌体) 转位因子
(一 )染色体(chromosome) ) 染色体(
一条环状双螺旋DNA长链,按一定构型 长链, 一条环状双螺旋 长链 反复回旋形成松散的网状结构; 反复回旋形成松散的网状结构; 缺乏组蛋白,无核膜包裹; 缺乏组蛋白,无核膜包裹; 约含有5000个基因; 个基因; 约含有 个基因 双向复制,全过程约20min。 双向复制,全过程约 。
形态与结构
噬菌体很小,在光镜下看不见, 噬菌体很小,在光镜下看不见,需用电镜观 不同的噬菌体在电镜下有三种形态: 察。不同的噬菌体在电镜下有三种形态:蝌 蚪形、微球形和丝形。 蚪形、微球形和丝形。大多数噬菌体呈蝌蚪 由头部和尾部两部分组成。 形,由头部和尾部两部分组成。
蝌蚪形噬菌体结构模式图
结构及化学组成: 结构及化学组成:
易受到环境因素的影响, 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 的所有细菌都出现变异, 素去除后,变异的性状又可复原, 素去除后,变异的性状又可复原,表型变异不能 遗传。 遗传。
第一节 遗传与变异原理
DNA的结构与功能 的结构与功能
o o o o o
毒性噬菌体
毒性噬菌体在敏感菌内以复制方式进行 增殖,增殖过程包括:吸附、穿入、 增殖,增殖过程包括:吸附、穿入、生物 合成、成熟和释放。 合成、成熟和释放。 噬菌体的复制周期或溶菌周期: 噬菌体的复制周期或溶菌周期:从噬菌 体吸附至细菌溶解释放出子代噬菌体的过 程。
吸附
吸附是噬菌体与菌体表面 受体发生特异性结合的过 程,其特异性取决于噬菌 体蛋白与宿主菌表面受体 分子结构的互补性。 分子结构的互补性。
(二) 质粒
质粒(plasmid): : 质粒 是细菌染色体以外 的遗传物质, 的遗传物质,是环 状闭合的双链 DNA。 。
质粒DNA的特征 的特征 质粒
质粒具有自我复制的能力。 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 质粒 所编码的基因产物赋予细菌某 些性状特征。 些性状特征。 质粒可自行丢失与消除。 质粒可自行丢失与消除。 质粒的转移性。 质粒的转移性。 质粒可分为相容性与不相容性两种。 质粒可分为相容性与不相容性两种。
(三) 噬菌体
噬菌体(bacteriophage,phage):是感染细菌、真菌、放 :是感染细菌、真菌、 噬菌体
线菌或螺旋体等微生物的病毒。 线菌或螺旋体等微生物的病毒。
噬菌体的特点: 噬菌体的特点:
具有一定形态 蝌蚪形等 具有病毒的特性,个体微小、 严格寄生性和特异性 具有病毒的特性,个体微小、无 细胞结构、 细胞结构、具有高度的特异性及专性细胞内寄生性 凡是有细菌的场所, 分布广泛 凡是有细菌的场所,就可能有相应的噬菌体 的存在。 的存在。
噬斑
荧光假单胞菌
若将噬菌体按一定倍数稀释,通过噬斑计数, 若将噬菌体按一定倍数稀释,通过噬斑计数,可测定一定 体积内的噬斑形成单位 噬斑形成单位(plaque forming units,pfu)数目,即 数目, 体积内的噬斑形成单位 数目 噬菌体的数目。 噬菌体的数目。
温和噬菌体
温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合, 温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合,并随细菌分裂传 至子代细菌的基因组中,不引起细菌裂解。 至子代细菌的基因组中,不引起细菌裂解。 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体 前噬菌体(prophage) 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体 带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌 带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌 特征: 特征: 1.正常分裂,并将前噬菌体传给子代细菌(溶原状态) 正常分裂, 正常分裂 并将前噬菌体传给子代细菌(溶原状态) 2.前噬菌体能抑制细菌内的相应毒性噬菌体的生物合成,使 前噬菌体能抑制细菌内的相应毒性噬菌体的生物合成, 前噬菌体能抑制细菌内的相应毒性噬菌体的生物合成 细菌免遭裂解 3.某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变,称为溶 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变, 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变 原性转换(lysogenic conversion)。 原性转换 。 4.溶原状态终止 前噬菌体丢失或脱离宿主菌基因组而进入 溶原状态终止 溶菌周期
毒力变异
毒力增强: 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 喉部,不致病;当感染了 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, 溶原性细菌,则获得产生白喉毒素的能力,引 起白喉。 起白喉。 毒力减弱: 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。 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 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 甘油、马铃薯培养基上,经过 年,连续传 230代,获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原 代 性的变异株。 性的变异株。
基因与基因的转录
o
基因结构 非结构基因——编码功能蛋白质 编码功能蛋白质 非结构基因 基因转录
o
遗传信息的 翻译
第二节 细菌的遗传与变异
一、细菌的变异现象
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, 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。 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 细菌L型 性、细菌 型。 细菌的特殊结构如:荚膜(肺炎链球菌)、芽 细菌的特殊结构如:荚膜(肺炎链球菌)、芽 )、 炭疽芽孢杆菌)、鞭毛(变形杆菌H-O变 )、鞭毛 胞(炭疽芽孢杆菌)、鞭毛(变形杆菌 变 也可发生变异。 异)也可发生变异。
头部 噬菌体 核心:核酸( 核心:核酸(DNA或RNA) 或 ) 蛋白衣壳:蛋白质呈 面体 蛋白衣壳:蛋白质呈20面体 尾部: 与细菌(受体) 尾部:蛋白质 与细菌(受体)接触的部位
抗原性:噬菌体具有抗原性, 抗原性:噬菌体具有抗原性,能刺激机体产生特异性
抗体。 抗体。
抵抗力: 抵抗力:噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗
耐药性变异
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。 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。 抗菌药物,即多重耐药性。 从抗生素广泛应用以来, 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, 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, 疗带来很大的困难,并成为当今医学上的重要 问题。 问题。
遗传性变异:是细菌的基因结构发生了改变, 是细菌的基因结构发生了改变, 基因型变异。常发生于个别的细菌, 故又称 基因型变异。常发生于个别的细菌,不受
环境因素的影响,变异发生后是不可逆的, 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。 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 非遗传性变异: 产生的变异,其基因结构未改变, 产生的变异,其基因结构未改变,称为表型变异。
质粒基因可编码多种重要的生物学性状: 质粒基因可编码多种重要的生物学性状:
致育质粒( 质粒) 致育质粒(fertility plasmid、F质粒)编码性菌毛, 、 质粒 编码性菌毛, 介导细菌之间的接合传递; 介导细菌之间的接合传递; 耐药性质粒( 质粒) 耐药性质粒(resistance plasmid、R质粒) 编码 、 质粒 细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类, 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), 是接合性耐药质粒(R质粒),另一是非接合耐药性 质粒( 质粒 质粒); 质粒(r质粒 ; 毒力质粒( 质粒 质粒) 毒力质粒(Vi质粒) 编码与该菌致病性有关的毒力因 子; 编码细菌产生细菌素; 细菌素质粒 编码细菌产生细菌素; 编码产生相关的代谢酶。 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。
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