细菌的遗传学

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溶原性转换（ lysogenic conversion）
• 噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了 噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时 而致细菌获得新的性状。
如白喉杆菌：β-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌
原生质体融合（protopast fusion)
– 使细菌产生灭活抗生素的酶 类 – R质粒控制细菌改变药物作 用的靶部位 – R质粒可控制细菌细胞对药 物的通透性
R determinant
转导（transduction）
• 转导是以转导噬菌体为载体，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）
IS Resistance Gene(s) IS
• 转座噬菌体或前噬菌体
- 毒力岛
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
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 或在有免疫力的人体内 R
• 失去LPS的特异性多糖重复单位
第二节 细菌的遗传物质
细菌染色体
• 细菌染色体是环状双螺旋DNA，不含组 蛋白，无核膜包围。 • 基因，是具有一定生物学功能的核苷酸 序列，如编码结构蛋白、酶等功能。细 菌基因的结构是连续的, 无内含子。 • 细菌染色体DNA的复制：大肠埃希菌已 证明是双向复制
• 原生质体融合是将两种不同的细菌经溶菌 酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生 质体后进行彼此融合的过程。 • 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。 • 原生质体融合是一种人工基因转移系统， 本质上与基因转移无关或关系很小。
第四节细菌遗传变异的实际意义
• 诊断困难 H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S→R变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 • 治疗困难：耐药 • 预防：BCG • 测定致癌物质 • 流行病学研究 • 基因工程中应用
第三节 细菌变异的机制 突变（mutation）
• 点突变（point mutation） • 染色体畸变（chromosome aberration） • 突变机制：-转换（transition） -颠换（transversion） -移码突变（transhift mutation）
基因突变规律
接合
Donor
F+
F-
F+
F-
Recipient
F+
F+
F+
F+
接合
F+
F+
Hfr
接合
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合
F’
F-
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F-
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F’
F’
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接合
• R质粒
– 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF） – 耐药（r）决定子 RTF
• R质粒决定耐药机制：
• 突变率
– 自然突变率 – 诱导突变率
• 突变与选择（随机性)
– 彷徨试验 – 影印培养试验
• 独立性 • 稳定性 • 回复突变（可逆性）
彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。
基因的转移和重组
• 基因转移
– 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（gene transfer） 。
细菌的遗传与变异
第一节 细菌的变异现象
形态结构变异
• 3-6%食盐 鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。 琼脂培基
形态结构变异
• 青霉素、溶菌酶 正常形态细菌──────→ L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态结构变异
• 特殊结构的变异
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性 10-20天 降低
质粒（plasmid）
• 质粒是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭 合的双链DNA。
– 大质粒 – 小质粒
• 几种重要的质粒
– – – – – 致育质粒（F质粒） 耐药质粒（接合性R质粒；非接合性R质粒） 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒 代谢质粒
质粒的特征
– 自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝 • 紧密型质粒和松弛型质粒 – 编码产物赋予细菌某些性状特征 – 可自行丢失与消除 – 有转移性 – 可分为相容性和不相容性
变形杆菌（H） 迁徙生长 1%石炭酸
鞭毛变 异
（O） 单个菌落
毒力变异
• β棒状噬菌体 白喉棒状杆菌────→ 获得白喉毒素
•
胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌────────→卡介苗 13年(230代) (BCG)
耐药性变异
• 细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。 • 耐药率升高 • 多重耐药性 • 药物依赖性 含链霉素培基 痢疾杆菌─────→依赖株(耐药菌株) 长期培养
转 化 试 验
接合（conjugation）
• 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。 • 接合性质粒：能通过接合方式转移的质 粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、 Col质粒和毒力质粒。
接合
• F质粒的接合
– – – – F+×F－ 高频重组菌（high frequency recombination,Hfr） F′ F+ 、 Hfr、 F′都为雄性菌
转位因子
• 插入序列（insertion sequence,IS）
– 最小的转位因子，长度不超过2kb，不携带任何已知 与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点 附近的序列共同起作用。
ABCDEFG
Transposase
GFEDCBA
• 转座子（transposon,Tn）
– 长度一般超过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 结构基因等。 Resistance Gene(s) IS IS
• 重组
– 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组（ recombination），使受体菌获得供体菌的某些性 状。
• 细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、 转导、溶原性转换和细胞融合等方式进行。
转化（transformation）
• 转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体 菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。
普遍性转导
• 完全转导
– 外源性DNA片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而 传代，称完全转导
• 流产转导
– 外源性DNA片段游离在胞质中,既不能与受体菌染色体 整合，也不能自身复制，称为流产转导
局限性转导
• 局限性转导或 特异性转导， 所转导的只限 于供体菌染色 体上特定的基 因。
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