1、Page 1INSERT LOGO1 1掌握细菌基因的转移与重组。掌握细菌基因的转移与重组。2 2熟悉细菌的变异现象，以及细菌遗传性变异的物质基础。熟悉细菌的变异现象，以及细菌遗传性变异的物质基础。3 3了解细菌的变异在医学中的应用。了解细菌的变异在医学中的应用。具有对细菌的变异现象的认知能力具有对细菌的变异现象的认知能力运用所学知识，树立控制和消灭感染性疾病、保障人类健康意识运用所学知识，树立控制和消灭感染性疾病、保障人类健康意识学习目标学习目标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，使其菌种得以保存使细菌适应外界因素的变化，从而得以进化和
2、发展使细菌适应外界因素的变化，从而得以进化和发展学习目标学习目标 生物生物的基因结构发生了改变，变异的性状可遗传给子代，称为基因的基因结构发生了改变，变异的性状可遗传给子代，称为基因型变异。型变异。生物生物的性状受外界环境的影响发生改变，其基因结构未改变，不能的性状受外界环境的影响发生改变，其基因结构未改变，不能遗传，这种变异称为表型变异。遗传，这种变异称为表型变异。学习目标学习目标基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较基因型变异基因型变异表型变异表型变异 稳定稳定 不稳定不稳定第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象形态结构的变异形态结构的变异 菌落变异菌落变异 毒力变异毒力变异 耐
3、药性变异耐药性变异 一一.形态与结构的变异形态与结构的变异细菌的细菌的L L型变异（细胞壁缺陷型）型变异（细胞壁缺陷型）荚膜变异（肺炎链球菌）荚膜变异（肺炎链球菌）芽胞变异（炭疽芽胞杆菌）芽胞变异（炭疽芽胞杆菌）鞭毛变异：变形杆菌鞭毛变异：变形杆菌H-OH-O变异变异细菌结构变异细菌结构变异 炭疽杆菌炭疽杆菌失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性降低毒性降低 变形杆菌（变形杆菌（H）（O）迁徙生长迁徙生长 单个菌落单个菌落 10-20天天42-431%石炭酸石炭酸二二.菌落变异菌落变异细菌的菌落细菌的菌落:主要有主要有光滑型光滑型(smooth,S)smooth,S)和粗糙型和粗糙型(roug
4、h,R)rough,R)两种两种表面光滑、湿润、表面光滑、湿润、边缘整齐边缘整齐 表面粗糙、干燥、表面粗糙、干燥、边缘不整齐边缘不整齐SR变异变异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。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。型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。SR变异常见于肠道杆菌，由于失去变异常见于肠道杆菌，由于失去LPS的特异性寡糖重复单位而引的特异性寡糖重复单位而引起的。起的。S型菌落型菌落R型菌落型菌落三三.毒力变异毒力变异毒力增强毒力增强毒力减弱毒力减弱 棒状噬菌
5、体棒状噬菌体白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌 获得白喉毒素获得白喉毒素 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌 卡介苗卡介苗 13年年(230代代)四四.耐药性变异耐药性变异 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。耐药性变异。金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从19461946年的年的14%14%上升至目前的上升至目前的80%80%。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，多重耐药性，甚至甚至产生药物依赖性。产生药物依赖性。含链霉素
6、培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌遗传变异的物质基础主要包括：细菌遗传变异的物质基础主要包括：染色体染色体质粒质粒转座因子转座因子噬菌体噬菌体 一、细菌染色体一、细菌染色体细菌染色体为一环状双股细菌染色体为一环状双股DNADNA链。链。革兰阳性菌核质连接在中介体上。革兰阳性菌核质连接在中介体上。革兰阴性菌核质连接在细胞膜某一点上。革兰阴性菌核质连接在细胞膜某一点上。特征：特征：相对较小，只有一个复制起始位点相对较小，只有一个复制起始位点功能相关基因组成操纵子功能相关基因组成操纵子基因结构是连续的，无内含
7、子基因结构是连续的，无内含子基因组间无重叠现象基因组间无重叠现象不编码不编码DNA比真菌细胞基因少比真菌细胞基因少第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质二、质粒二、质粒(plasmid)概念：概念：质粒为细菌染色体外的遗传物质，环状双股质粒为细菌染色体外的遗传物质，环状双股DNA。质粒携。质粒携带有遗传信息，控制某些特定的遗传性状，可独立复制，与细菌的遗带有遗传信息，控制某些特定的遗传性状，可独立复制，与细菌的遗传变异有关。传变异有关。第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质v致育质粒致育质粒-(fertility plasmid)F质粒，质粒，产生性菌毛产生性菌毛-F+v毒力质粒毒力质
8、粒-(virulence plasmid)vVi质粒，质粒，产生相应毒素产生相应毒素v耐药质粒耐药质粒-(resistance plasmid)vR质粒，质粒，编码细菌对抗菌药物的耐药性编码细菌对抗菌药物的耐药性v细菌素质粒细菌素质粒-vCol质粒，质粒，产生细菌素产生细菌素v代谢质粒代谢质粒-编码产生相关酶编码产生相关酶v如脲酶、枸橼酸盐利用酶等如脲酶、枸橼酸盐利用酶等第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质质粒质粒DNA DNA 的基本特征有：的基本特征有：质粒具有自我复制的能力质粒具有自我复制的能力 质粒质粒DNADNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征所编码的基因产物赋予细菌某些性
9、状特征 粒并非细菌生命活动不可缺少的遗传物质粒并非细菌生命活动不可缺少的遗传物质 质粒的转移性，质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移质粒的转移性，质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移 不相容性与相容性不相容性与相容性第二节第二节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质 是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动的特异性是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动的特异性的独立的的独立的DNADNA片段。片段。三、三、转位因子转位因子 改变遗传物质的核苷酸序列改变遗传物质的核苷酸序列 影响插入点附近基因的表达（失活）影响插入点附近基因的表达（失活）直接插入一段新序列，造成基因的转移和
10、直接插入一段新序列，造成基因的转移和重组以上重组以上均能造成细菌均能造成细菌性状的变异性状的变异转位因子有三类：转位因子有三类：最小，不超过最小，不超过2kb,是只携带与转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。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。长度一般超过长度一般超过2kb，是一类除携带与转位，是一类除携带与转位有关的基因外还携带其他基因的转位因子。有关的基因外还携带其他基因的转位因子。前噬菌体有时也具有转位功能，成为溶原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、肉毒毒菌的一种基
11、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。素的产生。三、三、转位因子转位因子常见的插入序列和转座子常见的插入序列和转座子四、噬菌体四、噬菌体 噬菌体噬菌体 (bacteriophage,phage)：是感染细菌、真菌、放线菌或螺是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒旋体等微生物的病毒，在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。个体微小，可以通过细菌滤器。个体微小，可以通过细菌滤器。没有完整的没有完整的细胞结构。细胞结构。专性活的微生物细胞内寄生。专性活的微生物细胞内寄生。分布极广分布极广。有严格的宿主特异性。有严格的宿主特异性。（一）（一）噬菌体
12、的生物学性状噬菌体的生物学性状 1 1.形态与结构形态与结构 噬菌体噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数噬菌体有三种基本形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数噬菌体呈蝌蚪形。呈蝌蚪形。蝌蚪形蝌蚪形微球形微球形细杆形细杆形噬噬 菌菌 体体 的的 形形 态态电镜下见噬菌体电镜下见噬菌体4000040000电镜下见噬菌体与宿主菌细胞膜表面电镜下见噬菌体与宿主菌细胞膜表面接合接合40000结构：结构：由由头部和尾部组成头部和尾部组成；头部：内含头部：内含DNA/RNA尾部：尾部：中空尾管中空尾管 尾鞘尾鞘 尾丝尾丝 尾刺尾刺 尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受尾丝是吸附宿主细胞表面特殊受体
13、部位。体部位。噬菌体感染细菌有两种结果：噬菌体感染细菌有两种结果：能在宿主细胞内复制能在宿主细胞内复制 增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，建立菌，建立 溶菌周期。溶菌周期。噬菌体基因与宿主染色体整合，成为前噬菌体基因与宿主染色体整合，成为前 噬菌体，细菌变成溶原性菌，噬菌体，细菌变成溶原性菌，不产生子代噬菌体，但噬菌体不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂复制，并随细菌的分裂而传代，建立溶原状态。而传代，建立溶原状态。二、噬菌体与细菌相互关系二、噬菌体与细菌相互关系1.1.毒性噬菌体毒性噬菌体 能能在宿主菌内复制
14、增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。（1）吸吸 附附 是噬菌体与细菌表面相应受体特异性结合的过程是噬菌体与细菌表面相应受体特异性结合的过程1.1.毒性噬菌体毒性噬菌体 （2）穿）穿 入入 有尾噬菌体将头部的有尾噬菌体将头部的DNA注入宿主菌内。注入宿主菌内。无尾噬菌体经脱壳进入宿主菌内，类似于动物病毒的穿入过程无尾噬菌体经脱壳进入宿主菌内，类似于动物病毒的穿入过程1.1.毒性噬菌体毒性噬菌体 （3）生物合成）生物合成 是指利用宿主菌的酶、能量复制核酸及合成蛋白质的过程。是指利用宿主菌的酶、能量复制核酸及合成蛋白质的过程。1.1.毒性
15、噬菌体毒性噬菌体 （4）成熟与释放成熟与释放程序组装程序组装菌细胞裂解，菌细胞裂解，噬菌体释放噬菌体释放1.1.毒性噬菌体毒性噬菌体 毒性噬菌体溶菌现象毒性噬菌体溶菌现象使浑浊菌液变为澄清使浑浊菌液变为澄清.菌膜表面可有透亮的溶菌空斑出现。一个空斑系由一个菌膜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的，称为噬斑（噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成的，称为噬斑（plaqueplaque）若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测知一定体积内的噬若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测知一定体积内的噬斑形成单位数目，即噬菌体的数量。斑形成单位数目，即噬菌体的数量
16、。噬斑噬斑温和噬菌体是指基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌温和噬菌体是指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。分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在宿主菌核酸中的噬菌体基因组称为整合在宿主菌核酸中的噬菌体基因组称为。带有前噬菌。带有前噬菌体基因组的细菌称为体基因组的细菌称为2.2.温和噬菌体温和噬菌体能正常分裂，并将前噬菌体传给子代；能正常分裂，并将前噬菌体传给子代；前噬菌体可编码阻遏蛋白抑制后进入毒性噬菌体生物合成；前噬菌体可编码阻遏蛋白抑制后进入毒性噬菌体生物合成；整合的前噬菌体给细菌带来新的性状；整合的前噬菌体给细菌带来新的性状；前
17、噬菌体可偶尔自发地或在某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主前噬菌体可偶尔自发地或在某些理化和生物因素的诱导下，脱离宿主染色体进入溶菌周期，导致细菌裂解。染色体进入溶菌周期，导致细菌裂解。2.2.温和噬菌体温和噬菌体 温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期。溶菌性周期。2.2.温和噬菌体温和噬菌体第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异主要是通过基因突变、细菌遗传性变异主要是通过基因突变、DNADNA的修复、基因的转移与重组的修复、基因的转移与重组等来实现的。等来实现的。突变（
18、突变（mutationmutation）是指细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，）是指细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌某些性状的遗传性变异。导致细菌某些性状的遗传性变异。突变包括基因突变和染色体畸变。突变包括基因突变和染色体畸变。突变的突变的规律规律：l突变率：突变率：10-610-9l自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变l突变与选择突变与选择l回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制随机的、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
19、用对突变仅起筛选而不是诱导作用第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制二个细菌间部分遗传基因，可以发生转移二个细菌间部分遗传基因，可以发生转移(gene transfer)(gene transfer)和重组和重组(recombination)recombination)，使受体菌获得新的遗传性状。，使受体菌获得新的遗传性状。转移：供菌提供转移：供菌提供DNADNA；受菌接受；受菌接受DNADNA重组：受菌获得供菌重组：受菌获得供菌DNADNA第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制类型类型 基因来源基因来源 转移方式转移方式 转化转化 供菌供菌 受
20、菌摄入受菌摄入 接合接合 供菌供菌 通过性菌毛通过性菌毛转导转导 供菌供菌 噬菌体媒介噬菌体媒介 溶原性转换溶原性转换 噬菌体噬菌体 前噬菌体前噬菌体细菌基因转移和重组的方式：细菌基因转移和重组的方式：转化转化（transformation)、接合、接合 (conjugation)转导转导 (transduction)、溶原性转换溶原性转换 (lysogenic conversion)第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制概念：供体菌游离的概念：供体菌游离的DNADNA片段直接被受体菌摄取，使受体菌获得新的性状片段直接被受体菌摄取，使受体菌获得新的性状小鼠体内肺炎球菌转
21、化经典试验小鼠体内肺炎球菌转化经典试验受菌主动摄取外源性受菌主动摄取外源性DNADNA供菌死亡时释放或人工方法提取供菌死亡时释放或人工方法提取DNADNA第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制转化的转化的DNADNA片段称片段称 转化因子转化因子转化因子分子量小于转化因子分子量小于1 110107 7，不超过，不超过10201020个基因，才可能被受体菌摄取个基因，才可能被受体菌摄取受体菌必须处于感受态受体菌必须处于感受态 competencecompetence时，才能摄取转化因子时，才能摄取转化因子摄入的
22、供体菌摄入的供体菌DNADNA片段与受体菌相应片段与受体菌相应DNADNA重组重组 重组菌；重组菌繁殖重组菌；重组菌繁殖时，就可形成重组突变株，获得供体菌的某些性状。时，就可形成重组突变株，获得供体菌的某些性状。第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制l供受菌基因型：供受菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高同源性；亲缘关系近，转化率高l感受态（感受态（competencecompetence）：）：生理活动过程中摄取生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期转化因子的最佳时期 l环境因素环境因素：MgMg2 2、CaCa2 2等可促进转化等可促进转化第三节第三节 细菌遗传性
23、变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制通过通过性菌毛将供菌性菌毛将供菌遗传物质（质粒）遗传物质（质粒）转给受体菌，转给受体菌，使使受体菌获得供受体菌获得供体菌性状体菌性状。指指能通过接合方式转移的质粒称为，主要包括能通过接合方式转移的质粒称为，主要包括F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质质粒和毒力质粒等。粒和毒力质粒等。第三节第三节 细菌遗传性变异的发生机制细菌遗传性变异的发生机制（1 1）F F质粒的接合质粒的接合F F+即即F F质粒，编码性菌毛，称雄性菌质粒，编码性菌毛，称雄性菌无性菌毛相的为雌性菌（无性菌毛相的为雌性菌（F-F-菌）。菌）。目前，临床上多重耐药菌株的出现与
24、目前，临床上多重耐药菌株的出现与R R质粒通过接合传递密切有关。质粒通过接合传递密切有关。R R质粒组成：质粒组成：耐药传递因子耐药传递因子(resistance transfer factor,RTF)RTF(resistance transfer factor,RTF)RTF类类似似F F因子，可编码产生因子，可编码产生性性菌毛并以接合方式转移。菌毛并以接合方式转移。耐药决定因子耐药决定因子(r(r决定因子决定因子)：r r决定因子两端的决定因子两端的ISIS可与可与RTFRTF相连；相连；且可有多个且可有多个TnTn连接排列是造成多重耐药的原因。连接排列是造成多重耐药的原因。（2 2）R
25、 R质粒的接合质粒的接合概念：概念：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNADNA转移到受体菌内转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。，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DNADNA可是供菌染色体上的任何部分）和局限性转导（转导的可是供菌染色体上的任何部分）和局限性转导（转导的DNADNA只限供只限供菌染色体上的特定基因）。菌染色体上的特定基因）。3.3.转导转导(transduction)(transduction)毒性噬菌体毒性噬菌体和和温和噬菌
26、体温和噬菌体都能介导都能介导 包装错误：任何部位细菌包装错误：任何部位细菌DNADNA片段片段受菌接受转导噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌供菌)DNA)DNA；受菌获得供菌性状受菌获得供菌性状 普遍性转导的结果有二种普遍性转导的结果有二种-完全转导、和流产转导完全转导、和流产转导（1 1）普遍性转导普遍性转导：所转导的所转导的DNADNA片段只限于供体菌染色体中个别特定的基因（如大肠杆片段只限于供体菌染色体中个别特定的基因（如大肠杆菌菌染色体转导的半乳糖酶基因或生物素基因）染色体转导的半乳糖酶基因或生物素基因）局限性转导与温和噬菌体的溶原期有关局限性转导与温和噬菌体的溶原期有关(2)(2)局限性
27、转导局限性转导局限性转导示意图局限性转导示意图galbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNAgalbio噬菌体DNA噬菌体DNAgalbio4.4.溶原性转换溶原性转换 (lysogenic conversion)(lysogenic conversion)概念概念:温和噬菌体以前噬菌体形式存在于细菌染色体中，并导致细菌基温和噬菌体以前噬菌体形式存在于细菌染色体中，并导致细菌基因型发生改变，使溶原性细菌获得了新的性状。因型发生改变，使溶原性细菌获得了新的性状。如：白喉棒状杆菌产生白喉毒素，是因其前噬菌体（如：白喉棒状杆菌产生白喉毒素，是因其前噬菌体（-棒状噬菌体）棒状噬菌体）带有毒素蛋白结构基因（带有毒素蛋白结构基因（tox基因）。基因）。A群溶血性链球菌受有关温和噬菌体感染发生溶原性转换，能产生致热群溶血性链球菌受有关温和噬菌体感染发生溶原性转换，能产生致热外毒素。外毒素。第四节第四节 细菌的变异在医学中的应用细菌的变异在医学中的应用思考题思考题1.1.简述细菌遗传变异的常见现象及意义？简述细菌遗传变异的常见现象及意义？2.2.噬菌体感染宿主菌后可出现怎样的结果？噬菌体感染宿主菌后可出现怎样的结果？3.质粒的基本特性有哪些？质粒的基本特性有哪些？4.细菌基因转移和重组细菌基因转移和重组的方式有哪些？的方式有哪些？
