《细菌的遗传变异》PPT课件.ppt

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1、第第7 7章章细菌的遗传变异细菌的遗传变异遗传（遗传（heredity）遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存使其种属得以保存变异（变异（variation）在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的生物学性状出现差异，有利于物种进代之间的生物学性状出现差异，有利于物种进化化1基因型变异和表现型变异的比较基因型变异和表现型变异的比较基因型变异和表现型变异的比较基因型变异和表现型变异的比较基因型变异基因型变异基因型变异基因型变异表现型变异表现型变异表现型变异表现型变异基因结构基因结构基因结

2、构基因结构 变化变化变化变化 未变未变未变未变可逆性可逆性可逆性可逆性 不或极少不或极少不或极少不或极少 可逆可逆可逆可逆稳定性稳定性稳定性稳定性 稳定 不稳定环境影响环境影响环境影响环境影响涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数不受影响不受影响不受影响不受影响 受影响受影响受影响受影响 个别个别个别个别 全体全体全体全体2第一节第一节 细菌的变异现象细菌的变异现象一、形态结构的变异一、形态结构的变异（1）荚膜变异（肺炎球菌）、芽胞变异（炭疽杆菌）、鞭毛）荚膜变异（肺炎球菌）、芽胞变异（炭疽杆菌）、鞭毛变异（变异（H-O变异：变形杆菌）、色素变异（粘质沙雷菌）变异：变形杆菌）、色素变异（粘质

3、沙雷菌）（2）L型变异：肽聚糖合成障碍导致的细胞壁缺陷型，由体型变异：肽聚糖合成障碍导致的细胞壁缺陷型，由体内体外各种因素形成，其特点为：内体外各种因素形成，其特点为：1、形态多变，不易染色；、形态多变，不易染色；2、只能在高渗培养基上生长；、只能在高渗培养基上生长；3、L型菌在生化反应、抗原性、耐药性方面均与原菌不同；型菌在生化反应、抗原性、耐药性方面均与原菌不同；4、L型菌仍有一定致病性（金葡菌、链球菌等）型菌仍有一定致病性（金葡菌、链球菌等）5、部分细菌的、部分细菌的L型变异有可逆性（金葡菌）型变异有可逆性（金葡菌）二、菌落变异：二、菌落变异：光滑型（光滑型（S）与粗糙型（）与粗糙型（R

4、）三、毒力变异：三、毒力变异：卡介苗（卡介苗（BCG）的培养）的培养四、抗药性变异：四、抗药性变异：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）第二节第二节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础一、细菌的染色体：包括真核细胞和原核细胞一、细菌的染色体：包括真核细胞和原核细胞一、细菌的染色体：包括真核细胞和原核细胞一、细菌的染色体：包括真核细胞和原核细胞细细细细菌菌菌菌染染染染色色色色体体体体：裸裸裸裸露露露露的的的的dsDNAdsDNA，5105106 6 bpbp；只只只只有有有有一一一一个个个个复复复复制制制制起起起起始始始始位位位位点点点点；复复复复制制制制快快快快：1

5、0105 5 bp/minbp/min；无无无无组组组组蛋蛋蛋蛋白白白白，为为为为连连连连续续续续基基基基因因因因；含含含含有有有有重重重重叠叠叠叠序序序序列列列列；染染染染色色色色体体体体上上上上的的的的DNADNADNADNA按碱基互补配对原则配对。按碱基互补配对原则配对。按碱基互补配对原则配对。按碱基互补配对原则配对。基基基基因因因因：DNADNADNADNA分分分分子子子子中中中中不不不不同同同同排排排排列列列列顺顺顺顺序序序序的的的的DNADNADNADNA区区区区段段段段所所所所构构构构成成成成的的的的特定的功能单位。特定的功能单位。特定的功能单位。特定的功能单位。二、质粒二、质粒

6、（plasmid）：是原核细菌染色体外是原核细菌染色体外是原核细菌染色体外是原核细菌染色体外的遗传物质，位于细胞的遗传物质，位于细胞的遗传物质，位于细胞的遗传物质，位于细胞质内。是双股闭环的质内。是双股闭环的质内。是双股闭环的质内。是双股闭环的DNADNADNADNA链，携带的基因数链，携带的基因数链，携带的基因数链，携带的基因数少，多携带抗药性基因、少，多携带抗药性基因、少，多携带抗药性基因、少，多携带抗药性基因、产抗生素基因、产毒素产抗生素基因、产毒素产抗生素基因、产毒素产抗生素基因、产毒素基因等，可自行复制、基因等，可自行复制、基因等，可自行复制、基因等，可自行复制、转移。转移。转移。转

7、移。功能：功能：功能：功能：F F质粒质粒质粒质粒转移；转移；转移；转移；R R质粒质粒质粒质粒耐药；耐药；耐药；耐药；Col Col质粒质粒质粒质粒细菌素细菌素细菌素细菌素 6 噬菌体（噬菌体（bacteriophage）：形态结构形态结构形态结构形态结构:蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质核酸：核酸：核酸：核酸：dsDNA dsDNA 分布广分布广分布广分布广:有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌变异：转导参与细菌

8、变异：转导参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导,溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换7第三节第三节 变异的原理变异的原理一、变异的一般机理一、变异的一般机理包括包括基因突变基因突变和和基因重组基因重组。（一）基因突变（一）基因突变突变：指细菌遗传基因结构上发生突然而突变：指细菌遗传基因结构上发生突然而稳定的改变，从而导致细菌发生遗传性稳定的改变，从而导致细菌发生遗传性变异。突变包括变异。突变包括基因突变基因突变和和染色体畸变染色体畸变。基因突变包括自然突变和诱发突变，其分基因突变包括自然突变和诱发突变，其分子基础是碱基置换、碱基互变异构和碱子基础是碱基置换、碱基互变异构和碱基的减少、增加和

9、倒置。基的减少、增加和倒置。（二）基因重组（二）基因重组 指细菌的基因通过接合、转导、转化指细菌的基因通过接合、转导、转化等方式转移给另一个同种或异种的细菌，等方式转移给另一个同种或异种的细菌，并经基因的重新组合后，形成新的遗传并经基因的重新组合后，形成新的遗传型个体的方式。型个体的方式。转移和重组转移和重组转移转移转移转移：外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程 重重重重组组组组：转转转转移移移移的的的的基基基基因因因因与与与与受受受受体体体体菌菌

10、菌菌DNA DNA 整整整整合合合合在在在在一一一一起起起起称称称称为为为为重重重重组组组组，使使使使受受受受体菌获得供体菌的某些性状。体菌获得供体菌的某些性状。体菌获得供体菌的某些性状。体菌获得供体菌的某些性状。类型类型类型类型 基因来源基因来源基因来源基因来源 转移方式转移方式转移方式转移方式 转化转化转化转化 供菌供菌供菌供菌 受菌摄入受菌摄入受菌摄入受菌摄入 接合接合接合接合 供菌供菌供菌供菌 通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛转导转导转导转导 供菌供菌供菌供菌 噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介 溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 前噬菌体

11、前噬菌体前噬菌体前噬菌体10细胞融合细胞融合细胞融合细胞融合 不同细胞不同细胞不同细胞不同细胞 细胞融合细胞融合细胞融合细胞融合接合（接合（conjugation）通通过过性性菌菌毛毛将将供供菌菌DNA转转给给受受体体菌菌，受受体体菌菌获获得得供供体体菌菌性性状状；接合性质粒包括接合性质粒包括F F质粒、质粒、R R质粒。质粒。11lF质粒（质粒（fertility factor,致育因子）致育因子）接触：细胞质沟通接触：细胞质沟通转移：转移：F F质粒进入质粒进入F F菌，菌，1 1分钟完成分钟完成复制：复制：F F菌转为菌转为F F菌菌12 转化（转化（transformation）：）：

12、受菌主动摄取外源性受菌主动摄取外源性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DNADNA14 影响因素：影响因素：l供供、受菌基因型：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（competence）：）：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：Mg2、Ca2等可促进转等可促进转化化15转导（转导（transduction）噬菌体媒介噬菌体媒介 将将供供菌菌DNA转转给给受受

13、菌菌，使使受受菌菌获获得得供菌的部分遗传性状供菌的部分遗传性状 分普遍性转导和局限性转导分普遍性转导和局限性转导16毒性噬菌体、温和噬菌体均可介导毒性噬菌体、温和噬菌体均可介导毒性噬菌体、温和噬菌体均可介导毒性噬菌体、温和噬菌体均可介导 装配错误：装配错误：装配错误：装配错误：任何部位细菌任何部位细菌任何部位细菌任何部位细菌DNADNADNADNA片段片段片段片段转导性噬菌体：转导性噬菌体：转导性噬菌体：转导性噬菌体：宿主菌宿主菌宿主菌宿主菌DNADNADNADNA，无噬菌体无噬菌体无噬菌体无噬菌体DNADNADNADNA受菌接受转导噬菌体受菌接受转导噬菌体受菌接受转导噬菌体受菌接受转导噬菌体

14、(供菌供菌供菌供菌)DNA)DNA)DNA)DNA受菌获得供菌性状受菌获得供菌性状受菌获得供菌性状受菌获得供菌性状 l 普遍性转导：普遍性转导：17l 局限性转导：温和性噬菌体局限性转导：温和性噬菌体 脱落错误：前噬菌体及两边的细菌脱落错误：前噬菌体及两边的细菌脱落错误：前噬菌体及两边的细菌脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNADNA转导性噬菌体：噬菌体转导性噬菌体：噬菌体转导性噬菌体：噬菌体转导性噬菌体：噬菌体DNADNA及细菌及细菌及细菌及细菌DNA DNA 18溶原性转换（溶原性转换（lysogenic conversion）温温和和噬噬菌菌体体DNA以以前前噬噬菌菌体体形形式式与与菌菌染

15、染色色体体整整合合，成成为为溶溶原原性性细细菌菌，从从而而获获得新的性状得新的性状。如白喉杆菌：如白喉杆菌：-噬菌体噬菌体-外毒素基因外毒素基因 不产毒白喉杆菌不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌19细胞融合细胞融合 由两个遗传性状不同的细胞，分别通由两个遗传性状不同的细胞，分别通过酶解作用进行溶解，在高渗溶液中除过酶解作用进行溶解，在高渗溶液中除去细胞壁形成原生质体，将两个原生质去细胞壁形成原生质体，将两个原生质体在高渗条件下用融合剂（体在高渗条件下用融合剂（PEG）使二）使二者融合，形成具有新的遗传性状的重组者融合，形成具有新的遗传性状的重组细胞。在抗生素、酶、氨基酸制备中常细胞。在抗

16、生素、酶、氨基酸制备中常用，尤其在单克隆抗体的制备中。用，尤其在单克隆抗体的制备中。二、细菌抗药性变异的原理二、细菌抗药性变异的原理（一）自然突变和选择（一）自然突变和选择 抗药性突变与外界药物的存在与否无抗药性突变与外界药物的存在与否无关，而是以一定的突变率发生在某些细关，而是以一定的突变率发生在某些细菌中。药物仅起选择作用。抗药性的自菌中。药物仅起选择作用。抗药性的自然突变率低。然突变率低。由基因突变形成的抗药性，与细菌因由基因突变形成的抗药性，与细菌因经常接触抗菌药物产生生理适应而导致经常接触抗菌药物产生生理适应而导致的抗药性，有一定区别。的抗药性，有一定区别。彷徨试验：随机的、非定向的

17、突变是在接触噬彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变菌体之前就已发生，噬菌体对突变菌体之前就已发生，噬菌体对突变菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。仅起筛选而不是诱导作用。仅起筛选而不是诱导作用。仅起筛选而不是诱导作用。22影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用23（二）抗药性质粒（二）抗药性质粒（R

18、质粒）和抗药性的质粒）和抗药性的传递与扩散传递与扩散（三）（三）R质粒编码细菌的抗药性质粒编码细菌的抗药性1、产生顿挫酶、产生顿挫酶2、改变细胞通透性、改变细胞通透性3、改变药物的原始作用点、改变药物的原始作用点一、医药工业生产方面的应用一、医药工业生产方面的应用 选育高质量的菌种选育高质量的菌种二、疾病的诊断和防治的应用二、疾病的诊断和防治的应用第四节第四节 变异的实际意义变异的实际意义诊断困难诊断困难诊断困难诊断困难 H HOO变变变变异：如伤寒沙门菌鞭毛异：如伤寒沙门菌鞭毛异：如伤寒沙门菌鞭毛异：如伤寒沙门菌鞭毛 S SR R变异：消失荚膜或多糖变异：消失荚膜或多糖变异：消失荚膜或多糖变

19、异：消失荚膜或多糖 抗原性改变抗原性改变抗原性改变抗原性改变 毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变治疗困难：耐药治疗困难：耐药治疗困难：耐药治疗困难：耐药 预防：预防：预防：预防：BCG BCG 牛型结核杆菌（有毒株）牛型结核杆菌（有毒株）牛型结核杆菌（有毒株）牛型结核杆菌（有毒株）胆汁胆汁胆汁胆汁-甘油甘油甘油甘油-马铃薯培养马铃薯培养马铃薯培养马铃薯培养 13 13 13 13年，年，年，年，230230230230次传代次传代次传代次传代 减毒株（减毒株（减毒株（减毒株（BCGBCG）27三、基因工程三、基因工程l载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体l工工工工程程程程菌菌菌菌和和和和酶酶酶酶：限限限限制制制制性性性性内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶l选选选选择择择择目目目目的的的的基基基基因因因因，细细细细菌菌菌菌中中中中表表表表达达达达，如如如如胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素、白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等l基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗29