医学微生物学-细菌的遗传与变异

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。
➢ 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)
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)；
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
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。
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）
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
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
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)
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。
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
➢ 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。
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 正向突变
➢ 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。
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）
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
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
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，
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。
活病毒与灭活病毒之间（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。
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）
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。