病原生物学-第5章-细菌的遗传与变异培训讲学.ppt
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1、遗传变异遗传变异病原生物学-第5章-细菌的遗传与变异遗传变异遗传变异学习内容学习内容学习内容学习内容v常见的细菌变异现象常见的细菌变异现象v细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础v细菌遗传性变异的机制细菌遗传性变异的机制v细菌遗传变异的应用细菌遗传变异的应用遗传变异遗传变异学习要求学习要求学习要求学习要求v1 1)熟悉细菌常见的变异现象,并掌握与细)熟悉细菌常见的变异现象,并掌握与细菌遗传变异有关的物质基础。菌遗传变异有关的物质基础。v2 2)熟悉细菌变异的机制以及细菌基因转移)熟悉细菌变异的机制以及细菌基因转移与重组的四种方式。与重组的四种方式。v3 3)了解其它内容。)了解其它内容。
2、遗传变异遗传变异概概 述述v遗传(遗传(heredityheredity)亲子代间生物学性状的相似性称为遗传。亲子代间生物学性状的相似性称为遗传。v变异(变异(variationvariation)亲子代间以及子代之间生物学性状的差异性称为变亲子代间以及子代之间生物学性状的差异性称为变异。异。遗传性变异(基因型变异)遗传性变异(基因型变异):细菌的:细菌的基因结构基因结构发生了发生了改变,如基因突变或重组,不可逆,可遗传给后代。改变,如基因突变或重组,不可逆,可遗传给后代。非遗传性变异(表型变异)非遗传性变异(表型变异):环境因素改变环境因素改变所致,基所致,基因结构未发生变异,可逆,不可遗传
3、。因结构未发生变异,可逆,不可遗传。一、概念一、概念遗传变异遗传变异(一)形态结构变异(一)形态结构变异(1 1)形态变异)形态变异(2 2)结构变异)结构变异(二)生理特性变异(二)生理特性变异(1 1)毒力变异)毒力变异(2 2)耐药性变异)耐药性变异二、常见的细菌变异现象二、常见的细菌变异现象遗传变异遗传变异(一)形态结构变异(一)形态结构变异3 3%-6%-6%食盐琼脂培养基食盐琼脂培养基鼠疫杆菌鼠疫杆菌(典型形态典型形态)多形态性多形态性(衰残型衰残型)遗传变异遗传变异形态结构变异形态结构变异形态结构变异形态结构变异v 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌 L L型变
4、异型变异 抗体或补体抗体或补体 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)正常葡萄球菌葡萄球菌L型遗传变异遗传变异形态结构变异形态结构变异形态结构变异形态结构变异v特殊结构的变异(芽胞、鞭毛从有特殊结构的变异(芽胞、鞭毛从有无)无)42-4342-43(1 1)炭疽杆菌)炭疽杆菌失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性毒性 10-2010-20天天 降低降低(2 2)变形杆菌)变形杆菌 1%1%石炭酸石炭酸 单个菌落(鞭毛)单个菌落(鞭毛)迁徙生长迁徙生长鞭毛变异鞭毛变异鞭毛变异鞭毛变异(H H菌菌落)落)(OO菌落)菌落)遗传变异遗传变异1 1 1 1、毒力变异(有利有弊)、毒力变异(有利有弊)
5、、毒力变异(有利有弊)、毒力变异(有利有弊)棒状杆菌噬菌体棒状杆菌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 (无毒无毒)()(有毒有毒)(二)生理特性变异(二)生理特性变异遗传变异遗传变异 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(强毒(强毒)1313年年(230(230代代)(弱毒)(弱毒)卡介苗是由法国巴斯德研究所的卡默特和介林卡介苗是由法国巴斯德研究所的卡默特和介林(Calmette&GuerinCalmette&Guerin)两人首创的。卡介二氏于)两人首创的。卡介二氏于19081908年对一株从乳牛脓液分离的毒力很强的牛型年
6、对一株从乳牛脓液分离的毒力很强的牛型结核菌进行了研究,将有毒力的结核杆菌在含有结核菌进行了研究,将有毒力的结核杆菌在含有胆汁的甘油马铃薯培养基上连续传代,经胆汁的甘油马铃薯培养基上连续传代,经1313年年230230代获得了减毒但保持免疫原性的菌株,为纪念卡代获得了减毒但保持免疫原性的菌株,为纪念卡默特与介林的功绩,称此菌苗为卡介苗,简称默特与介林的功绩,称此菌苗为卡介苗,简称BCGBCG。用于人工接种以预防结核病。用于人工接种以预防结核病。遗传变异遗传变异2 2 2 2、耐药性变异(变本加厉)、耐药性变异(变本加厉)、耐药性变异(变本加厉)、耐药性变异(变本加厉)v概念:概念:细菌对某种抗菌
7、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。v现状:现状: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90%90%以上以上 。敏感敏感-单一耐药单一耐药-多重耐药性多重耐药性-药物依赖性药物依赖性 含链霉素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)长期培养长期培养遗传变异遗传变异遗传变异遗传变异遗传变异遗传变异值得我们深思的问题:值得我们深思的问题:值得我们深思的问题:值得我们深思的问题:v如何防止细菌的耐药性变异?如何防止细菌的耐药性变异?(
8、1 1 1 1)合理使用抗生素,用药要足量,疗程要合适,维持体内)合理使用抗生素,用药要足量,疗程要合适,维持体内)合理使用抗生素,用药要足量,疗程要合适,维持体内)合理使用抗生素,用药要足量,疗程要合适,维持体内药物的抑菌浓度。药物的抑菌浓度。药物的抑菌浓度。药物的抑菌浓度。(2 2 2 2)严格执行消毒隔离制度,防止耐药菌的交叉感染。)严格执行消毒隔离制度,防止耐药菌的交叉感染。)严格执行消毒隔离制度,防止耐药菌的交叉感染。)严格执行消毒隔离制度,防止耐药菌的交叉感染。(3 3 3 3)做好药物敏感试验,提供细菌对药物的敏感程度,供临)做好药物敏感试验,提供细菌对药物的敏感程度,供临)做好
9、药物敏感试验,提供细菌对药物的敏感程度,供临)做好药物敏感试验,提供细菌对药物的敏感程度,供临床用药时参考。床用药时参考。床用药时参考。床用药时参考。(4 4 4 4)加强药政管理,抗菌药物凭处方供应。)加强药政管理,抗菌药物凭处方供应。)加强药政管理,抗菌药物凭处方供应。)加强药政管理,抗菌药物凭处方供应。(5 5 5 5)实行抗菌药物)实行抗菌药物)实行抗菌药物)实行抗菌药物“轮休轮休轮休轮休”制制制制(6 6 6 6)研制新的抗菌药物。)研制新的抗菌药物。)研制新的抗菌药物。)研制新的抗菌药物。(一)细菌染色体(一)细菌染色体v细菌属于原核细胞型微生物细菌属于原核细胞型微生物,细菌染色体
10、是细菌染色体是环状环状双螺旋双螺旋DNADNA,不含组蛋白,不含组蛋白,无核膜包围。无核膜包围。v细菌基因组细菌基因组是具有一定生物学功能的核苷酸序列,是具有一定生物学功能的核苷酸序列,可可编码编码多种的多种的结构蛋白结构蛋白和和酶酶类类;其基因结构是连续其基因结构是连续编码的、无内含子。编码的、无内含子。v细菌染色体细菌染色体DNADNA的复制:已证明大肠埃希菌的的复制:已证明大肠埃希菌的DNADNA是双向复制。是双向复制。第一节第一节 细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础(掌握掌握)遗传变异遗传变异细菌染色体细菌染色体DNA遗传变异遗传变异(二)质粒(二)质粒(二)质粒(二)质粒v
11、质粒是细菌染色体外、不依赖于染色体而自我复制的质粒是细菌染色体外、不依赖于染色体而自我复制的遗传物质,是环状闭合的双链遗传物质,是环状闭合的双链DNADNA。v几种重要的质粒几种重要的质粒致育质粒(致育质粒(F F质粒):质粒):编码性菌毛的合成编码性菌毛的合成耐药质粒(耐药质粒(R R质粒):质粒):编码细菌对抗菌药物和重金编码细菌对抗菌药物和重金 属盐类的耐药性。属盐类的耐药性。毒力质粒(毒力质粒(ViVi质粒):质粒):编码与该菌致病性有关的毒编码与该菌致病性有关的毒 力因子。力因子。细菌素质粒(细菌素质粒(ColCol质粒):质粒):编码各种细菌素。编码各种细菌素。代谢质粒:代谢质粒:
12、编码与代谢相关的各种酶类。编码与代谢相关的各种酶类。遗传变异遗传变异质粒的特征质粒的特征质粒的特征质粒的特征自我复制能力,为复制子,单拷贝或多拷贝自我复制能力,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编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除可自行丢失与消除有转移性有转移性可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性遗传变异遗传变异(三)噬菌体(三)噬菌体(三)噬菌体(三)噬菌体v1.概念:概念:噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒,在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。等微生物的病毒,在葡
13、萄球菌和志贺菌中首先发现。v2.噬菌体的特性:噬菌体的特性:个体微小,需用电镜观察,个体微小,需用电镜观察,可以通过细菌滤器可以通过细菌滤器没有完整的细胞结构,由蛋没有完整的细胞结构,由蛋白质和核酸组成白质和核酸组成专性细胞内寄生的微生物专性细胞内寄生的微生物遗传变异遗传变异蝌蚪形噬菌体结构模式图 由核酸和蛋白质组成。由核酸和蛋白质组成。由核酸和蛋白质组成。由核酸和蛋白质组成。核酸核酸核酸核酸(DNADNADNADNARNA)RNA)RNA)RNA)核心部分核心部分核心部分核心部分 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质外壳部分外壳部分外壳部分外壳部分 化学组成和结构化学组成和结构遗传变异遗传变异3 3 3
14、 3、噬菌体的种类、噬菌体的种类、噬菌体的种类、噬菌体的种类毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)virulent phage)能在宿主菌细胞内复制增殖能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代产生许多子代噬菌体,并最终裂解细菌,称为毒性噬菌体。噬菌体,并最终裂解细菌,称为毒性噬菌体。温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)temperate phage)噬菌体基因与宿主菌染色体整合,不产生子噬菌体基因与宿主菌染色体整合,不产生子代噬菌体,但噬菌体代噬菌体,但噬菌体DNADNA能随细菌能随细菌DNADNA复复制,并随细菌的分裂而传代,称为温和噬菌制,并随细菌的分裂而传代
15、,称为温和噬菌体或溶原性噬菌体。体或溶原性噬菌体。遗传变异遗传变异毒性噬菌体和其溶菌周期毒性噬菌体和其溶菌周期毒性噬菌体和其溶菌周期毒性噬菌体和其溶菌周期吸附吸附穿穿入入生物合成生物合成装配与成熟装配与成熟释放释放遗传变异遗传变异固体培养基上形成噬斑固体培养基上形成噬斑液体培养基中混浊液体培养基中混浊液体培养基中混浊液体培养基中混浊菌液变沌清菌液变沌清菌液变沌清菌液变沌清遗传变异遗传变异温和噬菌体温和噬菌体v前噬菌体前噬菌体整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophageprophage)v溶原性细菌溶原性细菌带有前噬菌体基因组的细菌称
16、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(lysogenic bacteriumlysogenic bacterium)遗传变异遗传变异温和噬菌体温和噬菌体v溶原性转换(溶原性转换(lysogenic conversionlysogenic conversion)当细菌处于溶原期,某些前噬菌体携带的外源性基当细菌处于溶原期,某些前噬菌体携带的外源性基因会在细菌内表达,从而改变细菌的某些生物学性因会在细菌内表达,从而改变细菌的某些生物学性状,称为溶原性转换状,称为溶原性转换 。白喉棒状杆菌产生白喉毒素,是因其前噬菌白喉棒状杆菌产生白喉毒素,是因其前噬菌体(体(-棒状噬菌体)带有毒素蛋白
17、结构基因棒状噬菌体)带有毒素蛋白结构基因(toxtox基因)。基因)。遗传变异遗传变异v温和噬菌体的溶原性:温和噬菌体的溶原性:前噬菌体偶尔可自发或在某些理化和生物因素的诱前噬菌体偶尔可自发或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期,产生成熟导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期,产生成熟噬菌体,导致细菌裂解。温和噬菌体的这种产生成噬菌体,导致细菌裂解。温和噬菌体的这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力潜在能力称为溶原性称为溶原性(lysogenylysogeny)。)。v温和噬菌体感染细菌后有二种生活周期:温和噬菌体感染细菌后有二种生活周期:溶源
18、性周期溶源性周期:随宿主菌随宿主菌DNADNA复制传递给子代菌;复制传递给子代菌;溶菌性周期溶菌性周期:在宿主菌内生物合成,裂解宿主菌,产在宿主菌内生物合成,裂解宿主菌,产生子代噬菌体。生子代噬菌体。温和噬菌体温和噬菌体遗传变异遗传变异温和噬菌体二种周期温和噬菌体二种周期遗传变异遗传变异(四)转位因子(转座子)(四)转位因子(转座子)v概念:概念:是存在于是存在于细菌染色体细菌染色体或或质粒质粒DNADNA分子分子上上的一段的一段可移动可移动的特异性核苷酸序列,能不断地的特异性核苷酸序列,能不断地改变它们在基因组的位置,能从一个基因组转改变它们在基因组的位置,能从一个基因组转移到另一个基因组中
19、。移到另一个基因组中。v种类:种类:插入序列(插入序列(IS IS):):最简单或序列较短的转座子,最简单或序列较短的转座子,长度不超过长度不超过2 2kbpkbp,仅携带转座基因。仅携带转座基因。转座子(转座子(TnTn):):长度超过长度超过2 2kbpkbp,有转座基因,有转座基因,还有其它特殊功能的基因,如耐药性基因。还有其它特殊功能的基因,如耐药性基因。转座噬菌体:转座噬菌体:属温和噬菌体,含有与转位功能有属温和噬菌体,含有与转位功能有关的基因和反向重复序列,如大肠埃希菌关的基因和反向重复序列,如大肠埃希菌MuMu噬噬菌体。菌体。我是个活跃分子噢!我是个活跃分子噢!遗传变异遗传变异v
20、插入序列:插入序列:是最小的转位因子,长度不超过是最小的转位因子,长度不超过2 2kbkb,不携带任何,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,可能是原细胞正常代谢的调节开关之近的序列共同起作用,可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。一。TransposaseABCDEFGGFEDCBAv转座子:转座子:长度一般超过长度一般超过2 2kbkb,除携带与转位有关的基因外,还,除携带与转位有关的基因外,还携带耐药性基因、抗重金属基因、毒素基因及其他结构基因携带耐药性基因、抗重金属基因、毒素基因及其他结构基因
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