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04 细菌的遗传变异.ppt

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本课件围绕细菌的遗传与变异展开。先区分遗传型变异与非遗传型变异,依次讲述形态结构变异、菌落变异、毒力变异与耐药性变异;随后说明染色体、质粒与转位因子等变异物质基础,重点讲解转化、接合、转导与溶原性转换四种基因转移重组方式,最后介绍遗传变异在疾病诊断治疗、致癌物质测定、流行病学调查与基因工程中的实际应用。

细菌遗传和变异章节标题页,并列表对比遗传型变异与非遗传型变异在基因改变、遗传性、可逆性等方面的差异
形态结构变异页,以鼠疫耶尔森菌在3%~6%食盐培养基上出现多形态性为例说明细菌形态可随环境改变
细菌L型变异页,说明青霉素、溶菌酶或抗体补体可诱导L型变异,炭疽杆菌经42~43℃培养后失去形成芽胞能力
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第1页:细菌的遗传和变异

细菌的遗传和变异:变异分为遗传型变异(基因型变异)与非遗传型变异(表型变异)。

遗传型变异与非遗传型变异比较
区别要点遗传性变异非遗传性变异
基因改变+-
遗传+-
可逆性-+
外界环境-+
变异幅度个别细胞群体

第2页:形态结构变异

鼠疫耶尔森菌
在3%~6%食盐培养基上呈多形态性。
陈旧培养物
细菌形态常出现多形性改变。

第3页:L型变异与芽胞变异

L型变异
正常形态细菌在青霉素、溶菌酶或抗体与补体作用下,可转变为细胞壁缺陷的L型。
炭疽杆菌
42~43℃培养10~20天,失去形成芽胞能力,毒性降低。

第4页:菌落变异

光滑型菌落(S)
在陈旧培养基中长期培养后可转变为粗糙型。
粗糙型菌落(R)
失去LPS的特异多糖。

第5页:毒力变异

白喉棒状杆菌
经β棒状噬菌体感染后获得白喉毒素,毒力增强。
牛分枝杆菌
在胆汁、甘油、马铃薯培养基上经13年230代培养,毒力减弱,制成卡介苗。

第6页:耐药性变异

耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。
多重耐药性
有些细菌同时耐受多种抗菌药物,甚至产生药物依赖性。
痢疾杆菌依链株
在含链霉素培养基中长期培养后获得。

第7页:细菌遗传变异的物质基础

基因组
细菌的染色体。
染色体外遗传物质
质粒、转位因子。

第8页:质粒

质粒
细菌染色体外的遗传物质,是环状闭合的双链DNA;带有遗传信息,能自行复制,随细菌分裂转移到子代细胞,并非细菌生长所必需。
特征
自我复制能力;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;具有相容性和不相容性。

第9页:几种重要的质粒

  • 致育质粒(F质粒)
  • 耐药质粒
  • 毒力质粒(Vi质粒)
  • 细菌素质粒
  • 代谢质粒

第10页:转位因子

转位因子:存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段,它能在DNA分子中移动,不断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。

第11页:插入序列与转座子

插入序列
最小的转位因子,<2kb,不携带任何已知与插入功能无关的基因区域。
转座子
>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,可能与细菌的多重耐药性有关。

第12页:转座子的特征

转座子的特征:转座子携带耐药或毒素基因。

常见转座子及其携带的耐药基因
转座子携带的耐药基因
Tn1AP(氨苄青霉素)
Tn2AP(氨苄青霉素)
Tn3AP(氨苄青霉素)
Tn4AP、SM(链霉素)、Su(磺胺)
Tn5Km(卡那霉素)
Tn6Km
Tn7TMP(甲氧苄氨嘧啶)、SM
Tn9Cm(氯霉素)
Tn10Tc(四环素)
tn551Em(红霉素)
Tn971Em
Tn1681大肠埃希菌肠毒素基因

第13页:转座噬菌体或前噬菌体

转座噬菌体或前噬菌体:一些具有转座功能的溶原性噬菌体,当整合到细菌染色体上,能改变溶原性细菌的某些生物学性状。

第14页:细菌的变异机制

  • 基因的突变和损伤后修复
  • 基因的转移和重组

第15页: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。
重组
转移的基因与受体菌DNA整合在一起,使受体菌获得供体菌的某些性状。
方式
转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合。

第16页:转化

转化:供体菌裂解后游离的DNA片段被受体菌直接摄取,使受体菌获得新的性状。

第17页:转化试验

转化试验:图示供体菌游离DNA片段进入受体菌并整合,使受体菌获得新的遗传性状。

第18页:转化因子与感受态

转化因子
转化过程中转化的DNA片段,分子量小于107,最多不超过10~20个基因。
感受态
受体菌能摄取外源DNA的生理状态。

第19页:接合

接合
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,如F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。

第20页:F质粒的接合

F质粒的接合:F+供体菌(Donor)与F-受体菌(Recipient)经性菌毛沟通,F质粒转移后受体菌转变为F+。

第21页:R质粒

耐药传递因子
与F质粒相似,编码性菌毛的产生并通过接合转移。
耐药(r)决定子
决定细菌对各种抗菌药物的耐药性。

第22页:转导

转导
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。
类型
普遍性转导、局限性转导。

第23页:普遍性转导

普遍性转导:裂解期装配时误将细菌DNA片段装入噬菌体头部形成转导噬菌体,感染另一宿主菌时将其注入;被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。

第24页:普遍性转导示意图

普遍性转导:图示供体菌DNA被误装入噬菌体头部,转导噬菌体再感染受体菌并注入细菌DNA的过程。

第25页:转导的结果

完全转导
进入受体菌的供体菌DNA整合于染色体,受体菌获得新性状。
流产转导
供体菌DNA未整合,不能复制传代。

第26页:局限性转导

局限性转导:又称特异性转导。溶原期噬菌体DNA发生偏差分离,带走细菌DNA上两侧的基因,所转导的只限于供体菌染色体上的特定基因。

第27页:局限性转导示意图

局限性转导:图示噬菌体DNA从细菌染色体偏差分离时带走两侧基因,再整合到受体菌中的过程。

第28页:普遍性与局限性转导的区别

普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点普遍性转导局限性转导
基因转导发生的时期裂解期溶原期
转导的遗传物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位
转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性
转导频率受体菌的10-7较普遍转导增加1000倍(10-4)

第29页:溶原性转换

溶原性转换:噬菌体感染细菌时,宿主菌染色体中获得噬菌体的DNA片段,成为溶原状态时而获得新的性状。

第30页:基因转移重组类型

基因转移与重组类型
类型基因来源转移方式
转化供体菌直接摄取
接合供体菌性菌毛
转导供体菌噬菌体为载体
溶原性转换噬菌体整合

第31页:细菌遗传变异的实际意义

  • 在疾病的诊断、治疗与预防中的应用
  • 在测定致癌物质中的应用
  • 在流行病学中的应用
  • 在基因工程中的应用

第32页:在诊断治疗与预防中的应用

对诊断的影响
形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异,使诊断复杂化。
预防耐药性
耐药菌株日益增多,应做药敏实验,早期足量,有一定疗程并联合用药,不要滥用。
疫苗制备
减毒菌株和无毒株可制备成疫苗。

第33页:在测定致癌物质中的应用

在测定致癌物质中的应用:凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。

第34页:在流行病学中的应用

分子生物学分析方法
已被用于流行病学调查,如质粒指纹图(PFP)。
其他方法
对噬菌体的敏感性、对细菌素的敏感性。

第35页:在基因工程中的应用

原理
根据细菌可因基因转移和重组获得新性状的原理设计。
步骤
切取目的基因→连接到载体上→转移到工程菌内,大量表达目的基因产物。
产品
已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品。
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