第5章遗传与变异.ppt

第五章第五章 遗传与变异遗传与变异遗传遗传(heredity)：使微生物的性状保持相对稳定，使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同子代与亲代生物学的性状基本相同,且代代相传。且代代相传。变异变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代在一定条件下，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之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。异。细菌的变异细菌的变异 遗传性变异遗传性变异：是基因结构发生了改变，故又：是基因结构发生了改变，故又称称 基因型变异。基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新因素的影响，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。性状可稳定地遗传给后代。非遗传性变异：非遗传性变异：在一定的环境条件影响下产生在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为的变异，其基因结构未改变，称为表型变异表型变异。易。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有微生物都出现变异，而且当环境中的影响因所有微生物都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传遗传(L型型)。第一节第一节 遗传与变异原理遗传与变异原理DNA的结构与功能的结构与功能o结构结构两条互相平行而方向相反的多核苷酸链两条互相平行而方向相反的多核苷酸链o功能功能储存、复制和传递遗传信息储存、复制和传递遗传信息o复制复制半保留复制半保留复制o特点特点复制中易发生错误复制中易发生错误基因突变基因突变o蛋白合成蛋白合成分子生物学中心法则（分子生物学中心法则（DNA-RNA-蛋白质）蛋白质）基因与基因的转录基因与基因的转录 结构基因结构基因编码结构蛋白质编码结构蛋白质o基因结构基因结构 非结构基因非结构基因编码功能蛋白质编码功能蛋白质o基因转录基因转录遗传信息的遗传信息的 翻译翻译第二节第二节 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异一、细菌的变异现象一、细菌的变异现象形态结构的变异形态结构的变异抗原性变异抗原性变异菌落变异菌落变异毒力变异毒力变异耐药性变异耐药性变异v细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌L型。型。v细菌的特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）、芽胞细菌的特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌H-O变异）也变异）也可发生变异。可发生变异。形态结构的变异形态结构的变异http:/fig.cox.miami.edu/cmallery/150/gene/mol_gen.htm抗原性变异抗原性变异Proteus 鞭毛鞭毛变异变异,H-O变异变异写真提供：島田俊雄博士细菌的菌落主要有细菌的菌落主要有光滑光滑(smooth,S)型型和和粗糙粗糙(rough,R)型两种。型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边缘不整齐，称缘不整齐，称SR变异。变异。SR变异常见于肠道杆菌，是由于失去变异常见于肠道杆菌，是由于失去LPS的特异性的特异性寡糖重复单位而引起的。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。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，如结型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。核分枝杆菌。菌落变异菌落变异毒力增强：毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成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，引溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。起白喉。毒力减弱：毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代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，经过甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传年，连续传230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。性的变异株。毒力变异毒力变异v耐药性变异：耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。抗菌药物，即多重耐药性。v从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。问题。耐药性变异耐药性变异二二 细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础染色体染色体染色体外的遗传物质（质粒、噬菌体）染色体外的遗传物质（质粒、噬菌体）转位因子转位因子（一（一）染色体（）染色体（chromosome）n一条环状双螺旋一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构回旋形成松散的网状结构.n缺乏组蛋白，无核膜包裹缺乏组蛋白，无核膜包裹.n约含有约含有5000个基因个基因.http:/www.sciencecollege.co.uk/SC/cell_biology.htmlv质粒质粒(plasmid)：是是细菌染色体以外的遗细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状传物质，是闭合环状的双链的双链DNA。（二）（二）质粒质粒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DNA所编码的基因产物赋予细菌某所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。些性状特征。质粒可自行丢失与消除。质粒可自行丢失与消除。质粒的转移性。质粒的转移性。质粒可分为相容性与不相容性两种。质粒可分为相容性与不相容性两种。质粒质粒DNA的特征的特征质粒的分类：质粒的分类：n根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递 1接合性质粒接合性质粒 2非接合性质粒非接合性质粒n根据质粒在细菌内拷贝数多少根据质粒在细菌内拷贝数多少 1严紧型质粒严紧型质粒 2松弛型质粒松弛型质粒n根据相容性根据相容性 1相容性相容性几种质粒同时共存于同一菌体内几种质粒同时共存于同一菌体内 2不相容性不相容性不能同时共存不能同时共存 可借此对质粒进行分组、分群可借此对质粒进行分组、分群n根据所编码的生物学性状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：质粒基因可编码多种重要的生物学性状：n致育质粒（致育质粒（fertility plasmid、F质粒）质粒）编码性菌毛，介导编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；细菌之间的接合传递；n耐药性质粒（耐药性质粒（resistance plasmid、R质粒）质粒）编码细菌对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（质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒（质粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒质粒)；n毒力质粒（毒力质粒（Virulence plasmid,Vi质粒）质粒）编码与该菌致病编码与该菌致病性有关的毒力因子性有关的毒力因子,S.aureus的表皮剥脱素；的表皮剥脱素；n细菌素质粒细菌素质粒 编码细菌产生的细菌素；编码细菌产生的细菌素；n代谢质粒代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。编码产生相关的代谢酶。噬菌体噬菌体(bacteriophage or phage)：是感染细菌、真是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体的特点：噬菌体的特点：具有一定形态具有一定形态 蝌蚪形等蝌蚪形等 严格寄生性和特异性严格寄生性和特异性 分布广泛分布广泛 凡是有细菌的场所，就可能有相应凡是有细菌的场所，就可能有相应的噬菌体的存在。的噬菌体的存在。（三）（三）噬菌体噬菌体形态形态 噬菌体很小，在光镜下看不见，需用电镜观噬菌体很小，在光镜下看不见，需用电镜观察。不同的噬菌体在电镜下有三种形态：察。不同的噬菌体在电镜下有三种形态：蝌蝌蚪形蚪形、微球形微球形和和丝形丝形。大多数噬菌体呈蝌蚪。大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成形，由头部和尾部两部分组成。结构及化学组成结构及化学组成：抗原性抗原性：噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性 抗体。抗体。抵抗力抵抗力：噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗 力比一般细菌的繁殖体强，力比一般细菌的繁殖体强，75 30min灭活。灭活。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和X射射 线敏感。线敏感。噬菌体噬菌体头部头部尾部：蛋白质尾部：蛋白质 与细菌（受体）接触的部位与细菌（受体）接触的部位核心：核酸（核心：核酸（DNA或或RNA）蛋白衣壳：蛋白质呈蛋白衣壳：蛋白质呈20面体面体噬菌体感染细菌有两种结果：噬菌体感染细菌有两种结果：毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)：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，并最终裂解细菌，建立增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，建立 溶菌周期。溶菌周期。温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿主噬菌体基因与宿主染色体整合，成为染色体整合，成为前前 噬菌体噬菌体，细菌变成溶原性菌，不产，细菌变成溶原性菌，不产生子代噬菌体，但噬菌体生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌能随细菌DNA复制，并随细菌复制，并随细菌的分裂而传代，建立溶原状态。的分裂而传代，建立溶原状态。噬菌体与细菌相互关系噬菌体与细菌相互关系吸附吸附吸附是噬菌体与菌体表面吸附是噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合的过受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。分子结构的互补性。噬斑噬斑荧光假单胞菌荧光假单胞菌4.溶原性转换溶原性转换(lysogenic conversion)溶原性细菌因染色溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体上整合有前噬菌体而获得新的遗传体而获得新的遗传性状称为溶原性转性状称为溶原性转换。换。Toxin production by Corynebacterium diphtheriae(白喉杆白喉杆菌菌)is mediated by a gene carried by corynephage beta 细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型 噬菌体与宿主菌的关系具有高度噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型。故可用于未知细菌的鉴定和分型。分子生物学研究的重要工具分子生物学研究的重要工具 噬菌体基因数量少，结噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体。构比细菌和高等细胞简单得多，且易获得大量的突变体。细菌感染的诊断与治疗细菌感染的诊断与治疗 但由于噬菌体过于专一，限但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用。制了噬菌体在临床上的广泛应用。噬菌体的应用噬菌体的应用转座子（转座子（transposon)：是一类在细是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动菌染色体、质粒或