噬菌体细菌遗传和变异.ppt
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第二章第二章细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异R概述概述R细菌遗传变异的细菌遗传变异的物质基础物质基础R细菌的细菌的变异现象与机制变异现象与机制R细菌遗传变异的医学意义细菌遗传变异的医学意义及其应用及其应用概述概述l遗传(遗传(heredity)子代与亲代的性状具有相似性,且代代相传,子代与亲代的性状具有相似性,且代代相传,使其种属得以保存。
使其种属得以保存。
l变异(变异(variation)在一定条件下,子代和亲代之间以及子代和在一定条件下,子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异称为变异。
子代之间的差异称为变异。
变异变异分为分为l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发生了改变基因结构发生了改变,如基因突变或重,如基因突变或重组,不可逆,可遗传给后代。
组,不可逆,可遗传给后代。
l非遗传性变异(表型变异)非遗传性变异(表型变异)环境改变导致,环境改变导致,基因结构未发生变异基因结构未发生变异,可逆,可逆,不可遗传。
不可遗传。
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和和染色体外遗传物质染色体外遗传物质质质粒粒转转座座因因子子整整合合子子噬噬菌菌体体基基因因组组一、细菌染色体一、细菌染色体细菌染色体:
环状细菌染色体:
环状dsDNA,不含组蛋白,不含组蛋白,无核膜包围。
无核膜包围。
相对较小,只有一个复制起始位点相对较小,只有一个复制起始位点功能相关的基因转录出一条功能相关的基因转录出一条mRNA,分别合成各自蛋白,分别合成各自蛋白基因是连续的,没有内含子,不需要转录后的剪切和加工基因是连续的,没有内含子,不需要转录后的剪切和加工基因组为单倍体,具有各种功能识别区基因组为单倍体,具有各种功能识别区二、质粒(二、质粒(plasmid)l细菌染色体外的遗传物质,环状闭合的双链细菌染色体外的遗传物质,环状闭合的双链DNA。
带有遗传性息,控制细菌的某些生物学性状,能带有遗传性息,控制细菌的某些生物学性状,能自行复制,并非细菌生长所必需自行复制,并非细菌生长所必需。
l几种重要的质粒几种重要的质粒致育质粒(致育质粒(FF质粒)质粒)耐药质粒(耐药质粒(RR质粒)质粒)毒力质粒(毒力质粒(ViVi质粒)质粒)细菌素质粒细菌素质粒11、致育质粒(、致育质粒(FF质粒)质粒)编码细菌性菌毛;编码细菌性菌毛;带有带有FF质粒的为雄性菌,能长出性菌毛;质粒的为雄性菌,能长出性菌毛;无无FF质粒的为雌性菌,无性菌毛;质粒的为雌性菌,无性菌毛;性菌毛介导细菌之间的接合。
性菌毛介导细菌之间的接合。
22、耐药质粒(、耐药质粒(RR质粒)质粒)l编码细菌对抗菌药物的耐药性编码细菌对抗菌药物的耐药性。
可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒。
可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒。
不能通过接合传递的非接合性耐药质粒,但可通不能通过接合传递的非接合性耐药质粒,但可通过噬菌体传递。
过噬菌体传递。
危害危害耐青霉素耐青霉素耐链霉素耐链霉素33、细菌素质粒、细菌素质粒l编码产生细菌素。
编码产生细菌素。
ColCol质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素,对同质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素,对同品系或近缘的细菌有抑制作用品系或近缘的细菌有抑制作用44、毒力质粒(、毒力质粒(ViVi质粒)质粒)l编码与该菌致病性有关的毒力因子。
编码与该菌致病性有关的毒力因子。
如致病性大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由如致病性大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由STST质粒编码的。
质粒编码的。
细菌粘附定植在肠粘膜表面是由细菌粘附定植在肠粘膜表面是由KK质粒决定的质粒决定的。
质粒的特征质粒的特征具有自我复制能力,为复制子具有自我复制能力,为复制子决定细菌某些性状决定细菌某些性状可自行丢失与消除可自行丢失与消除有转移性:
通过接合、转化、转导有转移性:
通过接合、转化、转导可分为相容性和不相容性可分为相容性和不相容性三、噬菌体三、噬菌体(bacteriophage)l病毒的特性:
病毒的特性:
个体微小,可以通过细菌滤器个体微小,可以通过细菌滤器没有完整的细胞结构,由蛋白质和核酸没有完整的细胞结构,由蛋白质和核酸组成组成专性细胞内寄生的微生物专性细胞内寄生的微生物l分布极广分布极广噬菌体:
噬菌体:
感染细菌、真菌、螺旋体等微生感染细菌、真菌、螺旋体等微生感染细菌、真菌、螺旋体等微生感染细菌、真菌、螺旋体等微生物的病毒。
物的病毒。
物的病毒。
物的病毒。
l生物学性状生物学性状形态:
形态:
蝌蚪形、蝌蚪形、微球形、细微球形、细杆形杆形结构与化学组成:
结构与化学组成:
蝌蚪形分蝌蚪形分为为头部头部和和尾部尾部,头部内为,头部内为DNADNA或或RNARNA,外及尾部由蛋白,外及尾部由蛋白质包绕质包绕尾部尾部尾板:
含溶菌酶尾板:
含溶菌酶尾丝:
吸附尾丝:
吸附尾髓:
能收缩尾髓:
能收缩l生物学性状生物学性状抗原性:
能刺激机体产生特异中和抗体抗原性:
能刺激机体产生特异中和抗体抵抗力:
对抵抗力:
对70703030分钟仍有抵抗力,耐脂溶分钟仍有抵抗力,耐脂溶剂,对紫外线、剂,对紫外线、XX射线敏感射线敏感严格的宿主特异性严格的宿主特异性细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型分类:
噬菌体与宿主菌的相互关系分类:
噬菌体与宿主菌的相互关系裂解细菌,完成溶菌周期裂解细菌,完成溶菌周期毒性噬菌体毒性噬菌体细菌不裂解,建立一种溶原状态细菌不裂解,建立一种溶原状态温和噬菌体温和噬菌体l毒性噬菌体毒性噬菌体(virulentphagevirulentphage)能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代噬菌体,并最终裂解细菌(噬菌体,并最终裂解细菌(噬菌体,并最终裂解细菌(噬菌体,并最终裂解细菌(溶菌周期溶菌周期溶菌周期溶菌周期),称),称),称),称为毒性噬菌体为毒性噬菌体为毒性噬菌体为毒性噬菌体复制周期:
吸附、穿入、生物合成、成熟与复制周期:
吸附、穿入、生物合成、成熟与复制周期:
吸附、穿入、生物合成、成熟与复制周期:
吸附、穿入、生物合成、成熟与释放释放释放释放毒性噬菌体毒性噬菌体l温和噬菌体温和噬菌体或溶原性噬菌体或溶原性噬菌体(temperatephagetemperatephage)噬菌体基因与宿主菌染色体整合,不产生子代噬噬菌体基因与宿主菌染色体整合,不产生子代噬菌体,噬菌体菌体,噬菌体DNADNA能随细菌能随细菌DNADNA复制,并随细菌的复制,并随细菌的分裂而传代。
分裂而传代。
前噬菌体前噬菌体前噬菌体前噬菌体(prophageprophageprophageprophage):
整合在细菌基因组中):
整合在细菌基因组中):
整合在细菌基因组中):
整合在细菌基因组中的噬菌体基因的噬菌体基因的噬菌体基因的噬菌体基因溶原性细菌:
溶原性细菌:
溶原性细菌:
溶原性细菌:
带有前噬菌体基因组的细菌带有前噬菌体基因组的细菌带有前噬菌体基因组的细菌带有前噬菌体基因组的细菌prophage:
整合在细菌基因整合在细菌基因组中的噬菌体基因组中的噬菌体基因溶原性细菌溶原性细菌温和噬菌体温和噬菌体温和噬菌体的溶原性温和噬菌体的溶原性l温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组-转变成毒转变成毒性噬菌体,产生成熟子代噬菌体,导致细菌裂解。
性噬菌体,产生成熟子代噬菌体,导致细菌裂解。
温和噬菌体温和噬菌体溶原性转换溶原性转换某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。
如生改变。
如:
白喉棒状杆菌产生白喉毒素的白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理机理.温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期,而毒性噬菌体则只有一个溶菌性周期。
而毒性噬菌体则只有一个溶菌性周期。
四、转位因子四、转位因子l存在于细菌染色体或质粒存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的分子上的一段特异性一段特异性核苷酸序列片段核苷酸序列片段l它能在它能在DNADNA分子中分子中移动移动,不断改变它们在基因组的,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。
位置,能从一个基因组转移到另一个基因组中。
转座因子转座因子转位因子分为转位因子分为22类类l插入序列(插入序列(ISIS)l转座子(转座子(TnTn)五、整合子五、整合子l是一种运动型是一种运动型DNADNA分子,具有独特结构可捕获和整分子,具有独特结构可捕获和整合外源性合外源性DNADNA分子,转变成功能基因表达单位分子,转变成功能基因表达单位。
定位于染色体和质粒或转座子细菌固有的遗传单位由两端保守区和中部可变区组成可变区包含多个基因盒5端保守区包含3个功能元件(整合酶基因、重组位点和启动子)六、转座噬菌体六、转座噬菌体l噬菌体噬菌体的遗传物质可整合到细菌染色体的的遗传物质可整合到细菌染色体的任何位任何位置置,从而导致细菌的生物学性状改变。
,从而导致细菌的生物学性状改变。
前噬菌体前噬菌体噬菌体噬菌体第二节第二节细菌的变异现象与机制细菌的变异现象与机制一、细菌的变异现象一、细菌的变异现象形态结构变异形态结构变异毒力变异毒力变异耐药性变异耐药性变异菌落变异菌落变异细菌细菌LL型变异型变异青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异(部分或完全失去胞壁)形态结构的变异:
形态结构的变异:
L型,鞭毛等的变异型,鞭毛等的变异葡萄球菌L型变异毒力变异棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得产白喉毒素能力增强增强增强增强毒力变异毒力变异胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌卡介苗13年(230代)减弱减弱菌落变异(S-R变异)在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑(S)型菌落粗糙(R)型菌落或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内SS型菌落致病力强型菌落致病力强耐药性变异l概念:
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。
概念:
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。
l多重耐药:
有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药多重耐药:
有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物,甚至产生药物依赖性。
物,甚至产生药物依赖性。
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)含链霉素培基长期培养含链霉素培基长期培养链霉素敏感株链霉素敏感株二、细菌的变异机制二、细菌的变异机制l基因的转移和重组基因的转移和重组(外源性基因的转移与(外源性基因的转移与重组)重组)l基因的突变基因的突变(内源性基因突变)(内源性基因突变)
(一)基因的转移和重组
(一)基因的转移和重组l重组重组(recombination)转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNA整合整合在一起称为重组,在一起称为重组,使受体菌获得供体菌的某些性状。
使受体菌获得供体菌的某些性状。
l方式方式:
细菌的基因转移和重组可通过:
细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转化、接合、转导、溶原性转换转导、溶原性转换等方式进行。
等方式进行。
11、转化(、转化(transformation)l概念概念:
供体菌裂解供体菌裂解游离的游离的DNA片段片段被受体菌直接摄被受体菌直接摄取,使受体菌获得新的性状。
取,使受体菌获得新的性状。
l证实证实:
转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。
血杆菌等中被证实。
转化试验转化试验TransformationinBacteria转转化化l转化因子(转化因子(transformingprinciple)在转化过程中,转化的在转化过程中,转化的DNADNA片段称为转化因片段称为转化因子,分子量小于子,分子量小于101077,最多不超过,最多不超过1010-20-20个基个基因。
因。
l感受态(感受态(competence)受体菌只有处于感受态时,才能摄取转化因受体菌只有处于感受态时,才能摄取转化因子。
子。
22、接合(、接合(conjugation)l概念概念:
细菌通过细菌通过性菌毛性菌毛相互连接沟相互连接沟通,将遗传物质(主要是质粒通,将遗传物质(主要是质粒DNADNA)从供体菌转移给受体菌。
)从供体菌转移给受体菌。
l接合性质粒:
能通过接合方式转移的接合性质粒:
能通过接合方式转移的质粒,质粒,F质粒、质粒、R质粒、质粒、Col质粒和毒力质粒。
质粒和毒力质粒。
F质粒接合过程质粒接合过程F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientRR质粒接合质粒接合lRR质粒包括两部分质粒包括两部分耐药传递因子(耐药传递因子(resistancetransferfactor,RTF)l与与FF质粒相似,编码性菌毛的产生和通过接合转移质粒相似,编码性菌毛的产生和通过接合转移耐药(耐药(rr)决定子)决定子lr-dirr-dir能编码对抗菌药物的耐药性,可由几个带有耐药基能编码对抗菌药物的耐药性,可由几个带有耐药基因的转座子连接相邻排列因的转座子连接相邻排列R质粒接合质粒接合Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant33、转导(、转导(transduction)l以以温和噬菌体温和噬菌体为载体,将为载体,将供体菌的供体菌的DNA转移转移到受体菌内,使受体菌获得新的性状。
到受体菌内,使受体菌获得新的性状。
l根据转导基因片断范围,分为:
根据转导基因片断范围,分为:
普遍性转导普遍性转导(generaltransduction)局限性转导局限性转导(restrictedtransduction)11)普遍性转导)普遍性转导l结束溶原状态的温和噬菌体转变为毒性噬菌体结束溶原状态的温和噬菌体转变为毒性噬菌体l噬菌体复制过程中:
误将细菌的噬菌体复制过程中:
误将细菌的DNADNA片段装入噬菌片段装入噬菌体的头部体的头部l该噬菌体以正常方式感染另一宿主菌,其头部的该噬菌体以正常方式感染另一宿主菌,其头部的染色体注入受体菌内染色体注入受体菌内l被包装的被包装的DNADNA可以是供体菌染色体上的可以是供体菌染色体上的任何部分任何部分,故称为普遍性转导。
故称为普遍性转导。
受体菌受体菌转导噬菌体转导噬菌体供体菌供体菌DNADNA噬菌体噬菌体DNADNA普遍性转导示意图普遍性转导示意图受体菌受体菌完全转导流产转导普遍性转导结局普遍性转导结局22)局限性转导)局限性转导l概念:
所转导的基因只限于供体菌染色体上概念:
所转导的基因只限于供体菌染色体上特定特定的基因的基因。
l如大肠埃希菌如大肠埃希菌K12K12通过温和噬菌体转导,将决定半乳糖通过温和噬菌体转导,将决定半乳糖发酵特性的基因传递给志贺菌发酵特性的基因传递给志贺菌志贺菌获得发酵半乳糖志贺菌获得发酵半乳糖的性质的性质44、溶原性转换、溶原性转换(lysogenicconversion)l概念:
当噬菌体感染细菌使其成为溶原状态,概念:
当噬菌体感染细菌使其成为溶原状态,噬菌体的基因整合噬菌体的基因整合到宿主菌染色体中到宿主菌染色体中,细菌获得新的性状。
细菌获得新的性状。
l如:
如:
白喉棒状杆菌:
白喉棒状杆菌:
棒状噬菌体感染白喉毒素棒状噬菌体感染白喉毒素基因转移与重组四种形式的区别基因转移与重组四种形式的区别类型类型基因来源基因来源转移方式转移方式转化转化供体菌供体菌直接摄取直接摄取接合接合供体菌供体菌性菌毛沟通性菌毛沟通转导转导供体菌供体菌噬菌体为载体噬菌体为载体转换转换噬菌体噬菌体溶原性基因整合溶原性基因整合点突变:
一对或少数几对硷基对的置换、插入或点突变:
一对或少数几对硷基对的置换、插入或缺失。
缺失。
染色体畸变:
较大范围的核苷酸序列发生易位、染色体畸变:
较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、重复、倒位等变化。
缺失、重复、倒位等变化。
(二)基因突变
(二)基因突变自发突变和诱发突变自发突变和诱发突变突变率突变率自然突变率自然突变率(1010-9-9-10-10-6-6)诱导突变率诱导突变率(1010-6-6-10-10-4-4)突变与选择突变与选择-影印培养试验影印培养试验回复突变与抑制突变:
野生型和突变型回复突变与抑制突变:
野生型和突变型1.基因突变规律细菌遗传变异的实际应用细菌遗传变异的实际应用l在诊断、治疗与预防中的应用在诊断、治疗与预防中的应用l在流行病学方面的应用在流行病学方面的应用l致癌物质的检测致癌物质的检测l在基因工程中的应用在基因工程中的应用小小结结11、举例说明几种细菌变异现象、举例说明几种细菌变异现象22、细菌的遗传物质、细菌的遗传物质染色体、质粒(染色体、质粒(特点特点)。
)。
33、细菌变异的机制,细菌基因重组的方式、细菌变异的机制,细菌基因重组的方式转转化、接合、转导和溶原性转换(化、接合、转导和溶原性转换(概念概念)。
)。
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- 噬菌体 细菌 遗传 变异