医学微生物学-004细菌的遗传变异

医学微生物学-004细菌的遗传变异学习笔记，适用于预习、复习的参照。适用于考前复习，也可以综合其他资料使用。

第4章 细菌的遗传变异

• 概述
  • 1．基因型 ——由细菌的基因组决定，可传给子代。
  • 2．表型 ——基因型在一定环境中所显示的生物性状（表1-4-1）。
• 一、细菌基因组
  • 细菌基因组（acterial genome包括染色体、外源性 DNA（质粒、噬菌体的部分或全部的基因组和可移动元件）。
  • 1．细菌染色体
    • ·dsDNA3.2x10^6~5x10^6bp。
    • ·复制快：10^5bp/min
    • ·无组蛋白，无内含子，为连续基因。
    • ·单倍体：突变后更易表现。
  • 2．质粒asmid)plas
    • ·复制能力。
    • ·转移能力。
    • ·整合能力。
    • ·相容性。
    • ·丢失或消除。
    • ·F质粒-转移。
    • ·Vi质粒-毒力。
    • ·R质粒-耐药。
    • ·Col质粒-细菌素。
  • 3．噬菌体基因组
    • ·温和型噬菌体全部或部分基因组整合于宿主菌的染色体。
    • ·如β-棒状杆菌噬菌体携带白喉外毒素基因，可整合至白喉棒状杆菌染色体中，使其产毒素。
  • 4．转座元件（表1-4-2）
    • （1）插入序列（IS）
      • ·750~1550bp
      • ·两端重复序列，与插入有关。
      • ·中心序列有转位酶基因。
      • ·IS参与沙门菌鞭毛抗原（H）的变异。
    • （2）转座子（transpnsposon,Tn)
      • ·2000~25 00
      • ·两端为IS。
      • ·中心序列有与转位无关基因。
      • ·如：毒素基因、耐药基因等。
  • 5．整合子（In）
    • ·定位于细菌染色体、质粒或转座子上。
    • ·基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒。
    • ·整合子含有3个功能元件：重组位点、整合酶基因、启动子。
    • ·通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播。
  • 6．噬菌体（bacteriophage）
    • ·形态结构：蝌蚪形。
    • ·衣壳：蛋白质。
    • ·核酸：dsDNA。
    • ·分布广：有菌就有噬菌体。
    • ·宿主特异性：流行病调查；分型。
    • ·参与细菌变异：转导，溶原性转换。
• 二、基因突变
  • 1．影印平板 ——自发的，随机的，非诱导的药物仅起选择作用。
  • 2．基因突变
    • ·突变率：10^-9～10^-6。
    • ·自发突变与诱发突变。
    • ·突变与选择。
    • ·回复突变与抑制突变。
  • 3．彷徨试验—— 随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。
  • 4．突变型细菌及其分离鉴定
    • 耐药性突变型
      • 营养缺陷突变型
        • 营养物质筛选
      • 条件致死性突变型
        • 温度敏感试验
      • 发酵阴性突变型
        • 乳糖发酵试验
• 三、基因的转移
  • 1．基因转移 ——供体菌提供DNA；受体菌接受DNA。基因转移类型、基因来源和转移方式的比较
  • 2．转化
    • （1）受体菌主动摄取外源性DNA；供体菌死亡时释放或人工方法提取DNA。
    • （2）影响因素
      • ·供受体菌基因型：同源性；亲缘关系近，转化率高。
      • ·感受态（competence）：生理活动过程中摄取；转化因子的最佳时期。
      • ·环境因素：Mg2+、Ca2+等可促进转化。
  • 3．转导（transduction）
    • （1）噬菌体媒介，将供体菌DNA转给受体菌，分普遍性转导和局限性转导。
    • （2）普遍性转导
      • ·毒性噬菌体，温和噬菌体。
      • ·包装错误：任何部位细菌DNA片段。
      • ·转导性噬菌体：宿主菌DNA，无噬菌体DNA。
      • ·受体菌接受转导噬菌体（供体菌）DNA。
      • ·受体菌获得供体菌性状。
    • （3）局限性转导（溶原性转换）
      • ·温和性噬菌体。
      • ·脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA。
      • ·转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA。
  • 4．接合（conjugation）
    • （1）通过性菌毛将供体菌DNA转给受体菌，受体菌获得供体菌性状。
    • （2）F质粒（fertility factor，致育因子）
      • ·接触：性菌毛与受体菌细胞质沟通。
      • ·转移：F质粒进入F-菌，1分钟完成。
      • ·复制：F-菌转为F+菌。
    • （3）Hfr（高频重组菌株）
      • ·F质粒与染色体整合。
      • ·具有接合和转移功能。
      • ·细菌染色体转移频率高，F质粒转移频率低。
      • ·受体菌获得供体菌性状。
      • ·可用于绘制基因图。
      • ·Hfr转移细菌染色体过程见图1-4-1、图1-4-2。
    • （4）R质粒
      • ·耐药传递因子：编码性菌毛。
      • ·R决定因子：耐药
  • 5．溶原性转换（lysogenic conversion)
    • ·噬菌体DNA与细菌染色体整合。
    • ·受体菌获得新的性状
    • ·如白喉棒状杆菌：β-棒状杆菌噬菌体-外毒素基因→不产毒白喉棒状杆菌→产毒白喉棒状杆菌。
• 四、实际应用
  • 1．诊断困难
    • ·H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛。
    • ·S→R变异：消失荚膜或多糖、抗原性改变、毒力下降，生化反应改变。
  • 2．治疗困难 ——耐药。
  • 3．预防—— BCG。
  • 4．Ames 试验 ——试验的流程见图1-4-3。
  • 5．基因工程
    • ·载体：质粒，噬菌体。
    • ·工程菌和酶：限制性内切酶、连接酶。
    • ·选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等。
    • ·基因工程疫苗。
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