第四章 细菌的遗传与变异

医学微生物学 第四章 细菌的遗传与变异， 本章虽然知识点多，但是重点考察的内容好像不太对，好好学习噢

细菌的遗传与变异

• 遗传( Heredity)是亲代的特性可通过 遗传物质传递给子代,使其种属得以保持
• 变异(Variation)是子代与亲代之间及其 子代与子代之间的生物学性状出现的差异。
  • 遗传变异：基因结构发生改变
  • 表型变异：外界因素所致
• 第一节 细菌基因组
  • 细菌的遗传物质是DNA,细菌基因组 是指染色体和染色体以外遗传物质的总称 染色体(chromosome) 质粒(plasmid) 噬菌体基因组(bacteriophage gengmel
    • 几种质粒可共存于一个细菌中,表明这些质粒间有相容性,有些 质粒不能共存,称不相容性。
  • 细菌的染色体是单倍的环状或线性双螺 旋DNA长链,上有许多编码细菌生物学性状
  • 细菌遗传物质之细菌染色体 相对较小 结构基因不含内含子 操纵子结构 "大多细菌编码顺序不重叠 "基因连续" 结构基因多为单拷贝
  • 细菌致病岛( pathogenicity island, PAI )是指病原菌基因组中存在编码与细 菌毒力或致病性相关因子(如黏附因子和 毒力等)的外源DNA片段。
  • 细菌遗传物质之细菌质粒
    • 是细菌染色体之外的遗传物质,为环状闭合或线性 的双链DNA。 质粒不仅与细菌遗传物质的转移有关,也与某些细 菌的致病性,以及细菌的抗药性等有关。
    • 质粒（非细菌的必备结构）的特点
      • ①具有自我复制的能力;（是双股环状DNA） ②编码某些特定的遗传性状; ③可自行丢失与消除; ④转移性; ⑤质粒的相容性和不相容性。
    • 生物学性状分类
      • F质粒( fertityplasmid ):与致育 性有关的质粒,即具有编码性菌毛和介导细 菌之间接合的能力。
      • 耐药质粒（由传递因子和耐药决定因子组成的）能使细菌对抗生素、化学药物或重金 属离子等杀菌剂表现出抗性。
        • 接合性耐药质粒R质粒（G-中常见，基因由耐药传递因子RTF和耐药决定子r组成） （可通过接合的方式进行基因传递）
          • 耐药传递因子(RTF，决定接合与自主复制的基因):编码性菌毛; 上决定因子 (r-det):多个耐药基因转座子;
          • 接合性耐药质粒(R质粒)通过接合方式 可以在同种属或不同种属的细菌间传递
        • 非接合性耐药质粒
      • 毒力质粒( vi质粒):决 定细菌毒素的基因,如致病性大肠埃希菌 的ST质粒、LT质粒
      • 细菌素质粒,编码各类细菌素, 如Col质粒( Col plasmid ):是编码大 肠菌素的质粒。大肠菌素是某些大肠埃 希菌菌株产生的,仅对近缘细菌有杀灭 作用的蛋白质类抗菌物质。
      • 代谢质粒(metabolic plasmid ):携 带能降解某些基质的酶的基因。含有这类 质粒的细菌,能将复杂的有机化合物降解 成能被其作为碳源和能 利用的简单形式。
    • 噬菌体基因组
      • 前噬菌体、溶原周期以及溶菌 周期均与噬菌体基因组相关,亦参与细 菌的遗传与变异
  • 细菌基因组的特殊结构
    • 转座元件
      • 是基因组中一段特异的具有改变 自身位置的独特DNA序列,又称 跳跃基因。
      • 是一类在细菌的染色体、质粒或 噬菌体之间自行移动的遗传成分
      • 按结构和功能的不同可分三类
        • 插入序列
          • 最小的转位因子,长度不超过2KB,可能是原细 胞正常代谢的调节开关之一。
        • 转座子
          • >2kb;两端为1S;中心序列为其他 功能基因如:毒素基因、耐药基因等。
        • 整合子
          • 一种可移动的DNA分子,具有独特结构可捕 获和整合外源性基因,使之转变成为功能性基 因的表达单位。
      • 1、基本结构:两端为保守末端,包括重组位点、 整合酶基因和启动子功能元件,中间为可变区,含 一个或多个基因盒。 2、功能: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,增强细菌生存的适应 性。
• 第二节 细菌基因突变
  • 基因突变（遗传）
    • DNA分子中的一个或一对碱基的改变,称 为点突变(point mutant。 涉及多个碱基突变一缺失、重复、插入。 携带突变Gene的细胞或个体,称为突变体 (mutant。 未突变Gene的细胞或个体,称为野生型 (Wild type。 突变热点(Hot spots of mutation): DNA 分子中某些部位的突变频率大大高于平均 数,这些部位称为突变热点。
    • 碱基替换:指DNA分子中一个碱基被另一 个不同的碱基所替换。
      • 同义突变(Synonymous mutation ):由于 密码子具有兼并性,单个碱基置换后密码子所编码 的是同一种氨基酸,表型不改变。
      • 错义突变(Missense mutation ):DNA分 子中的碱基置换后,形成新的密冯子,从而导致所 编码的氨基酸发生改变,产生活性降低、无活性或 无功能的蛋白质。
      • 无义突变(nonsense mutation):是指DNA中碱基 被置换后,使编码一个氨基酸的密码子变为不编码任何氨基 酸的终止密码(UAA、UAG、UGA),肽链合成提前终止, 产生短的、没有活性的多肽片段。
      • 终止密码突变 当DNA分子中的一个终止密码发生突变一 —编码Aa的密码子,使多肽链的合成继 续进行下去,一直延长至下一个终止密码 子时停止,产生延长的异常多肽链,称延 长突变(elongation M。
    • 基因突变
      • 自发突变
        • 自发突变是指生物体在没有人工参与的情况 下以一定频率(约10—10~10)自然发生 的突变。它是生物进化的根源。自然地出现 这种遗传物质的变异虽然是一种偶然事件, 却是生物界的一种普遍现象
      • 诱变
        • 通过人工诱导可提高细菌的突变率,称为诱 发突变。诱发突变发生率达到106~104, 高于自发突变率10—1000倍。许多理化因子 ,如X线、紫外线、亚硝酸盐、烷化剂等都 具有诱变活性。
      • 突变与选择 影印培养法:是指确保在一系列平板培养基的相同位 置上接种并培养出相同菌落的一种微生物培养方法
      • 回复突变与抑制突变 回复突变 (reverse mutation):突变体经过第二次突变又完 全地或部分地恢复为原来的基因型和表现型.完全恢复是由 于突变的碱基顺序经第二次突变后又变为原来的碱基顺序, 故亦称真正的回复突变.部分恢复是由于第二次突变发生在 另一部位上,其结果是部分恢复原来的表现型,亦称为第二 位点突变,从而抑制第一次突变的效应,称为抑制突变。
  • 细菌同时获得多重耐药性的主要途径有转座和R质粒的接合
• 第三节 基因转移与重组
  • 1基因转移( gene transfer):外源性的 遗传物质由供体转入某受体菌细胞内的过程。 2.基因重组( gene recombination ):转 移的基因与受体菌DNA 整合在一起。 ※转移与重组的方式:转化、接合、转导 、溶原性转换和原生质体融合等。
  • 转化
    • 受体菌直接摄取供体 菌(外源)DNA片段,而获得新的遗传性状的过程
    • 影响细菌转化率的因素 1.供、受体菌的基因型 2.受体菌的生理状态 3.环境因素: Ca2+、Mg2+等浓 度
  • 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 体菌转移给受体菌的方式。（供体菌和受体菌需要密切接触）
    • ※接合性质粒主要包括: F质粒 R质粒 Col质粒 毒力质粒
      • Hfr(高频重组菌株) F质粒（致育因子，可以表达性菌毛）与染色体整合 具有高频转移自身染色体至F菌的功 能 细菌染色体转移频率高 受体菌获得供体菌性状
  • 转导
    • 以噬菌体为载体,将供体菌的一段 DNA转移到受体菌内 ,使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。可分为普通性转 导(general transduction)和局限性转导(restricted
      • 普遍性转导:发生在裂解期,转移的DNA 为供菌染色体上的任何部分
      • 局限性转导:发生在溶原期,供菌染色体上 特定的基因（由温和噬菌体介导）
  • 溶原性转换（局限性转导的一种形式，由温和噬菌体介导）
    • 前噬菌体导致宿主细胞基因型改变。导致细菌 的基因型发生改变。溶原性细菌可因此而获得 的性状(如自喉毒素、致热外毒素、肉毒素
    • 例：白喉杆菌产生外毒素
  • 原生质体融合
    • 是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素处理 细胞壁而变为原生质体后进行融合(聚乙二 促使二种原生质体间的融合),在此期间染 可发生重组。
  • 噬菌体参与的基因转移与重组的方式有转导和溶原性转换