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05第5章 细菌的遗传变异.ppt

05第5章 细菌的遗传变异

katherinelx
2011-06-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《05第5章 细菌的遗传变异ppt》,可适用于自然科学领域

第章第章细菌的遗传变异遗传(heredity)变异(variation)基因型变异表型变异遗传与变异是所有生物的共同生命特征子代与亲代生物学性状基本相同,且代代相传子代与亲代,子代与子代的生物学性状出现差异基因型和表型变异的比较基因型变异表型变异基因结构变化未变可逆性不或极少可逆稳定性稳定不稳定环境影响涉及细菌数不受影响受影响个别全体细菌的变异现象形态结构变异外界环境因素所致细菌L型变异:荚膜变异(capsule):肺炎链球菌芽胞变异(spore):炭疽杆菌鞭毛变异(flagellum):HO变异失去鞭毛的变异有鞭毛:H(Hauch)菌落。无鞭毛:O(Ohnehauch)菌落。形态结构变异形态结构变异青霉素、溶菌酶正常形态细菌──────→L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型特殊结构的变异 ℃炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低天        特殊结构的变异 变形杆菌石炭酸迁徙生长(H)点状生长、单个菌落(O)鞭毛变异毒力变异:(Virulence)毒力↓:BCG(卡介苗)胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌卡介苗                   年(代)毒力↑:白喉杆菌溶原化金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从年的上升至目前的。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物即多重耐药性甚至产生药物依赖性。含链霉素培基痢疾杆菌─────→依链株(耐药菌株)           长期培养耐药性变异:(Drugresistance)细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。菌落变异:(Colony)特点:SR变异常伴有其他性状的变异(毒力抗原性等)而造成全面的变异菌落由光滑(S)型变为粗糙(R)型如肠道杆菌SR变异、抗原性变异(Antigenicity)菌体抗原(O抗原)变异鞭毛抗原(H抗原)变异失去LPS的特异多糖第一节细菌的遗传物质第一节细菌的遗传物质一、染色体(chromosome)二、质粒(plasmid)三、转座因子(transposableelement)四、整合子(integron,In)五、噬菌体(phage)特点:dsDNA~×bp基因以操纵子形式存在为连续基因无内含子转录后不需剪接加工基因组DNA大部分用来编码蛋白质结构基因无重叠现象结构基因单拷贝rDNA多拷贝具有各种功能识别区:复制起始区、终止区等一、细菌染色体操纵子(operon)结构乳糖操纵子(lacoperon)的结构表达区特点:dsDNA~×bp基因以操纵子形式存在为连续基因无内含子转录后不需剪接加工基因组DNA大部分用来编码蛋白质结构基因无重叠现象结构基因单拷贝rDNA多拷贝具有各种功能识别区:复制起始区、终止区等一、细菌染色体二、质粒(plasmid)本质:能自主复制的染色体外遗传物质为环状闭合的双链DNA。分类:根据质粒基因编码的生物学性状致育质粒F(fertility)质粒编码性菌毛耐药性质粒编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性毒力质粒Vi(virulence)质粒编码与该菌致病性有关的毒力因子细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素如:Col质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素代谢质粒编码产生与代谢相关的许多酶类质粒DNA基本特性:质粒DNA基本特性:A可自我复制是一个复制子B质粒DNA编码的基因产物能赋予细菌些性状特征致育性、耐药性、致病性等C质粒可自然丢失与消除自然丢失率~可用高温、紫外线等除去D质粒具有转移性:接合性质粒通过性菌毛进行基因传递非接合性质粒经接合性质粒诱动或经载体(噬菌体)进行基因传递E质粒具有相容性和不相容性三、转座因子本质:细菌内能改变自身位置的DNA序列为移动基因(movablegenes)转移方式:通过自身编码产生的转座酶导致其转移或移位①染色体内移位(AB)②染色体与质粒间③不同质粒之间种类:种类:插入序列(insertionsequence,IS)是最小的转位因子<kb转座子(transposon,Tn)>kb除两端的IS外还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。常见的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因ISTnAP(氨苄青霉素)ISTnKan(卡那霉素)ISTnTet(四环素)ISTnEm(红霉素)ISTnEcoliET(肠毒素)转座子介导的转座四、整合子(integronIn)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五、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,溶原性转换变异基因型变异表型变异基因重组基因突变染色体变异细菌变异的机制第三节基因的转移和重组第三节基因的转移和重组转移:供菌提供DNA受菌接受DNA重组:受菌获得供菌DNA类型基因来源转移方式转化供菌受菌摄入接合供菌通过性菌毛转导供菌噬菌体媒介溶原性转换噬菌体前噬菌体一、转化(transformation)受菌直接摄取供体菌DNA供菌死亡时释放或人工方法提取DNA例:溶菌时裂解的DNA片段被另一细菌摄取。最早由Griffith在研究肺炎链球菌时发现此现象肺炎链球菌(Griffith)转化试验。小鼠体内肺炎链球菌转化试验死亡死亡影响因素:供受菌基因型: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:Mg+、Ca+等可促进转化二、接合(conjugation)通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌受体菌获得供体菌性状主要接合性质粒:F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒大肠埃希菌与肠道杆菌接合(电镜扫描图)大肠埃希菌与肠道杆菌接合(电镜扫描图)F质粒(fertilityfactor,致育因子)作用:编码性菌毛转移:F质粒进入F-菌分钟完成复制:F-菌转为F+菌F-FFF存在:F菌含游离的F质粒F’菌含带宿主菌基因的F质粒Hfr菌(highfrequencyrecombinant)高频重组菌F质粒整合于细菌染色体中F质粒存在的生理状态F质粒存在的生理状态大肠杆菌F质粒的各种存在状态间的转变F菌F菌Hfr菌F′菌lac与F菌接合丢失整合切离偏差切离丢失整合与F′菌接合Hfr(高频重组菌株):F质粒与染色体整合具有结合和转移功能细菌染色体转移频率高F质粒低受体菌获得供体菌性状用于绘制基因图Hfr转移细菌染色体过程两者结合DNA一条链断开染色体DNA经性菌毛进入F菌接合作用可随时中断(自发或外界因素)受体菌一般仍是F菌●R质粒作用:决定细菌的耐药性结构:●R质粒作用:决定细菌的耐药性结构:RTF(resistancetransferfactor)耐药传递因子编码性菌毛与复制、接合及转移有关Rdeterminant(r决定子)编码对抗菌药物的耐药性结合游离耐药传递因子(RTF)r决定子ISISr决定子存在a复合物形式:RTFr决定子b游离形式:两部分单独存在时无接合传递R质粒的功能耐药传递因子三、转导(transduction)噬菌体媒介将供菌DNA转给受菌分普遍性转导和局限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:供体菌DNA误装入噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状普遍性转导(generalizedtransduction)普遍性转导中外源DNA的结果完全转导:供体菌的DNA与受体菌染色体重组随染色体复制而随之传代流产转导(abortivetransduction):供体菌的DNA与受体菌染色体不能进行重组,转导的片断不能自身复制也不能传代局限性转导(restrictedtransduction)温和性噬菌体介导前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌,使受体菌遗传发生改变的过程局限性转导机制局限性转导机制bio生物素基因gal糖苷酶基因正常切离偏差切离缺陷噬菌体正常噬菌体前噬菌体局限性转导与普遍性转导的主要区别普遍性转导局限性转导转导时间温和噬菌体裂解期温和噬菌体溶原期转导基因供体菌染色体DNA的噬菌体DNA及供菌染色任何部位或质粒体DNA的特定部位片断转导频率低高转导结果完全转导获得供体菌DNA流产转导特定部位的遗传特性四、溶原性转换(lysogenicconversion)温和噬菌体DNA与菌染色体整合受菌获得新的性状如白喉杆菌:β噬菌体外毒素基因不产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌原生质体融合(protoplastfusion)原生质体融合(protoplastfusion)A细菌B细菌A原生质体B原生质体重组融合体不同重组菌培养聚乙二醇青霉素等细菌基因转移与重组的几种方式比较方式基因来源转移机制细菌基因转移与重组的几种方式比较方式基因来源转移机制转化供体菌直接摄取接合雄性菌性菌毛沟通普遍转导供体菌噬菌体介导局限转导溶原菌温和噬菌体介导溶原转换温和噬菌体温和噬菌体感染融合原生质体原生质体融合第四节基因突变类型:碱基置换:转换、颠换碱基插入碱基缺失定义:DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化分点突变和染色体畸变。移码突变突变规律:自发突变与诱发突变突变率自发突变:~诱发突变:提高~倍突变与选择:突变是随机的不定向的试验:年Luria和Delbruck设计了有名的彷徨试验(fluctuationtest)年Lederberg等设计了影印培养(replicaplating)。ml敏感菌mlml立即接种℃h含噬菌体平板含噬菌体平板℃h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。影印平板:自发的随机的抗生素仅起选择作用回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变野生株(wildstrain)突变株(mutantstrain)正向突变回复突变回复突变原因:突变株中的一个抑制基因突变所致回复突变可自发或诱导发生。回复突变基因内抑制(intragenicsuppressor)抑制基因突变发生在同一基因内的不同部位基因间抑制(extragenicsuppressor)抑制基因突变发生在不同基因回复突变基因型模式图回复突变基因型模式图基因型回复突变机制菌株表型突变前野生株敏感突变后突变株耐药基因内抑制回复突变株敏感基因间抑制回复突变株敏感突变型细菌及其分离:耐药性突变型药敏试验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治疗困难:耐药预防:BCG第五节细菌遗传变异在医学上的实际意义检测致癌物细菌突变的诱因往往是化学物质这种致变物质一般均有致癌的可能性因此采用细菌作为模型来进行可疑致癌物的筛选。Ames试验过程:Ames试验过程:组氨酸营养缺陷株含组氨酸培养基缺组氨酸培养基缺组氨酸培养基含待测化学物接种回复突变株无待测化学物正常细胞致癌物质诱导肿瘤细胞组氨酸营养缺陷株诱导化学物质回复突变株医学应用:Ames试验阳性和致癌之间有十分明显的相关性(诱变剂的共性原则即化学物质对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比)通过检测某待测物质对微生物的诱变能力间接判断其致癌能力优点:方法灵敏准确性较高、周期短、方法简便不需特殊器材容易推广基因工程载体: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细菌基因转移和重组的类型及其主要差异?何谓BCG、transposon、R质粒、Hfr、lysogenicconversion和Ames试验?影印试验验证何种理论?突变型细菌有哪些?思考题

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