噬菌體第噬菌體第噬菌體第噬菌體第細(xì)細(xì)菌的菌的菌的菌的遺傳遺傳與與與與變變異第異第異第異第細(xì)細(xì)菌的耐菌的耐菌的耐菌的耐藥藥性性性性噬菌體噬菌體(bacteriophage)(bacteriophage)是感染細(xì)菌、真菌、放線菌、支原體、螺是感染細(xì)菌、真菌、放線菌、支原體、螺旋體等微生物的病毒。因其能使細(xì)菌裂解，故稱旋體等微生物的病毒。因其能使細(xì)菌裂解，故稱為噬菌體。為噬菌體。第四章第四章 噬噬 菌菌 體體噬噬 菌菌 體體 的的 特特 點(diǎn)點(diǎn)v個(gè)體微小，可以通過細(xì)菌濾器；個(gè)體微小，可以通過細(xì)菌濾器；需用電子顯微鏡觀察；需用電子顯微鏡觀察；v無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由衣殼（蛋白質(zhì)）和核酸組成；無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由衣殼（蛋白質(zhì)）和核酸組成；v分布廣泛分布廣泛；v與細(xì)菌的變異密切相關(guān)；與細(xì)菌的變異密切相關(guān)；v噬菌體具有嚴(yán)格的宿主特異性，只寄居于易感宿主菌噬菌體具有嚴(yán)格的宿主特異性，只寄居于易感宿主菌體內(nèi)，體內(nèi)，一、噬菌體的生物學(xué)性狀一、噬菌體的生物學(xué)性狀其基本形態(tài)有蝌蚪形、微球形和細(xì)桿形三種；其基本形態(tài)有蝌蚪形、微球形和細(xì)桿形三種；大多數(shù)呈蝌蚪形。大多數(shù)呈蝌蚪形。一、噬菌體的生物學(xué)性狀一、噬菌體的生物學(xué)性狀v結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：由頭部和尾部組成；：由頭部和尾部組成；v化學(xué)組成化學(xué)組成：蛋白質(zhì)與核酸；：蛋白質(zhì)與核酸；v核酸類型核酸類型：為：為DNADNA或或RNARNA，大多數(shù)，大多數(shù)DNADNA噬菌體的噬菌體的DNADNA為為線狀雙鏈；線狀雙鏈；v噬菌體具有噬菌體具有抗原性抗原性；v抵抗力：比一般細(xì)菌繁殖體強(qiáng)。抵抗力：比一般細(xì)菌繁殖體強(qiáng)。噬噬 菌菌 體體 的的 增增 殖殖（）毒性噬菌體（）毒性噬菌體（virulentphage）能在敏感細(xì)菌中增殖并引起細(xì)菌裂解的噬能在敏感細(xì)菌中增殖并引起細(xì)菌裂解的噬菌體稱為菌體稱為毒性噬菌體毒性噬菌體，毒性噬菌體完成吸附、，毒性噬菌體完成吸附、穿入、生物合成、裝配、成熟與釋放等過程，穿入、生物合成、裝配、成熟與釋放等過程，稱為稱為復(fù)制周期或溶菌周期復(fù)制周期或溶菌周期，完成一個(gè)復(fù)制日，完成一個(gè)復(fù)制日期約需期約需151525min25min。（二）溫和性噬菌體（二）溫和性噬菌體 有些噬菌體感染敏感菌后不增殖子代噬菌體，而是將有些噬菌體感染敏感菌后不增殖子代噬菌體，而是將噬菌體的基因整合于細(xì)菌染色體中，成為細(xì)菌噬菌體的基因整合于細(xì)菌染色體中，成為細(xì)菌DNADNA的一部的一部分。等細(xì)菌分裂時(shí)，噬菌體基因隨同分裂傳至兩個(gè)子代分。等細(xì)菌分裂時(shí)，噬菌體基因隨同分裂傳至兩個(gè)子代細(xì)菌中，這種隨著細(xì)菌分裂而傳代的狀態(tài)稱為細(xì)菌中，這種隨著細(xì)菌分裂而傳代的狀態(tài)稱為溶原狀態(tài)溶原狀態(tài)。形成溶原狀態(tài)的噬菌體稱為形成溶原狀態(tài)的噬菌體稱為溶原性噬菌體或溫和性噬菌溶原性噬菌體或溫和性噬菌體體。整合在細(xì)菌。整合在細(xì)菌DNADNA上的噬菌體基因稱為上的噬菌體基因稱為前噬菌體前噬菌體，帶，帶有前噬菌體的細(xì)菌稱為有前噬菌體的細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌。溶原性細(xì)菌。溫和噬菌體溫和噬菌體v溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期，而毒性噬菌體只有一個(gè)溶菌性周期。菌體只有一個(gè)溶菌性周期。溶原性轉(zhuǎn)換：溶原性轉(zhuǎn)換：某某些些前前噬噬菌菌體體可可導(dǎo)導(dǎo)致致細(xì)細(xì)菌菌基基因因型型和和性性狀狀發(fā)發(fā)生生改改變。例如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素的機(jī)理變。例如白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素的機(jī)理 細(xì)菌的鑒定與分型細(xì)菌的鑒定與分型 噬菌體與宿主菌的關(guān)系具有高度噬菌體與宿主菌的關(guān)系具有高度特異性，即一種噬菌體只能裂解一種和它相應(yīng)的細(xì)菌特異性，即一種噬菌體只能裂解一種和它相應(yīng)的細(xì)菌，故可用于未知細(xì)菌的鑒定和分型。，故可用于未知細(xì)菌的鑒定和分型。分子生物學(xué)研究的重要工具分子生物學(xué)研究的重要工具 噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)噬菌體基因數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，且易獲得大量的突變構(gòu)比細(xì)菌和高等細(xì)胞簡(jiǎn)單得多，且易獲得大量的突變體。體。細(xì)菌感染的診斷與治療細(xì)菌感染的診斷與治療 但由于噬菌體過于專一，限但由于噬菌體過于專一，限制了噬菌體在臨床上的廣泛應(yīng)用。制了噬菌體在臨床上的廣泛應(yīng)用。噬菌體的應(yīng)用噬菌體的應(yīng)用第第4 4章章 細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳與變異 子子代代與與親親代代之之間間的的生生物物學(xué)學(xué)性性狀狀具具有有相相似似性，能代代相傳。這種現(xiàn)象稱為性，能代代相傳。這種現(xiàn)象稱為遺傳遺傳；在一定條件下，若子代與親代之間出現(xiàn)在一定條件下，若子代與親代之間出現(xiàn)差異則稱為差異則稱為變異變異。變變 異異v遺傳性變異（基因型變異）遺傳性變異（基因型變異）細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如基因突變或重組，細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如基因突變或重組，不可逆，可遺傳給后代。不可逆，可遺傳給后代。v非遺傳性變異（表型變異）非遺傳性變異（表型變異）環(huán)境改變導(dǎo)致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不環(huán)境改變導(dǎo)致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳。可遺傳。第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌的變異現(xiàn)象細(xì)菌的變異現(xiàn)象v形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異v毒力變異毒力變異v耐藥性變異耐藥性變異v菌落變異菌落變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異3-6%3-6%NaCI NaCI鼠疫桿菌鼠疫桿菌多形態(tài)性多形態(tài)性(衰殘型衰殘型)。瓊脂培基瓊脂培基一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形態(tài)細(xì)菌正常形態(tài)細(xì)菌 L L型變異型變異 抗體或補(bǔ)體抗體或補(bǔ)體 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)正?；魜y弧菌正?；魜y弧菌霍亂弧菌霍亂弧菌L L型型一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異一、形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異特殊結(jié)構(gòu)的變異特殊結(jié)構(gòu)的變異 42-4342-43炭疽桿菌炭疽桿菌 失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力,毒性降低毒性降低 10-2010-20天天 變形桿菌（變形桿菌（H H）1%1%石炭酸石炭酸 （O O）遷徙生長(zhǎng)遷徙生長(zhǎng) 單個(gè)菌落單個(gè)菌落二、毒二、毒力力的的變變異異細(xì)菌的毒力變異表現(xiàn)為毒力的減弱或增強(qiáng)細(xì)菌的毒力變異表現(xiàn)為毒力的減弱或增強(qiáng)毒力減弱毒力減弱卡介苗（卡介苗（BCG）毒力增強(qiáng)毒力增強(qiáng)白喉棒狀桿菌白喉棒狀桿菌三、耐三、耐藥藥性性變變異異細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物可由敏感變成耐藥細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物可由敏感變成耐藥耐藥菌株耐藥菌株賴藥菌株賴藥菌株多重耐藥性菌株多重耐藥性菌株菌落變異菌落變異v在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)期培養(yǎng)在陳舊培養(yǎng)基中長(zhǎng)期培養(yǎng)光滑型菌落光滑型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落S或在有免疫力的人體內(nèi)或在有免疫力的人體內(nèi)R第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、細(xì)一、細(xì)菌菌染染色色體體 dsDNA dsDNA，3.23.25105106 6 bpbp 復(fù)制快：復(fù)制快：10105 5 bp/minbp/min 無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因無組蛋白，無內(nèi)含子，為連續(xù)基因 單倍體：突變后更易表現(xiàn)單倍體：突變后更易表現(xiàn)二、質(zhì)二、質(zhì)粒粒DNAF（fertility）因子）因子R（(resistance）因子）因子細(xì)菌素質(zhì)粒細(xì)菌素質(zhì)粒毒力質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒（virulence）或）或VI質(zhì)粒，質(zhì)粒，質(zhì)粒質(zhì)粒DNA的基本特征的基本特征質(zhì)粒具有自我復(fù)制的能力。質(zhì)粒具有自我復(fù)制的能力。質(zhì)?；蚓幋a的產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征質(zhì)?；蚓幋a的產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征。質(zhì)?？勺孕衼G失與消除。質(zhì)?？勺孕衼G失與消除。質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性。質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性。質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。三、轉(zhuǎn)三、轉(zhuǎn) 座座 因因 子子 轉(zhuǎn)座因子是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒上一轉(zhuǎn)座因子是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒上一段特異核苷酸序列片段，它可在段特異核苷酸序列片段，它可在DNA分子中分子中移動(dòng)，不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從移動(dòng)，不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)基因用移到另一個(gè)基因組中。一個(gè)基因用移到另一個(gè)基因組中。轉(zhuǎn)座因子：轉(zhuǎn)座因子：lISIS(insertion sequenceinsertion sequence):):750-1550750-1550 bpbp 兩端重復(fù)序列，與插入有關(guān)兩端重復(fù)序列，與插入有關(guān) 中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因中心序列有轉(zhuǎn)位酶基因lTn(transposon):200025000200025000 bpbp 兩端為兩端為IS IS 中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因中心序列有與轉(zhuǎn)位無關(guān)基因 如：毒素基因、耐藥基因等如：毒素基因、耐藥基因等整合子（整合子（integron，In）：）：l定位于細(xì)菌染色體、質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上定位于細(xì)菌染色體、質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上l基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)：兩兩端端為為保保守守末末端端，中中間間為為可可變變區(qū)區(qū)，含一個(gè)或多個(gè)基因盒含一個(gè)或多個(gè)基因盒l(wèi)整整合合子子含含有有3 3個(gè)個(gè)功功能能元元件件：重重組組位位點(diǎn)點(diǎn)；整整合合酶酶基因；啟動(dòng)子基因；啟動(dòng)子l通通過過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子或或接接合合性性質(zhì)質(zhì)粒粒，使使多多種種耐耐藥藥基基因因在細(xì)菌中進(jìn)行水平傳播在細(xì)菌中進(jìn)行水平傳播四、四、整合子整合子五、噬菌體五、噬菌體第三節(jié)第三節(jié)細(xì)菌變異的機(jī)制細(xì)菌變異的機(jī)制一、突一、突變變突變是指遺傳物質(zhì)改變而引起的遺傳型變異突變是指遺傳物質(zhì)改變而引起的遺傳型變異v自發(fā)突變自發(fā)突變v誘發(fā)突變誘發(fā)突變堿基置換堿基置換移碼移碼二、細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)移與重組二、細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)移與重組v基因轉(zhuǎn)移基因轉(zhuǎn)移：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程。細(xì)胞內(nèi)的過程。v基因轉(zhuǎn)移中提供基因轉(zhuǎn)移中提供DNA的細(xì)菌為的細(xì)菌為供體菌供體菌，而接受而接受DNA的細(xì)菌為的細(xì)菌為受體菌受體菌。v外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體DNA，質(zhì)粒，質(zhì)粒DNA及及噬菌體基因等。噬菌體基因等。重組重組：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNADNA整合在一起，整合在一起，使受體使受體菌獲得供體菌某些特性。菌獲得供體菌某些特性。兩個(gè)不同性狀的細(xì)菌之間通過遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移兩個(gè)不同性狀的細(xì)菌之間通過遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和重組，可以發(fā)生遺傳變異。和重組，可以發(fā)生遺傳變異?；蜣D(zhuǎn)移和重組的方式有基因轉(zhuǎn)移和重組的方式有接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)和和轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換等方式。等方式。1.1.轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(transformation):(transformation):供體菌裂解游離的供體菌裂解游離的DNADNA片段轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程。片段轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程。2.2.接合接合(conjugation)(conjugation)接合：是細(xì)菌通過性菌毛接合：是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNADNA）從供）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。能通體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。能通過過結(jié)合結(jié)合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為為接合性質(zhì)粒接合性質(zhì)粒，不能通過，不能通過性菌毛在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)性菌毛在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒為粒為非接合性質(zhì)粒非接合性質(zhì)粒。v接觸：細(xì)胞質(zhì)溝通接觸：細(xì)胞質(zhì)溝通v轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移：F F質(zhì)粒進(jìn)入質(zhì)粒進(jìn)入F F菌，菌，1 1分鐘完成分鐘完成v復(fù)制：復(fù)制：F F菌轉(zhuǎn)為菌轉(zhuǎn)為F F菌菌F質(zhì)粒（fertilityfactor,致育因子）l高頻重組菌株高頻重組菌株（highfrequencyrecombinant Hfr Hfr）：）：F F質(zhì)粒與染色體整合質(zhì)粒與染色體整合,具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功能，具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功能，細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，稱之細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，稱之HfrHfr 。受體菌獲得供體菌性狀；受體菌獲得供體菌性狀；F F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低。質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低。R R質(zhì)粒質(zhì)粒 耐藥傳遞因子：耐藥傳遞因子：耐藥傳遞因子：耐藥傳遞因子：編碼性菌毛編碼性菌毛編碼性菌毛編碼性菌毛 r r r r決定因子：耐藥決定因子：耐藥決定因子：耐藥決定因子：耐藥 是以噬菌體為載體，將供體菌的一段是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNADNA轉(zhuǎn)移到受轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，是受體菌獲得新的性狀。體菌內(nèi)，是受體菌獲得新的性狀。v根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因片段的范圍，可將轉(zhuǎn)導(dǎo)分為兩類：根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因片段的范圍，可將轉(zhuǎn)導(dǎo)分為兩類：普普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) （轉(zhuǎn)導(dǎo)的（轉(zhuǎn)導(dǎo)的DNADNA可是供菌染色體上的任何部分）、可是供菌染色體上的任何部分）、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo) （轉(zhuǎn)導(dǎo)的（轉(zhuǎn)導(dǎo)的DNADNA只