医学微生物学-授课讲稿:第五章 遗传与变异

第五章  遗传与变异

遗传：子代与亲代性状的相似性。

变异：子代与亲代性状的差异性。

基因型变异：基因结构的改变。可遗传的。

表型变异：基因结构未改变。不可遗传。

第一节 细菌的遗传与变异

一、细菌的变异现象

 1.形态结构的变异：L型细菌，荚膜变异，鞭毛变异。

 2.毒力变异：卡介苗

 3.耐药性变异

 4.菌落变异

 5.抗原性变异

二、与细菌遗传变异相关的物质

（一)细菌的染色体： 环状、双股、超螺旋DNA长链。

（二)质粒(plasmid)：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合的双股DNA。可编

码许多重要的生物学性状。

质粒DNA的特性:

1．具有自我复制能力。紧密型质粒；松弛型质粒。

2．编码的基因产物赋予细菌某些性状特征；

3．可自行丢失与消除；

4．可在细菌间转移；

5．分相容性与不相容性两种。

（三)噬菌体(bacteriophage/phage)：是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。分布广，有细菌的场所就有相应的噬菌体存在。有严格的宿主特异性，只能在活的微生物细胞内复制。

  1．生物学性状

（1)形态与结构

（2)化学组成： 核酸（DNA或RNA)；蛋白质

2．分类

（1)毒性噬菌体（virulent  phage):能在宿主细胞内增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。

噬菌体溶菌过程:

  ①吸附: 噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程。

  ②穿入：噬菌体核酸进入宿主细www.lindalemus.com/wszg/胞的过程。

  ③生物合成：噬菌体利用宿主细胞的原料，合成自身的核酸和蛋白质。

  ④成熟与释放：将合成好的核酸和蛋白质按一定程序装配成完整的成熟噬菌体，最终细胞破裂，噬菌体释放出来。

（2)溶原性噬菌体（lysogenicphage)：感染细菌后，噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌分裂。

前噬菌体：整合在宿主菌基因组中的噬菌体的基因组。

溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌。

（四)转座子（transposon，Tn)

1．概念：存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，能在DNA分子中移动。不断改变它们在基因组中的位置,能从一个基因组转移到另一个基因组中。  

2．分类：

（1)插入序列（insertion sequence，IS)：为最简单的或序列较短的Tn，只含与转位有关的基因。

（2)转座子（Tn)：含转位有关基因及耐药性基因、 抗金属基因、毒素基因或结构基因等。Tn可在细菌的染色体和质粒www.lindalemus.com/rencai/之间、质粒和质粒之间转移，导致耐药性的播散。

三、 细菌变异的机制

（一)、基因突变

1．突变:细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变

异。

2.基因突变的规律:

（1)突变率：自发突变→低；诱发突变→高。

（2)突变与选择：随机性 ；选择性。

（3)回复突变：野生型→突变型→野生型 

  野生型：细菌在自然环境下具有的表现型 。

  突变型：发生突变后的菌株。

3.DNA的损伤修复

（1)光修复：经紫外线照射后，细胞DNA上形成T-T二聚体，导致突变。如在紫

外线照射后立即将细菌暴露于可见光下，则受损的DNA可修复，细菌的存活率大大提高。 

（2)暗修复：切除修复---由核酸内切酶将损伤的片段切除，再DNA聚合酶、连接酶等的作用下，将缺少的部分补齐。

（二)、基因的转移与重组

  基因转移(gene transfer)：外源性遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。

基因重组(gene recombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程。

  供体菌(donor)；受体菌(recipient) 

１．转化（transformation)： 供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取，是受

体菌获得新的性状(图5-1)。

     转化因子：游离的DNA片段。分子量小于1×107。

 感 受 态：受体菌能摄取外源DNA片段的生理状态。感受态一般出现在细菌对数生长期的后期，持续时间约3～4小时。

图5-1   转化模式图

2.接合(conjugation)：细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程(图5-2)。 

F质粒、高频重组菌（Hfr)、 R质粒 的概念

3.转导（transduction)：以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。

普遍性转导(generalizedtransduction)：噬菌体转导供体菌染色体上 任何部位DNA片段，发生于裂解期(图5-3)。

①完全转导：供体菌DNA片段与受体菌染色体整合并随之传代。

②流产转导：供体菌DNA片段不与受体菌染色体整合也不可自我复制。（大多为此)

局限性转导(restrictedtransduction) ：噬菌体转导供体菌染色体上特

定部位的DNA片段，发生于溶原期。噬菌体将自身一段DNA留在供菌染色体上，却将相邻供菌的部分DNA带给受菌并整合至其染色体上（图5-4)。

4.溶原性转换（lysogenic conversion)：当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色 体中获得了噬菌体的DNA片段，使其成为溶原状态时而使细菌获得新的性状（图5-5)。

5.原生质体融合(protoplastfusion)：将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行相互融合的过程。

第二节 病毒的遗传与变异

一、病毒的基因组

  1. 遗传物质：DNA 或RNA

  2. 特点：只有一种核酸，且存在形式多样；基因数目少，结构较简单；复制方式具有多样性；有较大的遗传不稳定性。

二、基因突变

  1．突变：病毒基因组碱基序列发生改变。

  2．基因组突变的方式：点突变；缺失突变；插入突变。

3．突变类型：

（1)基因突变---突变发生在基因结构内，产生的变异株可导致特定表型的改变。

突变株（mutant):由基因突变产生的病毒表型性状改变的毒株。

包括：条件致死性突变株、缺陷型干扰突变株、宿主范围突变株、耐药突变株

  （2)静默突变---未引起表型改变的突变。  

三、基因重组与重配

1．重组：两个病毒基因组间核酸序列互换、组合的过程。

2．重配：在分节段的病毒基因组之间，两个病毒株可通过基因片断的交换使子代基因组发生突变过程。

  3．重组与重配可导致基因复活：

  （1)交叉复活---活病毒与灭活病毒间。

（2)多重复活---两个或多个灭活病毒间。 

四、基因整合：病毒基因组中DNA片段可插入到宿主染色体DNA中,导致病毒基因变异及宿主细胞染色体基因的改变。如：多种DNA病毒、反转录病毒。

五、病毒基因产物的相互作用

1．互补作用和加强作用

2．表型混合和核壳转移 

第三节  微生物遗传变异在医学上的应用

一、在疾病诊断和防治中的应用

诊断：与形态结构、染色性、生化、抗原性等变异有关

    治疗：与耐药性变异有关

    预防：与毒力变异有关

二、微生物基因组研究

三、在检测致癌物质方面的应用：Ames试验

伤寒菌his-(不生长)可疑致癌物 his+ (生长)

四、流行病学方面的应用：

质粒指纹图（PFP)

五、基因工程方面的应用

载体：质粒/噬菌体

    工程菌：大肠杆菌