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1、第第 三三 章章 噬菌体噬菌体教学目的与要求教学目的与要求v掌握毒性噬菌体、温和噬菌体的概念及其与掌握毒性噬菌体、温和噬菌体的概念及其与细菌遗传物质转移的关系；细菌遗传物质转移的关系；v熟悉噬菌体的形态、结构，化学组成和繁殖熟悉噬菌体的形态、结构，化学组成和繁殖方式及其应用；方式及其应用；v了解噬菌体数量的测定方法。了解噬菌体数量的测定方法。v噬菌体（噬菌体（bacteriophage）：）：是感染细菌、是感染细菌、真菌、放线菌、螺旋体等微生物的真菌、放线菌、螺旋体等微生物的病毒病毒。特点：特点：个体微小，能通过细菌滤器个体微小，能通过细菌滤器无细胞结构，由核酸和蛋白质构成无细胞结构，由核酸和
2、蛋白质构成专性寄生，在活细胞内复制增殖专性寄生，在活细胞内复制增殖具有宿主特异性具有宿主特异性一、一、噬菌体的生物学性状噬菌体的生物学性状v形态：形态：蝌蚪形蝌蚪形tadpole微球形微球形spherical细杆形细杆形filamentousv结构与化学组成：结构与化学组成：化学组成：核酸和蛋白质化学组成：核酸和蛋白质噬菌体与宿主菌的相互关系噬菌体与宿主菌的相互关系v毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)：在宿主菌细胞内在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解宿主菌。宿主菌。v温和噬菌体温和噬菌体(temperate phag
3、e)：噬菌体基因组整：噬菌体基因组整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起宿主菌裂解，但噬菌体不引起宿主菌裂解，但噬菌体DNA随细菌基因随细菌基因组的复制而复制，并随细菌的分裂而分配至子组的复制而复制，并随细菌的分裂而分配至子代细菌的基因组中。代细菌的基因组中。第二节第二节毒性噬菌体毒性噬菌体v以以复制方式复制方式进行增殖进行增殖v增殖过程包括四个阶段：增殖过程包括四个阶段：n吸附吸附（Adsorption）n穿入穿入（Penetration）n生物合成生物合成（Biosynthesis）n成熟与释放成熟与释放（Maturation and Re
4、lease）Life cycle of virulent phage:lytic溶菌性周期溶菌性周期v噬噬斑斑（plaque）：在在固固体体培培养养基基上上，将将适适量量噬噬菌菌体体和和宿宿主主菌菌液液混混合合接接种种培培养养后后，培培养养基基表表面面可可出出现现透透亮亮的的溶溶菌菌空空斑斑，每每个个空空斑斑系系由由一一个个噬噬菌菌体体复复制制增增殖殖并并裂裂解解宿宿主主菌菌后形成的。后形成的。v噬噬斑斑形形成成单单位位（plaque forming unit,PFU）：通通过过噬噬斑斑计数，可测知一定体积内的噬菌体数量。计数，可测知一定体积内的噬菌体数量。第三节第三节温和噬菌体温和噬菌体v又
5、叫又叫溶原性噬菌体溶原性噬菌体(lysogenic phage)lysogenic phage)v包括溶菌性周期和溶原性周期包括溶菌性周期和溶原性周期第四节第四节噬菌体应用噬菌体应用1、细菌的鉴定和分型、细菌的鉴定和分型2、检测标本中的未知细菌、检测标本中的未知细菌3、基因工程的工具、基因工程的工具4、用于治疗细菌性感染、用于治疗细菌性感染第第 四四 章章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异教学目的与要求教学目的与要求v掌握：掌握：细菌的变异现象，细菌遗传变异的物质基础细菌的变异现象，细菌遗传变异的物质基础和机制（转化、接合、转导、溶原性转换的和机制（转化、接合、转导、溶原性转换的概念）；概念）
6、；v熟悉：熟悉：细菌遗传变异的医学意义。细菌遗传变异的医学意义。v遗传遗传(heredity)：微生物亲代的特性可通过遗微生物亲代的特性可通过遗传物质传递给子代。（物种延续）传物质传递给子代。（物种延续）v基因（基因（gene）是遗传的基本单位。）是遗传的基本单位。v细菌的基因组细菌的基因组包含菌细胞的全部遗传信息。包含菌细胞的全部遗传信息。v包括：染色体包括：染色体外源外源DNA（质粒、噬菌体）（质粒、噬菌体）可移动元件可移动元件细菌的全部遗传信息构成了细菌的细菌的全部遗传信息构成了细菌的基因型基因型。基因型（基因型（genotype）：是指子代细菌从亲是指子代细菌从亲代获得的全部基因组合的
7、总和，又称代获得的全部基因组合的总和，又称遗传型遗传型。细菌的基因型决定了细菌的细菌的基因型决定了细菌的形态结构、生理形态结构、生理代谢、致病性、免疫性及对药物的敏感性代谢、致病性、免疫性及对药物的敏感性等等形状。形状。表型（表型（phenotype）:是指在特定外界是指在特定外界环境中，细菌在生长中所表现的形态和环境中，细菌在生长中所表现的形态和生理特征等性状的总和。生理特征等性状的总和。变异变异(variation)：在某种情况下，子代与亲代在某种情况下，子代与亲代之间的生物学性状出现差异。（物种进化）之间的生物学性状出现差异。（物种进化）分为遗传变异分为遗传变异geneticvariat
8、ion表型变异表型变异phenotypicvariation遗传变异遗传变异表型变异表型变异基因改变基因改变+-遗传性遗传性+-外界环境外界环境-+可逆性可逆性-+变异幅度变异幅度个别细胞个别细胞群体群体细菌的变异现象细菌的变异现象（一）形态变异（一）形态变异（二）特殊结构变异（二）特殊结构变异（三）毒力变异（三）毒力变异（四）耐药性变异（四）耐药性变异（五）菌落变异（五）菌落变异（一）形态变异v3-6%NaCl鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌多形态性多形态性陈旧培基物陈旧培基物v青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌L型变异型变异抗体或补体抗体或补体（二）特殊结构的变异普通培养基生长或传代
9、普通培养基生长或传代肺炎链球菌肺炎链球菌无荚膜无荚膜（）致病）致病（）不致病）不致病42-43炭疽杆菌炭疽杆菌失去形成芽孢能力失去形成芽孢能力,毒性降低毒性降低10-20天天变形杆菌变形杆菌0.1%石炭酸石炭酸迁徙生长（迁徙生长（H）点状生长（点状生长（O）（三）菌落变异在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落光滑型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落SR表面光滑、湿润，表面光滑、湿润，表面粗糙，干皱表面粗糙，干皱边缘整齐边缘整齐边缘不整齐边缘不整齐（四）毒力变异v增强增强棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌获得白喉毒素获得白喉毒素v减弱减弱胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯
10、培养基牛结核分枝杆菌牛结核分枝杆菌卡介苗卡介苗13年年(230代代)（五）耐药性变异v细菌对某种抗菌药物增强了耐受性或失去了敏细菌对某种抗菌药物增强了耐受性或失去了敏感性的变异称为耐药性变异。感性的变异称为耐药性变异。v金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌v有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐有些细菌还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。药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株长期培养长期培养二、细菌遗传变异的物质基础二、细菌遗传变异的物质基础第一节第一节第一节第一节细菌基因组细菌基因组细菌基因组细菌基因组1、主要组成、主要组成2、特殊结构
11、、特殊结构一、细菌基因组的主要组成一、细菌基因组的主要组成1 1、染色体染色体染色体染色体v单一的环状双螺旋单一的环状双螺旋DNA链（链（dsDNA）v580kb5220kbv无组蛋白，无内含子，为连续基因无组蛋白，无内含子，为连续基因v复制快：复制快：105bp/minv单倍体：突变后更易表现单倍体：突变后更易表现2 2、质粒（、质粒（、质粒（、质粒（plasmidplasmid）含义：含义：存在于菌细胞内，独立于染色体外存在于菌细胞内，独立于染色体外的一种遗传物质，的一种遗传物质，为环状闭合或线性双链为环状闭合或线性双链DNA，不受染色体控制，可自我复制，也不受染色体控制，可自我复制，也可
12、随意丢失。可随意丢失。v分类：分类：根据质粒基因编码的生物学性状分类根据质粒基因编码的生物学性状分类F质粒（致育质粒）：编码质粒（致育质粒）：编码F因子，有因子，有F因子因子的为雄性菌，可长出性菌毛的为雄性菌，可长出性菌毛耐药性质粒：编码对多种抗菌药物和重金属耐药性质粒：编码对多种抗菌药物和重金属的抗性的抗性接合性耐药质粒（接合性耐药质粒（R质粒）质粒）:可通过接合方式进可通过接合方式进行基因传递行基因传递（革兰阴性菌多见）（革兰阴性菌多见）非接合性耐药质粒（非接合性耐药质粒（r质粒）：质粒）：不能通过细菌接不能通过细菌接合传递的质粒合传递的质粒（革兰阳性菌多见，可通过噬（革兰阳性菌多见，可通
13、过噬菌体转导进行传递）菌体转导进行传递）毒力质粒（毒力质粒（Vi质粒）：编码与细菌致病性有质粒）：编码与细菌致病性有关的毒力因子关的毒力因子ST质粒质粒细菌素质粒：编码产生细菌素细菌素质粒：编码产生细菌素Col质粒编质粒编码大肠菌素码大肠菌素代谢质粒：编码与代谢相关的酶类代谢质粒：编码与代谢相关的酶类沙门沙门菌发酵乳糖菌发酵乳糖二、细菌基因组的特殊结构二、细菌基因组的特殊结构转座元件转座元件转座元件转座元件（跳跃基因或移动基因）（跳跃基因或移动基因）（跳跃基因或移动基因）（跳跃基因或移动基因）v可在细菌或其他生物的基因组（染色体、质粒、可在细菌或其他生物的基因组（染色体、质粒、噬菌体基因组）中
14、改变自身位置的噬菌体基因组）中改变自身位置的独特独特DNA序序列。列。v转座元件的转移可发生在同一染色体上，不同转座元件的转移可发生在同一染色体上，不同染色体之间，质粒之间或染色体和质粒之间，染色体之间，质粒之间或染色体和质粒之间，通过位置移动改变遗传物质的核苷酸序列而引通过位置移动改变遗传物质的核苷酸序列而引起某些性状的改变。起某些性状的改变。1、插入序列（、插入序列（insertionsequenceIS）n是最简单的转座元件，是最简单的转座元件，750-1550bp，不携带任，不携带任何已知与转位功能无关的基因区域何已知与转位功能无关的基因区域2、转座子（、转座子（transposon,
15、Tn）n2000-2500bp，除携带与转位有关的基因外，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因；及其他结构基因；n可能与细菌的多重耐药性有关。可能与细菌的多重耐药性有关。3 3、整合子（、整合子（、整合子（、整合子（integronintegron）v概念：一种可移动的概念：一种可移动的DNA分子，具有独特结构分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之成为功能性基因可捕获和整合外源性基因，使之成为功能性基因的表达单位，通过转座子或结合性质粒，使多种的表达单位，通过转座子或结合性质粒，使多种耐药性基因在细菌内水平
16、传播。耐药性基因在细菌内水平传播。（1）定位于染色体和质粒或转座子上）定位于染色体和质粒或转座子上（2）基本结构由两端保守末端和中间可变区）基本结构由两端保守末端和中间可变区（3）含有三个功能元件：整合酶基因、重组位点）含有三个功能元件：整合酶基因、重组位点和启动子，均位于和启动子，均位于5保守末端保守末端第二节、基因突变第二节、基因突变基因突变基因突变是指是指DNA碱基对的置换、插入碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，分为点突或缺失所致的基因结构的变化，分为点突变和插入或缺失突变、多点突变。变和插入或缺失突变、多点突变。其规律是：其规律是：随机性随机性 彷徨试验、影印试验彷徨试验、
17、影印试验 证实突变的自发性、随机性证实突变的自发性、随机性彷徨试验示意图彷徨试验示意图彷徨试验证明：彷徨试验证明：1、细菌的突变是、细菌的突变是自发的自发的2、随机的随机的3、突变发生在接触噬菌体之前，噬菌体、突变发生在接触噬菌体之前，噬菌体是筛选作用，不是诱导作用。是筛选作用，不是诱导作用。影印培养试验示意图影印培养试验示意图影印培养试验证明：影印培养试验证明：1、细菌的突变是、细菌的突变是自发的自发的2、随机的随机的3、突变发生在接触抗生素之前，抗生素、突变发生在接触抗生素之前，抗生素是筛选作用，不是诱导作用。是筛选作用，不是诱导作用。v稀少性稀少性v突变率低：自发突变率突变率低：自发突变
18、率10-1010-6v可诱发性可诱发性v诱导剂：高温、诱导剂：高温、X线、紫外线、亚硝酸盐、线、紫外线、亚硝酸盐、化学因子化学因子v诱发突变率诱发突变率10-610-4v回复性：回复性：v突变株经过第二次突变可恢复野生型的性状，突变株经过第二次突变可恢复野生型的性状，称为回复突变。称为回复突变。v野生型野生型DNA序列的回复突变几率很低，因此往序列的回复突变几率很低，因此往往是往是表型回复突变表型回复突变，即第二次突变没有改变正向，即第二次突变没有改变正向突变的突变的DNA序列，只是在第二个位点发生突变序列，只是在第二个位点发生突变抑制第一次突变效应，称为抑制第一次突变效应，称为抑制突变抑制突
19、变。v基因内抑制基因内抑制v基因间抑制基因间抑制突变型细菌常见类型突变型细菌常见类型突变型细菌常见类型突变型细菌常见类型v抗性突变型（耐药性突变）抗性突变型（耐药性突变）v营养缺陷突变型营养缺陷突变型v条件致死突变型（温度敏感突变型）条件致死突变型（温度敏感突变型）v发酵阴性突变型发酵阴性突变型第三节第三节 基因的转移和重组基因的转移和重组v细菌的基因转移和重组可通过转化、接细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导和溶原性转换等方式进行。合、转导和溶原性转换等方式进行。nTransformation nConjugationnTransductionnLysogenic conversion
20、1、转化、转化（transformation）v受体菌直接摄取供体菌的受体菌直接摄取供体菌的DNA片段片段而获得新的遗传性状的过程。而获得新的遗传性状的过程。荚膜转化试验荚膜转化试验影响因素影响因素v供、受体菌的基因型：越相似转化率越高供、受体菌的基因型：越相似转化率越高n 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于1107，最多不超过1020个基因。v感受态（感受态（competence）v环境因素：环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP可以维持可以维持DNA的稳定性，促进转化作用的发生的稳定性，促进转化作用的发生2、接合（、接合（conjugation）v细菌通过性菌毛相互连接
21、沟通，将遗传物质（主细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。）从供体菌转移给受体菌。v接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，合性质粒，F质粒、质粒、R质粒、质粒、Col质粒等。质粒等。F质粒的接合质粒的接合DonorRecipientF+F+F-F+F-F+F+F+F+3、转导（、转导（transduction）v由噬菌体介导，将供体菌的由噬菌体介导，将供体菌的DNA片段转入受体片段转入受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。n普遍性转导（genera
22、l transduction）n局限性转导（restricted transduction）普遍性转导普遍性转导v前前噬噬菌菌体体从从溶溶原原菌菌染染色色体体上上脱脱离离，进进行行增增殖殖，在在裂裂解解期期的的后后期期，噬噬菌菌体体的的DNA已已大大量量复复制制，装装配配时时可可能能会会发发生生装装配配错错误误，误误将将细细菌菌的的DNA片片段段装装入入噬噬菌菌体体的的头头部部，成成为为一一个个转转导导噬噬菌菌体体。转转导导噬噬菌菌体体能能以以正正常常方方式式感感染染另另一一宿宿主主菌菌，并并将其头部的染色体注入受体菌内。将其头部的染色体注入受体菌内。v被被包包装装的的DNA可可以以是是供供体
23、体菌菌染染色色体体上上的的任任何何部部分。分。供体菌供体菌受体菌受体菌转导噬菌体转导噬菌体细菌细菌DNA噬菌体噬菌体DNA完全完全转导转导流产转导流产转导局限性转导局限性转导restrictedtransductionv溶原期时，噬菌体溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定整合在细菌染色体特定部位，噬菌体部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一发生偏差分离，将自身的一段段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只受体菌获得供体菌的某些
24、遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。限于供体菌上个别的基因。v又称特异性转导，又称特异性转导，所转导的只限于供体菌染色所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。体上特定的基因。Specializedtransduction普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导介导的噬菌体介导的噬菌体毒性噬菌体温和噬菌体温和噬菌体转导的遗传物转导的遗传物质质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位结果结果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性4、溶原性转换、溶原性转换（lysogeni
25、cconversion）v温和噬菌体感染宿主菌后，以前噬菌体的形式温和噬菌体感染宿主菌后，以前噬菌体的形式与细菌基因组整合，使宿主菌成为溶原性细菌，与细菌基因组整合，使宿主菌成为溶原性细菌，从而获得由噬菌体基因编码的某些性状。从而获得由噬菌体基因编码的某些性状。e.g.,Diphtheriatoxin(Corynebaterium diphtheriae)转移和重组方式转移和重组方式基因来源基因来源转移方式转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenic conversion噬菌体整合5、原生质体融合、原生质体融合将细菌的细胞壁去除形成原生质体，然后将细菌的细胞壁去除形成原生质体，然后在聚乙二醇在聚乙二醇(PEG)作用下使两个原生质体细胞作用下使两个原生质体细胞发生融合。融合的二倍体细胞可以短期生存，发生融合。融合的二倍体细胞可以短期生存，在此期间，染色体可以发生基因的交换和重组，在此期间，染色体可以发生基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体。获得多种不同表型的重组融合体。第第四四节节细菌遗传变异在医学上的实际意义细菌遗传变异在医学上的实际意义v影响细菌学诊断影响细菌学诊断v耐药性变异使治疗困难耐药性变异使治疗困难v毒力变异用于制备减毒活疫苗毒力变异用于制备减毒活疫苗