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醫學微生物學筆記-細菌的遺傳與變異

2021-04-29 13:16:11 醫學資料庫


遺傳(heredity)

使微生物的性狀保持相對穩定,子代與親代生物學的性狀基本相同,且代代相傳。

變異(variation)

在一定條件下,子代與親代之間以及子代與子代之間的生物學性狀出現的差異,有利于物種的進化。

基因型(genotype)

細菌的遺傳物質。

表型(phenotype)

基因表現出的各種性狀。

遺傳性變異

是細菌的基因結構發生了改變,故又稱基因型變異。常發生于個別的細菌,不受環境因素的影響,變異發生后是不可逆的,產生的新性狀可穩定地遺傳給后代。

非遺傳性變異

細菌在一定的環境條件影響下產生的變異,其基因結構未改變,稱為表型變異。易受到環境因素的影響,凡在此環境因素作用下的所有細菌都出現變異,而且當環境中的影響因素去除后,變異的性狀又可復原,表型變異不能遺傳。

?第一節 細菌的遺傳物質

DNA的結構與功能:

結構——兩條互相平行而方向相反的多核苷酸鏈

功能——儲存、復制和傳遞遺傳信息

復制——半保留復制

特點——復制中易發生錯誤—基因突變

蛋白合成——分子生物學中心法則(DNA-RNA-蛋白質)

?基因與基因的轉錄

結構基因——編碼結構蛋白質基因結構

非結構基因——編碼功能蛋白質基因轉錄

?遺傳信息的翻譯

?第二節??細菌的遺傳與變異

一、染色體(chromosome)

①一條環狀雙螺旋DNA長鏈,按一定構型反復回旋形成松散的網狀結構;

②缺乏組蛋白,無核膜包裹;

③約含有5000個基因;

?二、質粒

是細菌染色體以外的遺傳物質,是閉合環狀的雙鏈DNA。

1、質粒的特征:

①質粒具有自我復制的能力。

②質粒DNA所編碼的基因產物賦予細菌某些性狀特征。

③質??勺孕衼G失與消除。

④質粒的轉移性。

⑤質??煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。

?2、質粒的分類

(1)根據質粒能否通過細菌的接合作用進行傳遞

①接合性質粒

②非接合性質粒

?2)根據質粒在細菌內拷貝數多少

①嚴緊型質粒

②松弛型質粒

?3)根據相容性

①相容性——幾種質粒同時共存于同一菌體內

②不相容性——不能同時共存

?4)根據所編碼的生物學性狀

質?;蚩删幋a多種重要的生物學性狀:

致育質粒(fertility plasmid、F質粒)編碼性菌毛,介導細菌之間的接合傳遞;

■耐藥性質粒(resistance plasmid、R質粒)編碼細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。分兩類,一是接合性耐藥質粒(R質粒),另一是非接合耐藥性質粒(r質粒);

■毒力質粒(Vi質粒)?編碼與該菌致病性有關的毒力因子;

■細菌素質粒:編碼細菌產生細菌素;

■代謝質粒:編碼產生相關的代謝酶。

三、轉位因子

轉位因子(transposable element):是一類在細菌染色體、質?;蚴删w之間可自行移動的一段特異的具有轉位特性的核苷酸序列片段,又稱移動基因。

●轉座子有二類:

①插入序列(insertionsequence,IS):最小,不超過2kb,只攜帶與轉座功能有關的基因。

②轉座子(transposon,Tn):長度一般超過2kb,除攜帶與轉位有關的基因外還攜帶其他基因(如耐藥性、毒素基因等)。

?四、整合子

定位:細菌染色體、質?;蜣D座子上。

基本結構:兩端為保守末端(attI,59-be),中間為可變區(orf 1),含一個或多個基因盒。

功能元件:重組位點(attI,59-be);整合酶基因(intI);啟動子(Pc)。

功能:通過轉座子或接合性質粒,使多種耐藥基因在細菌中進行水平傳播。

?第三節 基因的轉移與重組

基因轉移(gene transfer):外源性的遺傳物質由供體菌進入某受體菌細胞內的過程。?

基因重組(recombination):轉移的基因與受體菌DNA整合在一起,使受體菌獲得供體菌某些特性。?

細菌的基因轉移和重組方式:轉化、轉導、接合、溶原性轉換、原生質體融合。

1、轉化(transformation):

受體菌直接攝取供體菌游離的DNA片段獲得新的遺傳性狀的過程稱為轉化。?

2、接合(conjugation):

是細菌通過性菌毛相互連接溝通,將遺傳物質(主要是質粒DNA)從供體菌轉移給受體菌。能通過結合方式轉移的質粒稱為接合性質粒,不能通過性菌毛在細菌間轉移的質粒為非接合性質粒。?

F質粒的接合

F+ ——即F質粒,編碼性菌毛,稱雄性菌

Hfr——F質粒整合到細菌染色體上,使細菌能高效地轉移染色體上的基因,故稱高頻重組菌

F’——Hfr菌中的F質??蓮娜旧w上脫離下來,并帶染色體上幾個鄰近的基因,故稱F’

三者均有性菌毛,均可發生接合

?R質粒的接合

細菌的耐藥性與耐藥性的基因突變及R質粒的接合轉移等有關。

R質粒有耐藥傳遞因子和耐藥決定因子兩部分組成。耐藥傳遞因子的功能與F質粒相似,可編碼性菌毛的產生和通過接合轉移;R決定子能編碼對抗菌藥物的耐藥性。

?3、轉導(transduction):

是以溫和噬菌體為載體,將供體菌的一段DNA轉移到受體菌內,使受體菌獲得新的性狀。

根據轉導基因片段的范圍,可將轉導分為兩類:普遍性轉導(轉導的DNA可是供菌染色體上的任何部分)、局限性轉導(轉導的DNA只限供菌染色體上的特定基因)。

?4、溶原性轉換(lysogenic conversion)

溶原性細菌因染色體上整合有前噬菌體而獲得新的遺傳性狀稱為溶原性轉換。

?5、原生質體融合(protoplast fusion):

G+菌形成原生質體后,在聚乙二醇(PEG)作用下,可使兩種不同的細菌細胞發生融合的過程。

融合后形成雙倍體細胞,可短期生存,染色體重組,獲得多種不同表型的重組融合體。?

第四節 基因突變

一、基因突變規律:

1、自發突變與誘發突變

①突變可以自然發生為:自發突變,具自發性,隨機性。

●彷徨試驗(fluctuation test,波動試驗):隨機的、非定向的突變是在接觸噬菌體之前就已發生,噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導作用。

②人工誘導產生的突變為誘發突變,可提高突變率。

?2、突變率:是指細菌生長時發生突變的頻率。

?3、突變與選擇

●影印試驗(replica plating):耐藥突變株在接觸藥物之前出現,藥物的作用是選擇耐藥株,淘汰敏感株。

?4、回復突變與抑制突變

●野生型(wild type):未發生突變的菌株。

●突變型(mutanttype):相對于野生型,某一性狀發生改變的菌株。

●回復突變(reversemutation):有時突變株經過又一次突變可恢復為野生型的性狀。

?第五節 細菌遺傳變異在醫學上的實際意義

1、? 影響細菌學診斷

2、? 預防耐藥菌株的擴散

3、? 制備疫苗

4、? 檢測致癌物

5、? 基因工程方面的應用

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