下载文档原格式
![细菌的感染和致病机理[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s1/m/af2ee9a68e9951e79a89272b.png)
细菌的变异特点细菌作为微生物世界中的重要成员，其生物学特性及进化机制一直是科学研究的重点之一。
细菌的变异是其适应环境、克服挑战的关键因素，了解这些变异特点对于医学、农业以及生物技术等领域具有重要意义。
本文将系统探讨细菌变异的主要特点，包括变异的机制、类型及其对细菌生存和进化的影响。
一、细菌变异的机制基因突变基因突变是细菌变异最基本的机制之一。
细菌基因组中DNA的任何变化都可以引起突变。
这些变化可以是单个核苷酸的替换、插入或缺失，亦或是较大范围的结构变异。
例如，点突变常常由DNA复制过程中发生的错误引起，这种突变可能导致氨基酸序列的改变，进而影响蛋白质功能。
基因重排基因重排涉及到细菌基因组中大规模的结构变化。
这种变化包括基因的转移、倒位、重复等现象。
重排可以通过染色体上的交叉、断裂以及重组等过程实现。
这些变异可以影响多个基因的功能，甚至导致新基因的产生或原有基因的丧失。
转座子插入转座子是能够在基因组中移动的DNA序列，它们的插入可以导致基因组的变异。
转座子插入通常会引起基因功能的丧失或改变，这种现象对细菌的基因组稳定性和适应能力产生重要影响。
水平基因转移细菌之间可以通过多种方式进行基因的水平转移，包括转化、接合和转导。
转化是指细菌直接吸收环境中的游离DNA，接合是通过细菌之间的直接接触传递DNA，而转导则是通过噬菌体介导的基因转移。
这些过程使细菌能够迅速获得新的遗传特性，从而增强其适应能力。
二、细菌变异的类型点突变点突变是指在DNA序列中单个核苷酸的改变。
这种变异可能会导致氨基酸的变化，从而影响蛋白质的功能。
点突变包括错义突变（氨基酸的改变）、无义突变（产生终止密码子）和沉默突变（氨基酸序列不变）等类型。
插入和缺失突变插入和缺失突变涉及到基因组中较长的DNA片段的增加或减少。
这类变异可以导致框移突变，即引起阅读框的改变，进而影响蛋白质的整体结构和功能。
插入和缺失突变通常由DNA复制过程中的错误引起，也可以是由外源因素导致的。
细菌遗传变异的机制细菌是一类微小的单细胞生物，它们在自然界中无处不在，并且具有惊人的生存能力和繁殖能力。
然而，由于它们的复制方式以及基因组的特点，细菌具有较高的遗传变异率。
细菌的遗传变异是细菌种群适应环境变化、抵抗抗生素等逆境的重要途径。
本文将以细菌遗传变异的机制为题，介绍细菌遗传变异的原因、方式以及对细菌种群和人类的影响。
细菌遗传变异的原因可以归结为两个主要因素：突变和基因重组。
细菌的突变是由于DNA复制过程中的错误导致的基因序列的改变。
细菌的DNA复制速度非常快，大约每20分钟就能进行一次复制，因此复制错误的概率相对较高。
此外，外界环境的影响，如辐射、化学物质等也会导致细菌的DNA发生突变。
另一方面，细菌还具有基因重组的能力。
细菌可以通过水平基因转移、转座子、嵌合体等方式将外源性DNA或自身DNA插入到细菌基因组中，从而导致基因组的改变。
细菌遗传变异的方式多种多样，其中最常见的是点突变。
点突变是指细菌基因组中单个碱基的改变，包括碱基替换、插入和缺失等。
点突变可能导致细菌基因的功能改变，从而影响细菌的生存能力和繁殖能力。
此外，细菌还可以通过基因重组产生遗传变异。
水平基因转移是一种常见的基因重组方式，它允许细菌从其他细菌或环境中获得外源性DNA，从而引入新的基因进入细菌基因组。
此外，转座子和嵌合体等DNA序列也可以在细菌基因组中发生移动和重组，导致细菌遗传物质的改变。
细菌遗传变异对细菌种群和人类都具有重要的影响。
对于细菌种群而言，遗传变异是适应环境变化和抵抗抗生素的重要途径。
在环境变化或抗生素压力下，细菌通过遗传变异来产生新的基因型，从而获得适应新环境的能力。
这种遗传变异的速度非常快，使得细菌能够在短时间内适应新环境，从而提高生存竞争力。
然而，细菌的遗传变异也带来了一些负面影响。
例如，细菌的遗传变异可能导致耐药基因的出现，从而使得细菌对抗生素的抵抗力增强，给人类的抗感染治疗带来挑战。
对于人类而言，细菌的遗传变异也具有重要的影响。
第4章细菌的变异第一节细菌遗传与变异的概念(concept of bacterial heredity and mutation)一,细菌的遗传性(bacterial heredity)。
二,细菌的变异性(bacterial mutation)。
第二节细菌的遗传物质一、细菌染色体（一）大小与形状双链、环状，109 Dal, 2.64χ109400kb(kilobase),1.36mm，400个基因。
（二）染色体的复制origin 复制起点replicating fork 复制叉replicon 复制子二、质粒 plasmid(一)质粒的大小和形状(二)质粒的复制少数杂合质粒超过一个replicon(三)质粒的共同特性1．具有自我复制能力2．决定生物学效应3．转移特性4．相容性( compatibility)5．自行丢失与消除( curing)细菌接合型非接合型质粒的区别接合型非接合型 conjugative nonconjugative 大小大，>40kb <7.5kb拷贝数少，1-几个/每个染色体多,>10个/每个染色体复制特性紧密型松驰型传递后代一分为二随机分配(四)质粒控制的性状1．抗生素抗性 R 因子2．毒素3.adherence or colonization 所需的表面结构4.细菌素 Col5.其它cryptic plasmid第三节细菌的变异现象一、细菌形态结构及菌落性状的变异（一）菌形及结构的变异细菌的L-型变异。
原生质体(protoplast): 革兰阳性菌，胞壁完全缺损。
球形体(spheroplast)：革兰阴性菌，胞壁部分缺损。
(二),菌落性状的变异光滑型（S型),粗糙型(R 型),二.细菌的毒力变异强毒株：virulent strain弱毒株：attenuated strain无毒株：avirulent strain三,细菌的耐药性变异四,细菌的抗原变异五,细菌的酶活性变异第四节细菌变异的机理一、细菌变异类型：遗传型变异Genotypic variation:表现型变异Phenotypic variation:（一）致死突变型（二）条件突变型（三）抗性突变型（四）营养缺陷型二,基因突变机制突变(mutation)变异株(variant)（一）自发突变(spontaneous mutation)自发突变率10-9--10-6（二）诱发突变:(induced mutation )比自发突变要增高10～10000倍1．碱基置换 (substitution)转换 (transition)颠换 (transversion)2．移码突变(三)突变与选择Darwinian evolution三,基因的重组与转移基因重组(gene recombination)：基因转移转化(Transformation)受体菌直接摄取外源DNA,实现基因转移转导(transduction)通过噬菌体实现基因转移溶源性转换(lysogenic conversion)溶源噬菌体基因组转移给受体菌染色体接合(conjugation) 通过细菌间桥（性菌毛）实现基因转移(一)转化(Transformation)1928年，Griffith 转化实验1944年，Avery 证实转化因子为DNA(二) 转导(transduction)噬菌体的一些特性：基因组：双链DNA，单链DNA，RNA生活期： Eclipse, Latent period , Rise period分类： VirulentTemperate lytic growthLysogeny prophage 染色体整合λ噬菌体质粒样 P1噬菌体1.普遍性转导 generlized transduction流产转导 abotive transduction2.局限性转导 specilized transduction(三) 溶源性转换(lysogenic conversion)温和噬菌体含有一些基因对噬菌体的生活过程无影响，但赋予细菌一些功能，这些基因的表达称溶源性转换(lysogenic conversion)。
细菌由溶源性转换产生的外毒素及性状改变Diphtheria toxin by Corynebacterium diphtheriaErythrogenic toxin by Streptococcus pyogenesBotulinum toxin by Clostridium botulinumShiga-like toxin by E coliSalmonella O 抗原(四) 接合(conjugation)致育因子(fertility factor)简称为F factor或性因子(sex factor)F+菌Hfr菌F’质粒R’质粒（五）转座子（transposons）转座子: DNA片段，可以从DNA的一个位点转移到相同或不同DNA分子的其他靶位点。
转座（transposition）。
1．N onreplicative transposition2．R eplicative transposition转座与同源的重组的区别：转座涉及靶序列的复制，单个转座子有不同的靶序列。
R质粒中转座子的情况：1．一个转座子中含多个抗性基因2．多个抗性转座子分散在不同位置3．Composite transposon:由一个转座子插入另一个转座子形成。
第三节细菌变异的实际意义一,在检验诊断工作上应用二,在预防传染病上的应用三,在治疗中的应用四,在遗传工程中的应用第四章细菌的致病原理第一节概述致病性(pathogenicity)毒力(virulence)：由产毒素性及侵袭性构成。
病原菌(pathogen)：指能引起宿主疾病的细菌。
非致病菌：不能引起宿主疾病的细菌。
条件致病菌：第二节细菌致病机理1、侵袭性（invasiveness）:指细菌侵范组织的能力。
① Clonization:黏附和起始增殖。
②逃避和克服宿主防御机制的能力。
③产生细胞外物质（invasins）帮助侵袭。
2、产毒性 (Toxigenesis)①内毒素：LPS②外毒素一、侵袭性（invasiveness）(一） Clonization:（二）帮助侵袭细胞外物质（invasins）。
1．扩散因子 spreading factors透明质酸酶 Hyaluronidase胶原酶 Collagenase神经氨酸酶 Neuraminidase链激酶和链道酶 Streptokinase and Staphylokinase2.引起溶血和白细胞溶解的酶PhospholipasesLecithinaseHemolysins3.金葡菌胶原酶 Staphylococcal coagulase4.细胞外消化酶 Extracellular Digestive Enzymesproteases, lipases, glycohydrolases, nucleases5.与侵袭有关的短距离作用的毒素anthrax toxin (EF)pertussis toxin(三)逃避宿主防御1．细菌逃避和克服宿主吞噬作用①避免与吞噬细胞接触。
②抑制吞噬细胞吞噬③在吞噬细胞内生存④杀死或损伤吞噬细胞吞噬前杀死吞噬细胞吞噬后杀死吞噬细胞2．细菌逃避和克服宿主免疫防卫①产生对细菌抗原的免疫耐受分子模拟抗原伪装免疫抑制②在免疫力达不到的地方存在③诱导无效抗体④分泌可溶性细菌抗体⑤抗原变异二产毒性 (Toxigenesis)二种毒素内毒素 endotoxin LPS外毒素 exotoxin（一）外毒素 exotoxin1．外毒素的性质和特点类毒素（toxoids）：Ehrlich最早发现。
抗毒素A+B 亚单位的排列：A酶活性部分，B结合、转运功能。
毒素的结合与进入： 1， B结合形成小孔，A进入。
2， B结合受体，内吞进入。
大部分外毒素为质粒或溶源性噬菌体编码产物由溶源性转换产生的外毒素：Diphtheria toxin by Corynebacterium diphtheriaErythrogenic toxin by Streptococcus pyogenesBotulinum toxin by Clostridium botulinumShiga-like toxin by E coliSalmonella O 抗原2．外毒素的作用机理表3：细菌外毒素的来源和活性毒素名称产毒细菌活性炭疽毒素（EF）炭疽杆菌水肿因子（EF）是一种腺苷酸环化酶，导致吞噬细胞cAMP水平升高并使细胞膜形成离子通透小孔（溶血）腺苷酸环化酶毒素百日咳杆菌引起局部吞噬细胞cAMP水平升高并使细胞膜形成离子通透小孔（溶血）霍乱肠毒素霍乱弧菌G蛋白ADP核糖基化作用，刺激CAMP生成，使肠道细胞内CAMP增高，导致水、电解质分泌大肠杆菌肠毒素大肠杆菌作用类似霍乱肠毒素志贺菌毒素痢疾志贺氏菌酶活性剪切rRNA，导致易感细胞内蛋白质合成减低内毒杆菌毒素内毒杆菌为一种依赖Zn2+的蛋白酶，抑制神经肌肉突触信号传导，导致松弛麻痹破伤风毒素破伤风杆菌为一种依赖Zn2+的蛋白酶，抑制抑制性突触信号传导，导致痉挛麻痹白喉毒素白喉杆菌延长因子-2（EF-2）ADP核糖化作用，抑制靶细胞蛋白合成百日咳毒素百日咳杆菌G蛋白ADP核糖化作用，阻断易感细胞内腺苷酸环化酶的抑制作用葡萄球菌肠毒素*TSST-1 金葡菌广泛激活免疫系统，包括淋巴细胞和巨噬细胞，可引起呕吐毒性休克综合征毒素金葡菌作用于血管系统，导致炎症、发热和休克红疹毒素（猩红热毒素）链球菌引起局部红疹反应*致热外毒素（pyogenic exotoxins）已被认为是超抗原，它们代表了一族能广泛激活免疫系统的物质，它们通过与APCs（抗原递呈）细胞上的MHCⅡ和T细胞受体特异性beta链作用刺激T细胞增殖，这一作用的显著特点是产生了一些重要的淋巴因子，如：IL-1，TNF 等，这些淋巴因子在内毒素引起的致病过程起主要的作用。
(二),内毒素1．内毒素的存在部位2．内毒素的化学结构类脂体A, 核心多糖，O型特异性链①O型特异性链： 3-6个糖残基重复而成， 0-70个重复。
变异最大的抗原成分②核心多糖：7-11个糖残基，特征性成分：KDO 2—酮-3—脱氧-D-甘露辛酮糖酸及L-甘油型庚糖抗原性较为保守，不同类型微生物的具有交叉反应性。
③类脂体A：2个D-GlcN β1’,6-糖苷键相连，构成骨架。
内毒素细菌内、外毒素的比较━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━要点内毒素外毒素━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━来源革兰氏阴性细菌革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌存在部位胞壁成分胞浆内综合,从细菌释放出或细菌溶溃后释出化学性质脂多糖蛋白质稳定性 160度2-4小时才破坏 60-80度,30分钟破坏毒性较弱,多样性毒性较强,特异性低强，单一性毒性,对特殊组织有选择性毒性抗原性能使机体产生保护性抗体使机体产生抗毒素形成类毒素不能可形成类毒素致热原性能偶尔酶活性无有检测方法鲎试验及热原试验皮内试验,中和试验及动物试验检测方法鲎试验及热原试验皮内试验,中和试验及动物试验━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━3．毒素有多种多样的生物活性作用,1,发热反应2,白细胞反应3,糖代谢紊乱4,斯氏现象(Shwartzman phenomenon)5,弥漫性血管内凝血(DIC,disseminated intravascular coagulation)6,内毒素休克7,能增加机体的非特异性抵抗力8．抗肿瘤作用：参与发热反应的细胞因子：TNF, IL-1, IL-6参与内毒素休克及致死的因子：TNF,IL-1,IFN-γ参与Shwartzman反应的因子：TNF,IL-1,IFN-γ参与抗肿瘤的因子：TNF,IL-2,IL-6,IFN-α, IFN-γ,CSF参与增强机体抵抗力的因子：TNF,IL-2,IL-6,IFN-γ,CSF鲎试验可用来检测内毒素。
