医学微生物学笔记 - 细菌的遗传与变异
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细菌的遗传与变异
●遗传（heredity）：使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同，且代代相传。
●变异（variation）：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异，有利于物种的进化。
●基因型（genotype）：细菌的遗传物质。
●表型（phenotype）：基因表现出的各种性状。
●遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。
●非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。
第一节 细菌的遗传物质
●DNA的结构与功能：
结构——两条互相平行而方向相反的多核苷酸链
功能——储存、复制和传递遗传信息
复制——半保留复制
特点——复制中易发生错误—基因突变
蛋白合成——分子生物学中心法则（DNA-RNA-蛋白质）
●基因与基因的转录
结构基因——编码结构蛋白质基因结构
非结构基因——编码功能蛋白质基因转录
●遗传信息的翻译
第二节 细菌的遗传与变异
一 、染色体（chromosome）
①一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构；
②缺乏组蛋白，无核膜包裹；
③约含有5000个基因；
二、质粒——是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链DNA。
1、质粒的特征：
①质粒具有自我复制的能力。
②质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。
③质粒可自行丢失与消除。
④质粒的转移性。
⑤质粒可分为相容性与不相容性两种。
2、质粒的分类
（1）根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递
①接合性质粒
②非接合性质粒
（2）根据质粒在细菌内拷贝数多少
①严紧型质粒
②松弛型质粒
（3）根据相容性
①相容性——几种质粒同时共存于同一菌体内
②不相容性——不能同时共存
*可借此对质粒进行分组、分群。
（4）根据所编码的生物学性状
质粒基因可编码多种重要的生物学性状：
致育质粒（fertility plasmid、F质粒）编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；
■耐药性质粒（resistance plasmid、R质粒）编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒）；
■毒力质粒（Vi质粒） 编码与该菌致病性有关的毒力因子；
■细菌素质粒：编码细菌产生细菌素；
■代谢质粒：编码产生相关的代谢酶。
三、转位因子
●转位因子（transposable element）：是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动的一段特异的具有转位特性的核苷酸序列片段，又称移动基因。
●转座子有二类：
①插入序列（insertion sequence，IS）：最小，不超过2kb，只携带与转座功能有关的基因。
②转座子（transposon，Tn）：长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基因等）。
四、整合子
定位：细菌染色体、质粒或转座子上。
基本结构：两端为保守末端（attI，59-be），中间为可变区（orf 1），含一个或多个基因盒。
功能元件：重组位点（attI，59-be）；整合酶基因（intI）；启动子（Pc）。
功能：通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播。
第三节 基因的转移与重组
●基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。
●基因重组（recombination）：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。
●细菌的基因转移和重组方式：转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合。
1、转化（transformation）：受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段获得新的遗传性状的过程称为转化。
2、接合（conjugation）：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒，不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为非接合性质粒。
F质粒的接合
■F+ ——即F质粒，编码性菌毛，称雄性菌
■Hfr——F质粒整合到细菌染色体上，使细菌能高效地转移染色体上的基因，故称高频重组菌
■F’——Hfr菌中的F质粒可从染色体上脱离下来，并带染色体上几个邻近的基因，故称F’
三者均有性菌毛，均可发生接合
R质粒的接合
■细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R质粒的接合转移等有关。
■R质粒有耐药传递因子和耐药决定因子两部分组成。耐药传递因子的功能与F质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；R决定子能编码对抗菌药物的耐药性。
3、转导（transduction）：是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。
■根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。
4、溶原性转换（lysogenic conversion）：溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的遗传性状称为溶原性转换。
5、原生质体融合（protoplast fusion）：G +菌形成原生质体后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使两种不同的细菌细胞发生融合的过程。
■融合后形成双倍体细胞，可短期生存，染色体重组，获得多种不同表型的重组融合体。
人为实验基因转移与重组。
第四节 基因突变
一、基因突变规律：
1、自发突变与诱发突变
①突变可以自然发生为：自发突变，具自发性，随机性。
●彷徨试验（fluctuation test，波动试验）：随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。
②人工诱导产生的突变为诱发突变，可提高突变率。
2、突变率：是指细菌生长时发生突变的频率。
3、突变与选择
●影印试验（replica plating）：耐药突变株在接触药物之前出现，药物的作用是选择耐药株，淘汰敏感株。
4、回复突变与抑制突变
●野生型（wild type）：未发生突变的菌株。
●突变型（mutant type）：相对于野生型，某一性状发生改变的菌株。
●回复突变（reverse mutation）：有时突变株经过又一次突变可恢复为野生型的性状。
第五节 细菌遗传变异在医学上的实际意义
1、 影响细菌学诊断
2、 预防耐药菌株的扩散
3、 制备疫苗
4、 检测致癌物
5、 基因工程方面的应用
