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1、细菌的遗传变异一、概述遗传使微生物的性状保持其种属的稳定性，变异是微生物进化的基础。研究微生物遗传变异对微生物 所致感染性疾病的预防、诊断和治疗有重要意义。二、遗传变异的物质基础（一）微生物遗传物质的组成及结构特点细菌的遗传物质是 DNA具有信息量大、为双螺旋结构等特点。病毒的遗传信息由其核心的DNA RNA携带。细菌遗传的物质基础存在于染色体、质粒和转位因子中。（二）细菌染色体1 .细菌染色体特点为一环状闭合双螺旋长链，反复折叠扭曲形成负超螺旋结构，减少了二级结构右手 螺旋张力，使其结构更趋稳定。细菌的基因结构呈连续性、几乎无内含子，因此，转录后的 DNA需加工剪切即可产生成熟的 mRNA2
2、 .细菌DNA复制和表达大多数细菌的基因组中只有一个起始点，复制时成团的DNAB开成环状，然后按DNA复制半不连续模式进行复制：即3' 一 5'链（先导链）复制的新生链是连续的，而与先导链互补的3 ' 一 3'链（随从链）复制的 DNA不连续的，以5' - 3'方向先合成冈崎片段，再通过DNA连接酶共价连接成完整的一条链。由 DNAS过RNAiiJ多肽链的过程，即基因表达的过程。unwfi untf3 ONA（三）细菌质粒1 .质粒是细菌体内染色体外的环状双股DNA有时也可呈线状或超螺旋状。2 .质粒的基本特性（1）质粒DNAfB自主复制；（2）
3、不相容性；（3）转移性；（4）编码某些特殊功能蛋白质而赋予宿主菌众多的生物学特性。3 .质粒分类按质粒基因编码的生物学性状分为：耐药性质粒（R质粒）。Col质粒（编码肠毒素）。Vi质粒（编码细菌与致病性有关的蛋白质）等。F质粒（编码性菌毛）。4 .耐药性质粒的分类及其特征（1）接合性耐药质粒：可以通过细菌间的接合进行基因传递，由两部分组成，即耐药传递因子（R）和耐药决定因子（r）。前者编码性菌毛，后者决定对药物的耐受性。通过耐药质粒的转移，耐药菌可将耐 药基因转移到敏感菌，使后者成为耐药菌。（2）非接合性耐药质粒：仅有耐药决定因子（ r）。（四）细菌转位因子1 .转位因子为存在于细菌染色体或质
4、粒上的一段特异的核甘酸序列，它可在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组内的位置。2 .转位因子的特点DNA片段的两端有反向或同向的重复顺序，中间部分有编码转座酶的结构基因，使 它们整合到受体 DNA勺某一位上。3 .分类及特点转位因子主要有三类：（1）插入顺序由两末端为反向重复顺序和转座有关的基因组成，不携带其他任何已知和插入功能无关 的基因区域，是最小的转位因子。（2）转座子除携带与转座有关基因外，还带有其它特殊功能的基因，如耐药性基因、肠毒素基因等。（3）转座噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体。三、微生物变异的现象微生物变异现象：形态、结构、菌落、抗原性、毒力、酶活性、耐药性、空斑、
5、宿主范围等的变异。可分为非遗传型变异和遗传型变异。微生物在一定的环境条件下发生的变异，不能稳定地传给子代， 当环境条件改变，可能恢复原来性状，称为非遗传型变异；微生物的基因型发生改变，变异的性状能稳定 地传给子代，并且不可逆转，称为遗传型变异。（一）形态与结构变异细菌在不同的生长时期菌体形态和大小可以不同，生长过程中受外界环境条件的影响也可发生形态变 异。如细菌的L型形态呈现高度多形性且对渗透压敏感，在普通培养基中不能生长。细菌的一些特殊结构， 如荚膜、芽胞、鞭毛等也可发生变异。（二）培养特性变异1.S-R变异光滑型向粗糙型的变异。常伴有抗原、毒力、某些生化特性的改变。2.病毒突变株有些病毒在
6、敏感细胞内连续培养传代过程中产生大小外形不同于野生型的空斑，称为空 斑突变株。(三)毒力变异有毒力减弱和增强两种。卡介苗是一株毒力减弱而保留抗原性的变异株，预防接种对人不致病，却可 使人获得免疫力。(四)耐药性变异是对某种抗菌药物敏感的细菌变成对该药物耐受的变异。四、微生物变异的机制微生物变异分遗传型变异和非遗传型变异。引起遗传型变异的机制包括微生物遗传物质的突变及基因 的转移和重组。(一)突变突变是细菌遗传物质结构发生突然而稳定的改变，这种改变可传于后代。在细菌生长繁殖过程中突变经常发生。不同种类的细菌其突变率差别很大。突变率是由复制的准确度、DN颇伤的发生机会及对损伤69 .DNA啰复程度
7、三方面综合决定。一般细菌每分裂1010次即可发生一次。1 .基因突变的规律(1)自发突变和诱导：自发突变的频率很低。当加入诱导剂(紫外线、X线、烷化剂、亚硝酸盐等)后可使突变率提高 101000倍。(2)随机突变和选择：突变是随机和不定向的。将此菌放在一个有利于突变株而不利于其他菌株生长 的环境中将突变菌筛选出来。(3)突变和回复突变：某种细菌在自然环境下大多数所具有的表型菌株称为野生型菌株，发生突变后 的菌株则称为突变型株。经过再次突变又可成为与野生型相同表型的过程称为回复突变。2 .突变的类型和机制按DN6子碱基对的变化可分为碱基的置换、碱基的插入和缺失，以及转位因子的插入。(1)碱基的置
8、换：一个喋吟碱置换另一个喋吟碱(A+G或一个喀咤碱置换另一个喀咤碱( T+C),称为转换;当以喋吟置换喀咤或反之则称颠换。(2)碱基的插入和缺失：当核甘酸序列上插人或缺失一个碱基。(3)转位因子的插入或缺失：DNAB1上大段核甘酸序列的插入、缺失可导致大的突变。(二)基因物质的转移和重组1 .转化是受体菌直接摄取供体菌提供的游离DNA片段整合重组，使受体菌的性状发生变异的过程。2 .转导是以噬菌体为媒介，将供体菌的基因转移到受体菌内，导致受体菌基因改变的过程。(1)普遍性转导：细菌的 DN*段被错误地包装在噬菌体头部，成为一个转导性噬菌体。由于这种错 误包装是随机的，可将细菌染色体任何部位基因
9、包装于噬菌体头部，因而称普遍性转导。(2)局限性转导：噬菌体 DNA兑离宿主染色体时发生偏差，把自身一段DNA留在染色体上，而将细菌染色体上原整合部位两侧特定的基因带走，称为局限性转导。正常脱离 »断和再3 .接合供体菌通过性菌毛将所带有的F质粒或类似遗传物质转移至受体菌的过程。主要见于革兰阴性菌。带有F质粒的细菌可形成性菌毛，称 F+ （雄菌），无F质粒的细菌无性菌毛，称 F- （雌菌）。电镜下的接合4 .溶原性转换是噬菌体的DNAW细菌染色体重组，使宿主菌遗传结构发生改变而引起的遗传型变异。溶原性细菌因 此而获得新的特性。白喉杆菌溶原性转换示意图溶原性细菌失去了前噬菌体，其获得的
10、性状也随之消失。5 .原生质体融合两种经过处理失去细胞壁的原生质体混和可发生融合，融合后的双倍体细胞可发生细菌染色体间的重 组。（三）病毒基因的相互作用1 .基因重组当两种或两种以上亲缘关系相近的病毒感染同一细胞时，其基因组可相互作用发生基因重 组。当一种有感染性的病毒和另一种灭活病毒同时感染细胞时，形成交叉复活。两种灭活病毒感染同一细 胞，经过基因重组而复活，产生感染性的病毒，此现象称为多重复活。2 .互补作用和表型混合(1)互补作用：是一种病毒为另一种病毒提供本身不能合成但又是必需的基因产物，使其在混合感染 的细胞中得以增殖。(2)表型混合：病毒含一个亲代的基因组和另一个亲代的衣壳；病毒具
11、有两种病毒成分的衣壳。一种病毒核酸编码的蛋白质包在了另外一种病毒的核酸外面，即称为表型混合，而无包膜病毒发生的 表型混合则称核壳转移。属于非遗传性变异。五、遗传变异研究的实际意义(一)在临床疾病诊断和治疗中的意义在临床微生物学工作中，不但要熟悉其典型特性，还要了解细菌发生各种性状变异。避免误诊和漏诊。 在疾病治疗方面，选用治疗药物时应先做抗菌药物的敏感试验，选择敏感药物，防止耐药菌株扩散和提高 药物疗效。(二)在疫苗研究中的意义通过基因的转移与重组或基因的突变获得的病原微生物减毒活疫苗是理想的预防接种制剂。应用DNA生物技术，生产基因工程疫苗或研制DN吸苗。通过DNAt组技术生产胰岛素、干扰素、凝血因子等生物制剂，为疾病的防治作出有价值的贡献。