细菌的变异现象

  • 形态与结构的变异
    • 细菌L型变异（不属于基因变异）
    • 荚膜变异
    • 鞭毛变异：H抗原存在于鞭毛蛋白，不耐热，60摄氏度30min即被破坏，失去鞭毛后细菌运动能力消失，同时O抗原外露，又称为H-O变异
    • 芽孢变异：42摄氏度10d-20d培养，丧失形成芽孢的能力
  • 抗原性变异
  • 菌落变异：S-R型变异，其毒力，生化反应与抗原性等也常常发生改变
  • 毒力变异：如白喉棒状杆菌的白喉毒素的获得、卡介苗的研制成功

  • 耐药性变异

    细菌遗传变异的物质基础

  • 相关的遗传物质

    • 染色体
    • 质粒
    • 噬菌体
    • 转位因子
  • 转位因子：一段DNA片段，它能够自己改变自身位置

  • 相关概念

    • 野生型株：某种菌株在自然环境下大多数所具有的表现型菌株称为野生型株（wild type strain）。
    • 突变后的菌株称为突变型株（mutant）。
    • 回复突变：野生型株发生突变称为正向突变，若经再次突变又恢复到原来的性状，称为回复突变

      质粒(plasmid)

  • 为闭合环状双链DNA，存在于细胞质中的带有遗传信息、控制细菌的某些特定遗传性状、能够自我复制的染色体以外的遗传物质，特点为：

  • 具有自我复制的能力，具有存在多copy，与replication of chromosome同步的称为紧密型，不相关者称为松弛型
  • 编码某些特定的遗传性状：如sex pilus(Fertility plasmid)、细菌素、毒素和附药性等
  • 可自行丢失与消除；不是细菌生长所必需
  • 转移性：可通过转化、接合和传导等作用进行细菌间转移

  • 质粒的相容性和不相容性：几种不同的plasmid同时存在于一个细菌内或为相容性compatibility

    噬菌体

  • 是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，具有病毒的基本特性，可赋予宿主菌新的生物学性状，特点为

  • 个体微小、可通过细菌过滤器
  • 无细胞结构
  • 专性细胞内寄生，具有严格的宿主特异性
  • 分部广泛
  • 裂解细菌，细菌死亡；不裂解细菌，细菌变异

  • 根据噬菌体是否将宿主菌裂解，将噬菌体分为两类

    • 毒性噬菌体：能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体
      • 毒性噬菌体会在装配阶段出现错误装配参与变异，为溶菌性周期
    • 温和噬菌体或溶原性噬菌体
      • 噬菌体基因组整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体DNA随细菌基因组的复制而复制，并髓细菌的分裂而分配至子代细菌的基因组中
      • 溶原性转化，一些前噬菌体引起宿主菌基因重排，该周期为溶原性周期
      • 在诱导因素下，温和噬菌体进入到类似于毒性噬菌体的生长方式下，为溶菌性周期
      • 温和噬菌体也可参与变异中，即在溶菌性周期错误装配

        转位因子

        (转座元件 transposable element，也称跳跃基因 jumping genes)

  • 定义：是存在细菌染色体，质粒DNA和噬菌体中的一段可以改变自身位置的特异性核苷酸序列。是一类不依赖于同源重组即可在细菌或其他生物的基因组中改变自身位置的独特DNA序列，插入位点无需存在同源的核苷酸序列，是一种与同源重组不同的重组类型

  • 功能：参与细菌变异
    • 通过位移改变遗传物质的核苷酸序列
    • 影响插入点附近基因的表达
    • 本身携带一定基因序列
  • 转位因子/转座元件的转移类型
    • 保留性转位
    • 复制性转位

  • 转位因子的分类：插入序列、转座子、整合子

    • 整合子：是一种可以通过位点特异性重组捕获外源性基因合并并表达外源性基因盒的特殊的可移动的基因元件

      细菌变异的机制

  • 三种：基因突变、细菌DNA损伤后修复、基因的转移和修复

  • 突变的定义：是遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致的变异可以传于后代
    • 具体形式包括：单个碱基置换后引起的点突变，单个碱基或较长碱基序列的缺或插入引起的，等
  • 基因转移或基因交换：外源性的遗传物质（供体菌染色体DNA片段，可转移的质粒DNA及噬菌体基因）由供体菌转入某受体菌细胞内的过程
  • 基因重组：被转移的基因与受体DNA整合在一起称为重组

  • 根据DNA片段的来源和交换方式不同，将转移和重组的方式分为：转化、接合、传导、溶原性转换合原生质融合等 | 方式 | 基因来源 | 转移方式 | | :—-: | :—-: | :—-: | | 转化 | 供体菌 | 受体菌直接摄入 | | 接合 | 供体菌 | 通过性菌毛介导 | | 转导 | 供体菌 | 噬菌体媒介 | | 溶原性转换 | 噬菌体 | 前噬菌体整合到受体菌DNA |

  • 转化：是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的遗传性状

  • 接合：是供体菌合受体菌细菌通过性菌毛互相连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移到受体菌
  • 转导：是以噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移到受体菌中去，使受体菌获得新的遗传性状
    • 普遍性转导：以毒性噬菌体和温和噬菌体为载体，发生在裂解期，转移的DNA为供菌染色体上的任何部位，在普遍性转导对基因的整合状态，未整合称为流产传导（可以丢失），整合的称为完全转导（通常不会丢失）
    • 局限性转导：以温和性噬菌体为载体发生在溶原期，供菌染色体上特定的基因
  • 溶原性转换和原生质体的融合
    • 溶原性转换是侵入细菌的噬菌体在溶原期可以前噬菌体形式在细菌内与细菌的染色体发生重组，导致细菌的基因型发生改变。溶原性细菌可因此而获得新的性状。（如白喉毒素、致热外毒素、肉毒毒素和α毒素）
    • 原生质体融合是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素处理失去细胞壁而变为原生质体后进行融合（聚乙二醇可促使二种原生质体间的融合），在此期间染色体可发生重组。