第四章细菌的的遗传变异
【学习提示】
●掌握细菌的遗传变异、质粒、噬菌体、溶原性噬菌体、基因突变、转化、接合、转导和溶原性转换等基本概念；掌握细菌的变异性在疾病诊断、预防、治疗中的应用。
●熟悉质粒的一般特点、分类；噬菌体的生物学特性、噬菌体与宿主菌的相互关系；细菌耐药性变异发生机制及防治措施。
●了解转位因子的概念、种类及生物学作用；基因突变的一般规律；基因转移与重组的基本理论与实际运用。
本章为微生物学部分的重点与难点章节之一。总结本章的知识结构和临床工作的实际需要，学习前，学生应复习《生物学》、《生物化学》、《细菌学》等课程中的有关概念；学习中应紧扣教学大纲的要求，注意运用比较、归纳、理论联系实际等学习方法，以达成学习目标。
【学习纲要】
一、细菌的遗传变异
细菌变异根据发生机制可分为遗传性变异与非遗传性变异两种。前者是由于细菌的基因结构发生了改变，变异的新性状可稳定地遗传给后代。后者是由于环境条件影响下引起的变异，细菌的基因结构并未改变，变异是可逆的。
二、细菌的变异现象
1.形态与结构变异包括（1）细菌的L型变异，许多细菌在β-内酰胺类抗生素、抗体、补体和溶菌酶等因素的影响下，细胞壁肽聚糖受损或合成受阻，成为细胞壁缺陷菌，即L型细菌。（2）荚膜变异，有荚膜的细菌变异后失去荚膜，毒力也减弱。（3）芽胞变异，能形成芽胞的细菌，在体外培养时可失去产生芽胞的能力。其毒力也随之减弱，这种变异是不可逆的。（4）鞭毛变异，失去鞭毛的变异称为H-O变异。
2.菌落变异菌落有两种类型，即光滑型和粗糙型。菌落由光滑型变为粗糙型时，此时细菌的理化性状、生化反应、抗原性、毒力等往往发生较广泛的改变。
3.毒力变异包括毒力减弱，如卡介苗。毒力增强，如白喉毒素的产生。
4.耐药性变异由药物敏感型变为耐药型。
三、细菌遗传变异的物质基础
细菌遗传性变异的实质是细菌的基因组发生了改变。细菌的基因组是指细菌的染色体和染色体外遗传物质所携带基因的总称。
1.细菌的染色体存在于核质中的细菌染色体为双股环状DNA分子，缺乏组蛋白。细菌染色体含有众多的基因，决定细菌的生命活动，也控制细菌的遗传与变异。
2.细菌染色体外遗传物质指细菌的质粒、噬菌体和转位因子等。
质粒是细菌染色体外遗传物质，是环状闭合的双链DNA分子。质粒不同于细菌染色体，其主要特性是：携带基因数目少，能自我复制，可自行丢失与消除，具有转移性、相容性与不相容性，并非细菌生命活动所必需。比较重要的质粒有F质粒、R质粒、毒力质粒、细菌素质粒和代谢质粒等。
噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体具有病毒的一些特性。根据与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两种类型：一种是能在宿主菌内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体。另一种是噬菌体基因与宿主菌染色体整合，噬菌体DNA随细菌DNA复制而复制，并随细菌分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体。整合在细菌染色体上的噬菌体DNA称为前噬菌体。带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。
转位因子是一类可以在细菌基因组中从一个位置转移到另一个位置上独特的DNA片段。主要有插入序列、转座子和Mu噬菌体。转位因子通过位移改变遗传物质的核苷酸序列，或影响插入点附近基因表达，或转位因子本身携带一定的基因序列而引起细菌变异。
四、细菌变异的机制
1.突变突变是由于遗传物质结构突然改变而引起的遗传性变异。包括基因突变和染色体畸变两类。基因突变可自发发生也可诱导产生。自然突变率10-6~-9，而诱变率达10-4~-6左右。突变是随机的，不定向的，且多为单基因突变，从混合菌中选择突变株应提供有利于突变株生长的条件。
2.基因转移与重组指外源性遗传物质转入受体菌并与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。细菌的基因转移与重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换等方式进行（表4-1）。
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。
接合是供体菌通过性菌毛与受体菌相互沟通，将供体菌的遗传物质（主要是质粒DNA）转移给受体菌。
转导是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移至受体菌内，使受体菌获得新的性状。
溶原性转换是指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。
五、意义
了解细菌的变异现象及其机制，在疾病诊断、治疗和预防、致癌物质筛选、流行病学调查与基因工程等方面都具有十分重要的意义。
【本章习题】
一、名词解释
1.噬菌体2.溶原性细菌3.BCG 4.耐药性变异
5.转化6.接合7.转导8.溶原性转换
二、填空题
1.细菌的遗传性变异主要是通过（）和（）两种途径实现的。
2.细菌的变异包括形态结构、菌落、（）及（）等方面的变异。
3.噬菌体是感染细菌、真菌等（）的（）。
4.根据耐药性质粒是否具备自身转移能力可将其分为（）和（）。
5.细菌基因转移与重组的方式包括（）、（）、（）和（）。
6.卡介苗是用人工诱导的方法使（）失去毒力制成的生物制品，可用于预防（）。
7.介导细菌间遗传物质转移的噬菌体是（）或称（）。
8.细菌基因组是指细菌的（）和（）所携带基因的总称。
9.噬菌体参与的基因转移与重组方式有（）和（）。
三、单项选择题
1.关于耐药性突变的特点，下列哪一项是错误的
A.耐药性突变率低
B.耐药性突变具有相对稳定性
C.耐药性突变是随机发生的
D.耐药性突变可以自然发生，亦可诱导发生
E.耐药性突变是接触药物后发生的
2.以噬菌体为媒介，把供体菌的基因转移到受体菌内，导致受体菌基因型改变的过程称
A.转化B.转导C.溶原性转换
D.接合E.基因突变
3.受体菌直接摄取供体菌游离的DNA而获得新性状的过程称为
A.转化B.转导C.接合
D.溶原性转换E.原生质融合
4.溶原性转换能使宿主菌发生
A.自溶作用B.溶血作用C．被噬菌体裂解
D.噬菌体释放E.毒力与抗原性变异
5.能够发生接合的细菌具有
A.耐药性决定因子B.Col质粒
C.F质粒或类似F质粒的传递装置
D.噬菌体E.鞭毛
6.白喉棒状杆菌外毒素是由下列哪一种成分作为基因编码产生的
A.可传递性产毒素质粒B.非传递性产毒素质粒
C.染色体D.转座子E.β-棒状杆菌噬菌体
7.染色体上整合有F因子的细菌称为
A.F+菌B.F-菌C.Hfr菌
D.F'菌E.溶原性细菌
8.R质粒中决定接合的基因存在于
A.r决定因子B.转座子C.插入序列
D.F因子E.耐药性传递因子
9.基因转移与重组过程中，转导与溶原性转换共同具有的特点是
A.供体菌与受体菌直接接触B.不需要受体菌
C.不需要供体菌D.需要质粒E.需要噬菌体
四、简答题
1.常见的细菌变异现象有哪些？有何实际意义？
2.细菌耐药性产生的原因及防止细菌耐药性产生的措施。
【参考答案】
一、名词解释
1.噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。
2.带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。
3.BCG即卡介苗。卡介二氏曾把有毒力的牛型结核分枝杆菌在含有胆汁的马铃薯培养基上培养，经过13年230代获得了保留免疫原性的减毒株，即卡介苗，用于人工接种以预防结核病。
4.耐药性变异是指原来对某种抗菌药物敏感的细菌发生变异后，成为对该种药物具有耐受性的菌株，这种变异现象称为耐药性变异。
5.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。
6.接合是供体菌通过性菌毛与受体菌相互沟通，将供体菌的遗传物质（主要是质粒DNA）转移给受体菌。
7.转导是指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。
8.溶原性转换是指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。
二、填空题
1.基因突变基因转移与重组
2.毒力耐药性
3.微生物病毒
4.接合性R质粒非接合性R质粒
5.转化接合转导溶原性转换
6.牛型结核分枝杆菌结核病
7.溶原性噬菌体温和噬菌体
8.染色体染色体外遗传物质
9.转导溶原性转换
三、选择题
1.E 2.B 3.A 4.E 5.C 6.E 7.C 8.E 9.E
四、简答题
1.（1）细菌形态结构变异、生化反应、抗原性和毒力变异的医学意义：细菌的生物学性状不典型，常给细菌鉴定及临床诊断带来困难。例如，细菌失去细胞壁形成的L型细菌，用常规方法分离培养呈阴性，容易引起误诊或漏诊。
（2）细菌毒力变异及医学意义：细菌的毒力变异可表现为毒力减弱或增强，医学上常用人工诱变的方法使强毒株变为弱毒株来制备减毒活疫苗，从而预防某些传染病。卡介苗就是其中一例，用于预防结核病。
（3）细菌耐药性变异的医学意义：耐药性是指对原来敏感的药物产生了耐受性或抗性，变得不敏感或较少敏感性。这种菌株被称为耐药性菌株。细菌的耐药性变异给临床细菌性感染的治疗带来了极大的困难。
2.细菌耐药性产生的原因主要有二：①药物敏感基因的自发突变和药物的选择作用如链霉素耐药菌株因为对链霉素敏感的基因突变成为耐药基因，细菌核糖体30S亚基上靶位改变,使链霉素不能与之结合而发生耐药。临床上因为滥用药物或用药不足，大多数敏感菌被杀死，少数耐药性自发突变菌株被选择出来，并大量繁殖。②耐药基因的转移与重组接合性R质粒的耐药基因可通过接合，非接合性R质粒及其他耐药基因可经转化、转导等方式转移至敏感菌，使敏感菌株变异为耐药菌株。
为了防止细菌耐药性的产生，应在治疗前做药物敏感试验，以选择敏感的抗菌药物；要合理用药，防止滥用药物；对需长期用药的慢性感染、严重感染或混合感染，宜联合用药，以防止和减少耐药菌株的出现。另外，防止交叉感染，以避免耐药菌的传播。