微生物培养基质控与图解——细菌的遗传与变异

第四节  细菌的遗传与变异

 

细菌和其他生物一样，具有遗传性和变异性。细菌的遗传物质包括染色体、质粒、噬菌体和转座因子等，其中染色体双链DNA是细菌遗传的主要物质。质粒是染色体外的DNA可携带遗传信息。噬菌体是寄生于其他微生物的病毒，可在寄主菌中转移，从而引起基因的水平转移。转座因子可位于染色体、质粒或噬菌体上，是转移的遗传物质。

    细菌通过遗传保持种属的相对稳定性，然而也可出现亲代与子代的变异。细菌变异包括遗传变异和非遗传变异。引起遗传变异的机制包括细菌遗传物质的突变、基因的转移和重组。细菌基因转移可以通过接合质粒介导的结合、转座因子介导的转座、噬菌体为媒介的转导以及转化等方式实现。遗传型变异使细菌产生变种与新种，有利于细菌的生存及进化。非遗传型变异在细菌中较普遍，如大肠埃希菌的诱导酶、沙门菌鞭毛的变异等。细菌发生遗传型变异是由于其基因结构发生变化，因此变异可稳定遗传给后代；而非遗传型变异的发生则是受到环境因素的影响，基因结构没有发生改变，因此变异可稳定遗传给子代。细菌变异可表现为形态、结构、菌落、抗原性、毒力、酶活性和宿主范围等变异。

    1．形态和结构变异

    细菌在生长过程中可因为环境因素改变发生结构变异。如鼠疫耶尔森菌在陈旧培养基上或含高盐培养基中从小杆菌变为球形、丝状哑铃状等多形改变。又如许多细菌在青霉素、补体和溶菌酶存在时，细胞膜合成障碍，形成L型细菌。在某些条件下细菌还失去荚膜、芽胞或鞭毛的能力导敢致病性下降。如在培养湿度、硬度发生改变时，细菌鞭毛可丢失，丢失的鞭毛不能恢复。

2．培养特性变异

  经患者体内新分离的沙门菌常为光滑型（S型），经人工培养传代后，菌落变粗糙型（R型），称S-R变型还常伴有毒力或生化特性改变的毒力变异。

  3．毒力变异

  毒力变异有毒力减弱和增强两种表现。目前用于预防接种结核的卡介苗( BCG)是将有毒力的牛型结核分枝杆菌在含胆汁、马铃薯和甘油培养基中反复传代培养230代、历时13年而获得的一株毒力减弱但保存抗原性的变异株。肺炎链球菌荚膜丧失后致病性减弱，但经小鼠腹腔传代，毒力叉可增强。

    4．耐药性变异

    耐药性变异是指细菌对某些药物由敏感变为耐受的变异。造成细菌多重耐药存在，已成为目前临床上一个棘手的问题，细菌耐药性产生可通用染色体基因突变、耐药质粒的转移、转座网子和整合子的插入获得。

    研究变异的意义：研究细菌生物学特性、变异及机制，对细菌性疾病的诊断、治疗和预防有重要意义。

    1．细菌分类上的应用

    一直依靠细菌的形态、生化反应、抗原特异性以及噬菌体分型等进行细菌的分类，这些方法至今仍有使用价值。随着细菌遗传和变异研究的深入，采用DNA分子的G+C mol%分类法和DNA分子杂交技术的分类已广泛开展。

    2．诊断中的应用

    实验诊断工作中，常遇到一些变异菌．其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型，给细菌鉴定带来困难。因此应同时掌握野生菌株和变异毒株的生物特性，从而作出正确诊断。

    3．治疗应用

    随着抗生素的广泛应用，临床采耐药菌株日益增多，这已成为治疗感染性疾病的一大难题。临床上应加强对细菌做抗生素敏感试验以发现耐药性菌株，并根据其耐药机制采取有效的治疗方案。

    4．预防应用

    减毒活疫苗有较好的预防效果，它可以用人工法选择毒力改变的变异株。如目前应用的卡介苗减毒疫苗，预防鼠疫和布氏病的活疫苗。

    5．遗传工程中的应用

    质粒与噬菌体都是遗传工程中广泛应用的基因载体。通过这些载体的利用，可将目的基因转入宿主细菌进行产物的表达。