微生物培養基質控與圖解——細菌的遺傳與變異

第四節  細菌的遺傳與變異

 

細菌和其他生物一樣，具有遺傳性和變異性。細菌的遺傳物質包括染色體、質粒、噬菌體和轉座因子等，其中染色體雙鏈DNA是細菌遺傳的主要物質。質粒是染色體外的DNA可攜帶遺傳信息。噬菌體是寄生於其他微生物的病毒，可在寄主菌中轉移，從而引起基因的水平轉移。轉座因子可位於染色體、質粒或噬菌體上，是轉移的遺傳物質。

    細菌通過遺傳保持種屬的相對穩定性，然而也可出現親代與子代的變異。細菌變異包括遺傳變異和非遺傳變異。引起遺傳變異的機製包括細菌遺傳物質的突變、基因的轉移和重組。細菌基因轉移可以通過接合質粒介導的結合、轉座因子介導的轉座、噬菌體為媒介的轉導以及轉化等方式實現。遺傳型變異使細菌產生變種與新種，有利於細菌的生存及進化。非遺傳型變異在細菌中較普遍，如大腸埃希菌的誘導酶、沙門菌鞭毛的變異等。細菌發生遺傳型變異是由於其基因結構發生變化，因此變異可穩定遺傳給後代；而非遺傳型變異的發生則是受到環境因素的影響，基因結構沒有發生改變，因此變異可穩定遺傳給子代。細菌變異可表現為形態、結構、菌落、抗原性、毒力、酶活性和宿主範圍等變異。

    1．形態和結構變異

    細菌在生長過程中可因為環境因素改變發生結構變異。如鼠疫耶爾森菌在陳舊培養基上或含高鹽培養基中從小杆菌變為球形、絲狀啞鈴狀等多形改變。又如許多細菌在青黴素、補體和溶菌酶存在時，細胞膜合成障礙，形成L型細菌。在某些條件下細菌還失去莢膜、芽胞或鞭毛的能力導敢致病性下降。如在培養濕度、硬度發生改變時，細菌鞭毛可丟失，丟失的鞭毛不能恢複。

2．培養特性變異

  經患者體內新分離的沙門菌常為光滑型（S型），經人工培養傳代後，菌落變粗糙型（R型），稱S-R變型還常伴有毒力或生化特性改變的毒力變異。

  3．毒力變異

  毒力變異有毒力減弱和增強兩種表現。目前用於預防接種結核的卡介苗( BCG)是將有毒力的牛型結核分枝杆菌在含膽汁、馬鈴薯和甘油培養基中反複傳代培養230代、曆時13年而獲得的一株毒力減弱但保存抗原性的變異株。肺炎鏈球菌莢膜喪失後致病性減弱，但經小鼠腹腔傳代，毒力叉可增強。

    4．耐藥性變異

    耐藥性變異是指細菌對某些藥物由敏感變為耐受的變異。造成細菌多重耐藥存在，已成為目前臨床上一個棘手的問題，細菌耐藥性產生可通用染色體基因突變、耐藥質粒的轉移、轉座網子和整合子的插入獲得。

    研究變異的意義：研究細菌生物學特性、變異及機製，對細菌性疾病的診斷、治療和預防有重要意義。

    1．細菌分類上的應用

    一直依靠細菌的形態、生化反應、抗原特異性以及噬菌體分型等進行細菌的分類，這些方法至今仍有使用價值。隨著細菌遺傳和變異研究的深入，采用DNA分子的G+C mol%分類法和DNA分子雜交技術的分類已廣泛開展。

    2．診斷中的應用

    實驗診斷工作中，常遇到一些變異菌．其形態、毒力、生化反應或抗原性都不典型，給細菌鑒定帶來困難。因此應同時掌握野生菌株和變異毒株的生物特性，從而作出正確診斷。

    3．治療應用

    隨著抗生素的廣泛應用，臨床采耐藥菌株日益增多，這已成為治療感染性疾病的一大難題。臨床上應加強對細菌做抗生素敏感試驗以發現耐藥性菌株，並根據其耐藥機製采取有效的治療方案。

    4．預防應用

    減毒活疫苗有較好的預防效果，它可以用人工法選擇毒力改變的變異株。如目前應用的卡介苗減毒疫苗，預防鼠疫和布氏病的活疫苗。

    5．遺傳工程中的應用

    質粒與噬菌體都是遺傳工程中廣泛應用的基因載體。通過這些載體的利用，可將目的基因轉入宿主細菌進行產物的表達。