マインドマップギャラリー 医療微生物学 - 細菌の遺伝と突然変異
People's Health Publishing House、第 9 版「医学微生物学」第 4 章 細菌の遺伝と突然変異(細菌ゲノム、細菌遺伝子突然変異、細菌ゲノム、細菌遺伝子突然変異など) 遺伝子の転移や組み換えなど
2024-03-11 11:37:33 に編集されました細菌の遺伝と突然変異
2. 細菌の遺伝子変異
突然変異と突然変異のルール
遺伝子変異
意味
DNA塩基対の置換、挿入、欠失によって引き起こされる遺伝子構造の変化
塩基対変更タイプ
交換
分類
変換する
プリン-プリン、ピリミジン-ピリミジン変化
転向
プリン-ピリミジン、ピリミジン-プリン変化
の結果として
サイレント突然変異
ミスセンス突然変異
ナンセンス突然変異
入れる
の結果として
フレームシフト突然変異
ない
の結果として
フレームシフト突然変異
細菌変異の基本的特徴
突然変異は表現型の変化を引き起こす可能性が高くなります
迅速であり、短期間で表現型の変化を引き起こす可能性がある
遺伝子突然変異の法則
遺伝子の自然突然変異
意味
自然発生
証明する
変動試験
意義
突然変異のランダム性と自発性を証明する
実験分析
ファージに曝露された後に耐性が生じた場合
異なる試験管内の菌液に含まれる耐性コロニーの数は基本的に同じであるはずです。
細菌がファージに曝露される前に耐性が生じた場合
異なる試験管内の細菌溶液に含まれる耐性コロニーの数は大きく異なります。
実験結果
ファージはスクリーニングの役割のみを果たします
特徴
低い突然変異率
遺伝子に誘発された突然変異
意味
細菌の突然変異率は人為的誘導によって増加させることができる
特徴
高い突然変異率
突然変異と選択
レプリカメッキ
意義
証明する
突然変異は自然発生的でランダムです
耐性突然変異は抗生物質に曝露される前に発生し、抗生物質は耐性突然変異をスクリーニングするためにのみ機能します。
復帰とサプレッサー変異
背景知識
野生型
自然界から分離された非変異株
変異型
野生株と比較して特定の形質が変化した株
順方向突然変異
細菌が野生型から変異型に変化する
復帰突然変異
変異株は2回目の変異後に野生型の形質を回復することができる
特徴
多くの場合、表現型復帰変異
分類
元の遺伝子型への突然変異
別の遺伝子変異が元の表現型を補う
サプレッサー変異
遺伝子内抑制
サプレッサー変異は同じ遺伝子内の異なる場所で発生します
遺伝子間抑制
サプレッサー変異はさまざまな遺伝子で発生します
変異細菌と分離
3. 遺伝子導入と組換え
背景知識
遺伝子導入
DNA をゲノム内のある位置から別の位置に移動させるプロセス
水平遺伝子伝達(水平遺伝子伝達、LGT)
DNA はある生物から別の生物に伝達され、染色体に組み込まれ、その遺伝情報の構成が変化します。
特徴
近縁、遠縁、または無関係の生物間でも発生する可能性があります
遺伝子の垂直伝達(遺伝)との比較
遺伝子水平伝達の主な方法
変換
意味
レシピエント細菌がドナー細菌のDNA断片(外来性)を直接摂取し、新たな遺伝的形質を獲得するプロセス
決定要因
レシピエント細菌の形質転換能力
関連する実験
グリフィスの実験
基本的なプロセス
変換効率に影響を与える主な要因
遺伝的関係の距離 (ドナーとレシピエントの細菌の遺伝子型)
関係が緊密であればあるほど、コンバージョン率は高くなります
受容菌の生理状態
形質転換プロセス中、レシピエント細菌は、適切な生理学的状態下でのみ外来 DNA 断片を摂取できます。
環境要因
活用
意味
細菌が性線毛を介して互いにコミュニケーションし、ドナー細菌からレシピエント細菌に遺伝物質を伝達する方法
接合プラスミド
コーディング機能
非互換性
FプラスミドはF細菌に移すことができない
性線毛の合成と組み立て
細菌の接合および交配中の安定性を維持する
回転した DNA を切断し、レシピエントの細菌への DNA 鎖の転移を促進します。
いくつかの接合性プラスミドは、非接合性プラスミドまたは染色体の一部の伝達も媒介します。
分類
F プラスミド (妊孕性プラスミド)
Fプラスミドを介した「結合」のメカニズム
基本的なプロセス
一本鎖 DNA が性線毛結合橋を通って F バクテリアに侵入する
高周波再結合 (Hfr)
意味
F プラスミドは細菌の染色体に組み込まれ、宿主細菌の染色体上の遺伝子の高頻度の転移を仲介します。
特徴
Hfr の F プラスミドは、自身の染色体の別の F バクテリアへの転移を仲介することができます。
結合プロセス中に、F プラスミドは最終的にレシピエント細菌に侵入します。
レシピエント細菌が Hfr 細菌の完全な F プラスミド DNA を取得する確率は非常に低いです。
Hfrには性線毛もあります
Hfr 株への F プラスミドの組み込みは可逆的です
時々染色体から切り離され、細菌が Hfr 状態を終了できるようになります。
F'プラスミド
意味
染色体から分離された F プラスミドは、組み込み部位に隣接する DNA フラグメントを保持している場合もあり、これは F' プラスミドと呼ばれます。
Rプラスミド(感染耐性因子)
構成
抵抗伝達係数 (RTF)
特徴
Fプラスミドと機能的に類似
コーディング ピリ
プラスミドの複製、結合、および転移を決定する
抵抗決定因子 (r-det)
特徴
複数の耐性遺伝子が存在する可能性がある
関数
細菌耐性を決定する
特徴
RTF と r-det は一緒に統合することも、別々に存在することもできます
単独で存在する場合、結合を伴わない薬剤耐性遺伝子伝達の機能
伝達
意味
ファージを介して(ファージを担体として使用して)ドナー細菌のDNA断片がレシピエント細菌に移入され、組換え後、レシピエント細菌はドナー細菌の遺伝形質の一部を獲得します。
分類
普遍的な変換
ファージの種類 (すべて利用可能)
毒性バクテリオファージ
温帯性バクテリオファージ
発生条件
ファージ成熟アセンブリ中のアセンブリエラー
発生期間
溶解期
機構
2 つの結果
完全な形質導入
ドナー細菌の DNA 断片は相同組換えによってレシピエント細菌の染色体に組み込まれ、染色体が複製されるにつれて安定して受け継がれます。
中絶の伝達
ドナー細菌の DNA は細胞質内に自由に存在しており、それ自体を複製したり受け継いだりすることはできません。
特徴
同種の細菌間で起こることが多い
ファージの宿主特異性により
例
黄色ブドウ球菌における主な耐性伝播様式
局所的な伝達
ファージの種類
温帯性バクテリオファージ
発生条件
プロファージは、宿主細菌の染色体から切り離される(または宿主細菌の DNA の一部を奪う)と逸脱します。
発生期間
溶原性
機構
特徴
同じ種の細菌間でのみ発生します
ファージの宿主特異性により
形質導入される遺伝子は、プロファージの両側のドナー細菌遺伝子に限定されます。
コントラスト: ユニバーサルトランスダクション
供体菌染色体DNA任何部位或质粒
変換周波数はユニバーサル変換よりも高い
全身性形質導入による中絶形質導入の影響がある
2 つの主な比較と違い
溶原性スイッチ
局所的伝達法(?)
意味
温帯ファージは宿主細菌に感染した後、プロファージの形で細菌のゲノムと統合し、宿主細菌を溶原性細菌に変え、それによってファージ遺伝子によってコードされる特定の生物学的形質を獲得します。
例
4. 医学における細菌の遺伝的変異の実際的な重要性
病気の診断、治療、予防への応用
発がん性物質の測定への応用
疫学への応用
遺伝子工学への応用
1. 細菌ゲノム
細菌ゲノムの主成分
細菌の染色体
特徴
核膜、核小体、非晶質核質がない
一倍体、円形または線形の場合があります
ほとんどの細菌 (>90%) の染色体は、単一環状二重らせん二本鎖 DNA (dsDNA) です。
二本鎖DNA
环状双螺旋双链DNA
高い「稼働率」
細菌ゲノムに含まれる非コード配列が少ない
コード遺伝子の約 90%
遺伝子は連続していてイントロンがありません
機能的に関連した遺伝子はオペロン (オペロン) を形成することがよくあります。
構造遺伝子には単一のコピーがありますが、rRNA 遺伝子には複数のコピーがあります。
細菌の急速な成長と繁殖のニーズを満たす
種固有の GC 含有量
異なる細菌染色体の GC 含量 (パーセンテージ) は異なります
例
中央部分の外来性 DNA の GC 含量は、両側の挿入配列の GC 含量よりも大幅に低い (2 つの DNA は明らかな種特異性を持っています)
細菌性病原性島 (PAI)
意味
病原性細菌のゲノム内に、細菌の毒性または病原性に関連する因子(接着因子や毒素など)をコードする外因性 DNA 断片が存在することを指します。
特徴
反復配列または挿入配列が隣接する
特定の GC 含有量とコドン使用の偏り
1つまたは複数の
水平転送
比較的小さい
プラスミド
意味
染色体外環状dsDNA分子
特徴
独立して複製し、細胞質内に存在する能力を持っています。
それは、環状の閉じたまたは線状の dsDNA であり、遊離しているか、細菌の染色体に組み込まれています (?)
細菌の生命活動に必須ではない遺伝子を運ぶ
宿主細菌に特定の生物学的特性を与える
生殖能力、薬剤耐性、病原性、代謝変化など。
自然に失われるか、手動処理によって削除される可能性があります
加入や変身などで転送可能。
分類根拠と分類
性線毛を介して感染する可能性はありますか?
接合プラスミド
接合伝達に関与する遺伝子を運ぶ
分子量が大きい
例
Fプラスミド
Rプラスミド
非接合性プラスミド
スプライスを介して渡すことはできません
分子量が小さい
宿主細菌内のコピー数(プラスミドコピー数:各細菌に含まれる同一のプラスミドの数)
ストリンジェントなプラスミド
複製と染色体の同期
コピー数が少なく、わずか数個のみ
分子量が大きい
リラックスしたプラスミド
複製が染色体と同期していない
高いコピー数
分子量が小さい
プラスミドの互換性
非互換性
相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主菌的现象
互換性のあるプラスミド
不適合なプラスミド
プラスミド遺伝子によってコードされる生物学的形質
Fプラスミドまたは妊孕性プラスミド(妊孕性プラスミド)
コーディング ピリ
細菌間のプラスミドの接合伝達を仲介する
薬剤耐性プラスミド
そのコード化された製品は、さまざまな抗菌薬や重金属に対する耐性に関連しています。
分類
Rプラスミド(接合耐性プラスミド)
遺伝子伝達は結合を介して起こる可能性がある
特徴
G でより一般的です-
rプラスミド(非接合耐性プラスミド)
細菌の結合によって伝播できないプラスミド
ファージ形質導入やその他の方法を介して細菌間で感染する可能性がある
毒性プラスミド
細菌の病原性に関連する病原性因子をコード化する
バクテリオシン
さまざまなバクテリオシンをコード化できる
例
Col プラスミド
大腸菌をコードするコリシン
代謝プラスミド
代謝に関係する酵素をコード化する
人為的に改変されたプラスミド
キャリア
染色体に組み込まれたファージゲノム
関連情報
ファージ感染の種類
溶解サイクル
物体
毒性バクテリオファージ
特徴
DNAは宿主の染色体に組み込まれない
溶原性サイクル
物体
温帯性バクテリオファージ
特徴
宿主染色体に組み込まれたDNA
プロファージになる
プロファージは宿主の染色体から切り離される可能性がある
また、細菌遺伝子の水平伝達を媒介し、細菌の遺伝と突然変異に関与することもあります。
細菌ゲノムの主要な特殊構造(可動要素)
背景知識
移調
意味
可動性の遺伝要素がどのように移動するか
分類
保存された移調
特徴
転移因子は、コードされたトランスポザーゼによって元の部位から切り出され、他の部位に挿入されます。
複製的転座
特徴
転移可能エレメントは新しいコピーを作成して新しいターゲット部位に挿入しますが、元のコピーは所定の位置に残ります。
特徴
ランダム性あり
転移因子 (別名: ジャンピング遺伝子)
意味
これは、相同組換えに依存せずに細菌または他の生物のゲノム (染色体、プラスミド、ファージ ゲノム) 内での位置を変更できる、一種の固有の DNA 配列です。
相同組換えに依存しない
转座元件的插入位点无需存在同源的核苷酸序列
意義
遺伝的不安定性と高い突然変異率を引き起こす
転移因子 (別名: ジャンピング遺伝子)
挿入シーケンス (IS)
基本構造
両端
真ん中
特徴
最も単純な転置要素
転座機能に関係のない遺伝子を持たない
両端にインバーテッドリピート(IR)があります。
リコンビナーゼの認識部位です
中間配列はトランスポザーゼおよび転写関連調節タンパク質をコードします
トランスポザーゼ
催化转座元件的整合或解离
ISに共通する特徴
ISは独立して存在することも、トランスポゾンの一部になることもできます
インバーテッドリピート配列とは何ですか?
トランスポゾン (Tn)
基本構造
IS-機能遺伝子-IS
今すぐ
両側で終わる
は
中間エリア
機能遺伝子
例: 薬剤耐性遺伝子、病原性遺伝子など。
特徴
IS よりも大規模かつ複雑
構造上の特徴による分類
複合トランスポゾン
基本構造
真ん中
抗生物質耐性遺伝子
両端
それぞれに同一の IS が 1 つあります
Tn3ファミリートランスポゾン
基本構造
真ん中
Tn伝達関数に関連する遺伝子
薬剤耐性関連遺伝子
両端
両端に IS なし
ただし、20 ~ 40 の末端直接リピートまたは逆リピートが含まれます。
Zygative トランスポゾン
ターミナルインバーテッドリピートもダイレクトリピートもなし
インテグロン (In)
基本単位
3つの機能要素
インテグラーゼ遺伝子 (Intl)
触媒遺伝子カセットの組み込みと切除
プロモーター プロモーター
特異的組換え部位att
位置
染色体
プラスミド
トランスポゾン
特徴
外来遺伝子を捕捉して統合する能力
細菌の適応性を高める
基本構造
両側で終わる
保守的な地域
真ん中
可変領域
1つ以上の遺伝子カセットが含まれています
遺伝子カセット
组成
一个结构基因(多为耐药基因)
57-141个碱基对组成
无启动子
背景知識
いくつかの基本概念
遺伝
変化
細菌ゲノム
細菌細胞のあらゆる遺伝情報を指します。
染色体および/または外因性 DNA (プラスミド、ファージゲノムの一部またはすべて)、および可動要素を含む
染色体
外来DNA
プラスミド
ファージゲノムの一部または全体
可動要素
表現型
特定の外部環境での細菌の増殖中に細菌が示す形態学的および生理学的特性の合計。
同じ遺伝子型を持つ細菌でも、条件が異なると異なる特性を示すことがあります。
細菌の突然変異
遺伝的変異(遺伝子型変異)
変動振幅
個々の細胞
特徴
子孫に安定して受け継がれる
表現型の変異
変動振幅
グループ (同じ環境にいるほとんどの個人)
特徴
変更は元に戻すことができ、継承することはできません
分類
形態的および構造的変異
カプセルの変化
胞子の突然変異
鞭毛のバリエーション
コロニーのバリエーション
SRバリエーション
スムースコロニー(S)
ラフコロニー(R)
理由
LPS 特有の多糖類、カプセルなどの損失
L型変異
毒性の変動
毒性が消失、弱まる、または増加する
薬剤耐性変異体
抗原性、免疫性およびその他のバリエーション