第三节　细菌的遗传与变异

学习目标

细菌与其他生物一样也具有遗传和变异的生命特征。细菌的子代与亲代之间生物学性状（形态、结构、毒力、抗原性等）的相似性，称为遗传（heredity）。在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现差异称变异（variation）。变异可使细菌产生新变种，变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以发展与进化。细菌的变异分为遗传性与非遗传性变异。

遗传性变异是细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或基因转移与重组等，故又称基因型变异。基因型变异常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。

非遗传性变异是细菌在一定的环境条件下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。表型变异易受到环境因素的影响，当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。

一、细菌的变异现象

细菌的变异现象涉及面很广，如何区分基因型变异与表型变异必须根据具体情况分析。总的来说，细菌的变异现象主要有形态与结构的变异、菌落变异、毒力变异及耐药性变异等。

（一）形态结构的变异

细菌的形态、大小及结构受外界环境条件的影响可以发生变异。如鼠疫耶尔森菌在含30g/L NaCl的培养基上生长，形态可从典型的两极浓染的小球杆菌变为多形态性，如球形、酵母样形、哑铃形等。细菌在β-内酰胺类抗生素、抗体、补体和溶菌酶等因素影响下，细胞壁合成受阻，失去细胞壁变成细菌L型。有些细菌变异后可失去特殊结构，如有鞭毛的伤寒沙门菌变异后可失去鞭毛。有鞭毛的普通变形杆菌点种在琼脂平板上，由于鞭毛的动力使细菌在固体培养基上呈弥散生长，似薄膜（德语hauch，意为薄膜），称为H菌落；失去鞭毛的细菌呈单个菌落生长，称为O菌落（德语ohne hauch，意为无薄膜），故细菌丢失鞭毛的变异又称H-O变异。变异的肺炎链球菌失去荚膜，同时毒力也降低。

（二）菌落变异

肠道杆菌的菌落变异较为常见。菌落由S型变为R型，称为S-R变异。这种变异是因为失去LPS的特异性寡糖重复单位或荚膜多糖等引起的，往往伴有其他性状的改变，如毒力、抗原性和生化反应等。一般而言，S型菌的致病性强。但有少数细菌，如结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌和鼠疫耶尔森菌等的R型菌致病性强。

（三）毒力变异

细菌的毒力变异包括毒力的增强和减弱。白喉棒状杆菌感染β-棒状杆菌噬菌体后变成溶原性细菌，获得产生白喉毒素的能力，由无毒株变成有毒株。卡-介（Calmette-Güérin）二氏将有毒力的牛型结核分枝杆菌在含胆汁、甘油和马铃薯的培养基上，经过13年，连续传230代，获得毒力减弱而保留免疫原性的变异株，即卡介苗（Bacillus of Calmette-Güérin，BCG），用于结核病的预防。

（四）耐药性变异

细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称耐药性变异。从抗生素广泛应用以来，耐药菌株在世界范围内不断增长并迅速传播。如耐万古霉素肠球菌（VRE）、耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（methicillinresistant S.aureus，MRSA）等逐年上升。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如痢疾志贺菌赖链霉素株。大量耐药菌株的出现，给临床感染性疾病的治疗带来了极大的困难，成为现代医学广为关注的问题。

二、细菌遗传变异的物质基础

细菌的遗传物质包括细菌染色体和染色体以外的遗传物质，后者指质粒、噬菌体、转座因子及整合子等。

（一）细菌染色体

细菌染色体是单一的环状双螺旋DNA长链，长1300~2000μm，约为细菌细胞长的1000倍，整个染色体DNA组织成为若干超螺旋的结构，其中的DNA片段与类组蛋白结合构成拟核小体（nucleosome-like）。拟核小体相对集中在一起，形成一个较为致密的区域，中央部分由RNA与支架蛋白组成，称为拟核（nucleoid）。

与真核细胞相比，细胞染色体具有如下特征：①基因组相对较小。以大肠埃希菌MG1655为例，染色体DNA分子全长4 639 675bp，共含有4496个基因，包括4146个编码蛋白质的基因，22个编码rRNA的基因，89个编码tRNA的基因，其余为非编码RNA及假基因等；②基因组中只有一个复制起始位点；③功能相关的几个基因组成操纵子结构，转录一条mRNA链，然后分别合成各自的蛋白质。数个操纵子还可以由一个共同的调节基因即调节子（regulon）所调控；④编码基因是连续的，无内含子，DNA转录成RNA后不需剪切加工，且转录与翻译是偶联的，即边转录边翻译成多肽；⑤非编码序列少，主要为基因间隔区（spacer）、基因表达调控序列及各种功能识别区域，少有重复序列；⑥基因组中存在可在不同菌株之间水平转移的外源性DNA序列，目前被统称为基因组岛（genomic island，GI），长度一般为10~200kb，通常位于插入tRNA基因位点，其G＋C含量、密码子使用偏嗜性等与细菌基因组有明显差异，常携带有整合酶基因，两端通常带有保守的重复序列，可携带有多个基因。根据基因组岛中携带基因编码蛋白的功能不同，可将基因组岛分为致病岛、抗生素抗性岛、代谢岛、分泌岛和共生岛等。基因组岛可以通过水平转移赋予细菌新的特性，对于细菌的进化以及适应环境具有重要意义。

（二）染色体外的遗传物质

1.质粒

质粒是染色体外的遗传物质，存在于细胞质中，为环状闭合的双链DNA，具有自主复制能力，所携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状。

（1）质粒DNA的主要特征

1）质粒具有自我复制的能力。一个质粒是一个复制子（replicon），在细菌内可复制出拷贝（copy）。

2）质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。如致育性、耐药性、致病性和某些生化特性等。

3）质粒可自行丢失与消除。质粒并非细菌生命活动不可缺少的遗传物质，可自行丢失或经紫外线等理化因素处理后消除，随着质粒的丢失与消除，质粒所赋予细菌的性状亦随之消失，但细菌仍存活。

4）质粒可转移。质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移，如耐药性质粒的转移，质粒转移并非限制在同为革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌，也可发生在革兰氏阳性与革兰氏阴性菌之间。

5）质粒可分为相容性与不相容性两种。几种不同的质粒同时共存于一个细菌内为相容性（compatibility）；不能共存于同一细菌内的现象为不相容性。

（2）医学上重要的质粒

1）致育性质粒（fertility plasmid）或称F质粒：

编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递。

2）耐药性质粒（resistance plasmid）：

又称R质粒或R因子。编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。耐药性质粒分为两类，可以通过细菌间的接合进行传递的称为接合性耐药质粒；不能通过接合传递的为非接合性耐药质粒，可通过噬菌体等其他方式传递，在革兰氏阳性菌（如葡萄球菌）中多见。

3）细菌素质粒：

编码各种细菌素。如col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素。

4）毒力质粒（virulence plasmid）或Vi质粒：

编码与细菌致病性有关的毒力因子。如致病性大肠埃希菌产生的耐热肠毒素是由ST质粒决定的，产生的不耐热肠毒素是由LT质粒决定的。某些金黄色葡萄球菌产生表皮剥脱毒素引起烫伤样皮肤综合征，该毒素也是由毒力质粒编码的。

5）代谢质粒（metabolic plasmid）：

编码与代谢相关的酶类。

2.噬菌体

噬菌体（bacteriophage or phage）是侵袭细菌、真菌、放线菌和螺旋体等的病毒，其基因组所携带的遗传信息可赋予宿主菌某些生物学性状。噬菌体具有个体微小、结构简单、专性胞内寄生、种类繁多、分布广泛、严格宿主特异性等特点。

（1）形态与结构：

噬菌体形态有蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成（图5-3-1），头部呈六边形，立体对称，内含遗传物质核酸；尾部是一个管状结构，由一个内径约2.5nm中空的尾髓和外面包着的尾鞘组成。尾部末端有尾板、尾刺和尾丝，尾板内可能有使宿主菌细胞壁裂解的溶菌酶。在头尾连接处有尾领结构。

噬菌体由核酸和蛋白质组成。蛋白质构成噬菌体头部的外壳及尾部。蛋白质起到保护核酸的作用，并决定噬菌体外形和表面特征。噬菌体核酸仅有一种类型，即DNA或RNA，双链或单链，环状或线状。

（2）噬菌体与细菌的相互关系：

噬菌体感染细菌有两种结果，一是噬菌体增殖，细菌被裂解，建立溶菌性周期，这类噬菌体称为毒性噬菌体（virulent phage）；二是噬菌体核酸与细菌染色体整合，成为前噬菌体（prophage），细菌变成溶原性细菌（lysogenic bacteria），建立溶原性周期，这类噬菌体称为温和噬菌体（temperate phage）或溶原性噬菌体（lysogenic phage）。

1）溶菌性周期：

包括三个阶段，①吸附和穿入：噬菌体感染细菌时，其尾丝为吸附器官，能识别并结合宿主菌表面的特殊受体，然后分泌酶类溶解细胞壁，使细胞壁出现小孔，尾髓再收缩，将头部的核酸注入宿主菌内，蛋白质外壳留在菌细胞外；②生物合成：进入菌细胞内的噬菌体核酸首先经早期转录和翻译产生核酸复制所必需的酶类等早期蛋白质，并复制子代核酸，再进行晚期转录和翻译产生噬菌体的结构蛋白（头部外壳和尾部蛋白）；③装配、成熟释放：蛋白质与核酸分别合成后，按一定程序装配，成熟为完整的子代噬菌体。子代噬菌体达到一定数量时，由于噬菌体合成酶类的溶解作用，菌细胞裂解，释放出的子代噬菌体再感染其他敏感细菌。

2）溶原性周期：

温和噬菌体感染细菌后不增殖，其核酸整合到细菌染色体上，即前噬菌体，随细菌染色体的复制而复制，并随溶原性细菌分裂而分配至子代细菌的染色体中。偶尔自发或在某些理化或生物因素的诱导下，整合的前噬菌体脱离宿主菌染色体，进入溶菌性周期导致细菌裂解，并产生新的成熟噬菌体。可见温和噬菌体有溶原性和溶菌性两个周期，而毒性噬菌体只有一个溶菌性周期（图5-3-2）。

3.转座因子

转座因子（transposable element）是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列。这种转座作用可以发生在同一染色体上，也可发生在染色体与质粒之间。已证实所有生物均有转座因子，其转座作用主要依赖自身合成的特异性转座酶。转座因子根据其结构和生物学特性的不同分为三类。

（1）插入序列（insertion sequence, IS）：

是最小的转座因子，大小750~1550bp，两端有反向重复序列（3~10bp）作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及与转录有关的蛋白（图5-3-3）。IS可独立存在，也可成为转座子的一部分。在细菌染色体和质粒中含有不少的IS，每种IS还可有多个拷贝，这是造成基因重组的条件之一。

（2）转座子（transposon, Tn）：

Tn结构比较复杂，大小2000~25 000bp，除两端的IS外还带有其他基因，如与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因等（表5-3-1）。这些基因可随Tn的转座而发生转移重组。当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。

（3）转座噬菌体：

是具有转座功能的溶原性噬菌体，以前噬菌体的形式整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的。另外，当前噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可带有邻近的细菌DNA片段，因而在细菌遗传物质转移过程中起载体作用。

三、细菌变异的机制

遗传性变异是由基因结构发生改变所致，主要通过基因突变、基因的转移与重组等来实现的。

（一）基因突变

1.突变（mutation）

是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状遗传性变异。若细菌DNA上核苷酸序列的改变仅为一个或几个碱基的置换、插入或丢失，出现的突变只影响到一个或几个基因，引起较少的性状变异，称为小突变或点突变（point mutation）；若涉及大段的DNA发生改变，称为大突变或染色体畸变（chromosome aberration）。

2.基因突变规律

（1）突变率：

在细菌生长繁殖过程中，突变经常自发发生，但自然突变率（10-9~10-6）极低，即细菌每分裂106~109次可发生一次突变。如果用高温、紫外线、X射线、烷化剂、亚硝酸盐等理化因素去诱导细菌突变，可使诱导突变率提高10~1000倍，达到10-6~10-4。

（2）突变与选择：

突变是随机的，不定向的。发生突变的细菌只是大量菌群中的个别菌，要从大量细菌中找出该突变菌，必须将菌群放在一个有利于突变菌而不利于其他菌生长的环境中，才能将其选择出来。如耐药性突变，细菌在未接触药物之前就已发生，并非细菌在药物环境中逐渐适应而成为耐药菌。将细菌培养在普通培养基中，不能识别其中有无耐药性变异株存在，若要从中选择出耐药突变株，就必须将细菌接种在含有药物的培养基中，凡对药物敏感的细菌均遭淘汰，只有耐药突变株才能形成菌落。药物在此过程中仅起筛选作用。为此Lederberg等（1952）设计了影印试验（replica plating）。先将敏感菌点种在不含抗生素的琼脂平板上，待长出分散的单个菌落后，取一块包有无菌丝绒的压模，在琼脂平板表面轻轻按印，使压模丝绒表面粘有细菌菌落印迹，再将此菌落印迹按印到一个含有抗生素的琼脂平板上。经培养后敏感菌完全被抑制，但可见平板上耐药菌菌落的位置，可在原无抗生素平板上找出与耐药菌落相应的菌落，将此相应菌落移种至含抗生素的肉汤中可见细菌生长。琼脂平板上原菌落的细菌从未接触过抗生素，但已对抗生素产生抗性（图5-3-4）。上述实验证明，突变是自发的、随机的，突变是细菌在接触抗生素之前已经发生。

（3）回复突变：

某种细菌在自然环境下具有的表现型称野生型（wild type），发生突变后的菌株称突变株（mutant）。细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复野生型的性状，这一过程称回复突变（backward mutation）。回复突变并不一定恢复原来的基因型，再一次突变可以是一个抑制基因突变代偿了第一次突变在性状上的改变。

（二）基因转移与重组

外源性的遗传物质由供体菌（donor）转移给受体菌（recipient）的过程称为基因转移（gene transfer）。转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组（recombination），使受体菌获得供体菌的某些特性。外源性遗传物质包括供体菌染色体DNA片段、质粒DNA及噬菌体基因等。细菌基因转移和重组的方式有转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等。

1.转化

受体菌直接摄取供体菌游离的DNA获得新的遗传性状的过程称为转化（transformation）。

1928年Griffith在研究肺炎链球菌时，首先发现细菌转化的现象。将有荚膜、毒力强、菌落呈光滑型（S）的Ⅲ型肺炎链球菌注射至小鼠体内，小鼠死亡，从死鼠心血中分离出Ⅲ型光滑型肺炎链球菌；将无荚膜、毒力减弱、菌落呈粗糙型（R）的Ⅱ型肺炎链球菌或经加热杀死的Ⅲ型光滑型肺炎链球菌分别注射小鼠，小鼠不死。但若将加热杀死的Ⅲ型光滑型肺炎链球菌（有荚膜）和活的Ⅱ型粗糙型肺炎链球菌（无荚膜）混合注射至小鼠体内，小鼠则死亡，并从死鼠心血中分离到Ⅲ型光滑型肺炎链球菌。1944年Avery等人用Ⅲ型光滑型肺炎链球菌的DNA代替加热杀死的Ⅲ型光滑型肺炎链球菌重复上述实验，得到相同的结果。证实引起Ⅱ型粗糙型肺炎链球菌转化的物质是Ⅲ型光滑型肺炎链球菌的DNA（图5-3-5）。

在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于1×107，最多10~20个基因。受体菌只有处于感受态（competence）时，才能够摄取外源的转化因子。处于感受态的细胞具有特殊蛋白，包括一种与细胞膜相关的DNA结合蛋白、一种细胞壁自溶素和各种核酸酶，这些蛋白在接受和加工DNA过程中起作用。感受态的出现时期、持续时间因菌种而异，一般出现在对数生长期后期，此期只能维持几分钟至3~4小时。细菌的感受态也可用人工诱导的转化程序形成，加入Ca2＋与Mg2＋处理，可增加感受态细菌摄取DNA的能力，对一般转化方法不能成功的细菌，还可用电穿孔技术（electroporation）使转化率提高10~100倍。

2.接合

细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（质粒或染色体DNA）从供体菌转移给受体菌的过程称为接合（conjugation）。能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，主要包括F质粒、R质粒等。不能通过接合转移的质粒为非接合性质粒。

（1）F质粒的接合：

带有F质粒的细菌有性菌毛，相当于雄菌（F＋）；无性菌毛的细菌无F质粒，相当于雌菌（F-）。像有性生殖一样，当F＋×F-菌杂交时，F＋菌性菌毛末端与F-菌表面受体接合，性菌毛逐渐缩短使两菌之间靠近并形成通道，F＋菌的质粒DNA中的一条链断开并通过性菌毛通道进入F-菌内。两菌细胞内的单股DNA链以滚环式进行复制，各自形成完整的F质粒。因此供体菌虽转移F质粒但并不失去，而受体菌获得F质粒后即长出性菌毛，成为F＋菌（图5-3-6）。通过接合转移F质粒的频率可达到70%。

F质粒进入受体菌后，能单独存在和自行复制，但有小部分F质粒可插入到受体菌的染色体中，与染色体一起复制。整合后的细菌能以较高的频率转移染色体上的基因，故称此菌为高频重组（high frequency recombinant，Hfr）菌。在Hfr菌中，F质粒结合在染色体的末端。当Hfr菌与F-菌杂交时，F质粒发动转移作用：首先从Hfr菌染色体伸出一股DNA链，通过性菌毛进入F-菌，整个转移需时约100分钟。在转移过程中，任何震动都能使转移中的DNA断裂而终止。故在Hfr菌转移过程中，可有不同长度的供菌染色体片段进入F-菌进行重组。但F-菌获得F质粒的机会是很少的，因它位于染色体末端，最后才能进入F-受体菌。

Hfr菌中的F质粒有时会从染色体上脱离下来，终止其Hfr状态。从染色体上脱离时有时可带有染色体上几个邻近的基因，这种质粒称为F′质粒。

F＋、Hfr、F′三种菌都有性菌毛，都为雄菌。均可通过接合方式进行基因的转移。

（2）R质粒的接合：

细菌耐药性的产生与耐药性的基因突变及R质粒的接合转移等相关。1959年日本学者将具有多重耐药的大肠埃希菌与敏感的志贺菌混合培养，发现多重耐药性可由大肠埃希菌传递给志贺菌，首次证明了R质粒的接合传递。在健康人中分离的大肠埃希菌30%~50%有R质粒，致病性大肠埃希菌约90%有R质粒，说明R质粒与耐药性有关，尤其与细菌的多重耐药关系密切。

R质粒由耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）和耐药（r）决定子两部分组成，这两部分可以单独存在，也可结合在一起，但单独存在时不能发生质粒的接合性传递。RTF的功能与F质粒相似，编码性菌毛，决定质粒的复制、接合及转移；r决定子能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列，如Tn9带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，Tn5带有卡那霉素的耐药基因。RTF与r决定子之间结合与分离是因为两端有IS，每个Tn两端也均有IS可自由结合（图5-3-7）。

3.转导

转导（transduction）是以噬菌体为载体，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。根据转导基因片段的性质范围，可分为以下两种转导。

（1）普遍性转导（generalized transduction）：

溶菌性周期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，噬菌体DNA装入外壳蛋白组成新的噬菌体时，每105~107次装配中会发生一次装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。因被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。普遍性转导也能转导质粒，金黄色葡萄球菌中R质粒的转导在医学上具有重要意义。

供体DNA片段进入受体菌后可发生两种结果，一种是外源性DNA片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而传代，称完全转导；另一种是外源性DNA片段游离在胞质中，既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产转导（abortive transduction），后一种结果属大多数（图5-3-8）。

（2）局限性转导（restricted transduction）：

所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如λ噬菌体进入大肠埃希菌K12，当处于溶原期时，噬菌体DNA整合在大肠埃希菌染色体的特定部位，即在半乳糖基因（gal）和生物素基因（bio）之间。当噬菌体DNA从细菌染色体上分离，将有10-6概率发生偏差分离。即噬菌体将其本身DNA上的一段留在细菌染色体上，却带走了细菌DNA上两侧的gal或bio基因。这样的噬菌体基因转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。由于所转导的只限于供体菌DNA上个别的特定基因（如gal或bio），故称局限性转导（图5-3-9）。

4.溶原性转换（lysogenic conversion）

是指温和噬菌体感染宿主菌后，以前噬菌体形式与细菌基因组整合，成为溶原性细菌，从而获得新的遗传性状称溶原性转换。溶原性转换可使某些细菌发生毒力变异或抗原性变异。

如β-棒状噬菌体感染白喉棒状杆菌后，由于噬菌体携带编码毒素的基因，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。同样，A群链球菌、产气荚膜梭菌或肉毒梭菌等，均可因溶原性转换而产生相应的致热外毒素、α毒素或肉毒毒素等。

5.原生质体融合（protoplast fusion）

是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行相互融合的过程。聚乙二醇可促使两种原生质体间的融合。融合后的双倍体细胞可以短期生存，在此期间染色体之间可以发生基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体。

四、细菌遗传变异的实际意义

（一）在疾病的诊断、治疗与预防中的应用

1.病原学诊断

由于细菌的变异可发生在形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面，造成性状不典型，常给细菌鉴定工作带来困难。例如细菌失去细胞壁形成细菌L型，用常规法分离培养呈阴性，必须采用含血清的高渗培养基培养。故在临床细菌学检查中不仅要熟悉细菌的典型特性，还要了解细菌的变异规律，只有这样才能去伪存真，做出正确的诊断。多数细菌变异后，其表型改变很大以致难以识别，但其基因型的改变不会很大，因此可用DNA分子杂交或聚合酶链反应（PCR）等方法检测细菌特有的DNA片段，以辅助诊断。

2.临床治疗

由于抗生素的广泛应用，临床分离的细菌中耐药株日益增多，已发现有对多种抗生素多重耐药的菌株。有些耐药质粒同时带有编码毒力的基因，使其致病性增强，这些变异的后果给疾病的治疗带来很大的困难。为提高抗菌药物的疗效，防止耐药菌株扩散，治疗时应注意：①对临床分离的致病菌，必须在细菌药物敏感试验的指导下正确选择用药，不能滥用抗生素；②在治疗慢性疾病需长期用药时，应合理地联合用药，以减少细菌耐药突变的机会，还要考虑免疫调节剂的使用。

3.传染病预防

筛选或诱导减毒变异株制备减毒活疫苗用于人工主动免疫是预防传染病的有效措施。近年来出现了治疗性疫苗，为疫苗的应用拓宽了范围。

（二）在测定致癌物质中的应用

一般认为基因突变是细胞恶性转化的重要原因，因此凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质，Ames试验就是根据此原理设计的。选用鼠伤寒沙门菌的组氨酸营养缺陷型菌株（his-）作试验菌，以被检测的可疑化学物质作诱变剂。因his-菌在组氨酸缺乏的培养基上不能生长，若发生突变成为his＋菌则能生长。比较含有被检物的试验平板与无检物的对照平板，计数培养基上的菌落数，凡能提高突变率、诱导菌落生长显著增多的被检物有致癌的可能。

（三）在流行病学中的应用

分子生物学的分析方法用于流行病学调查，追踪基因水平的转移与播散。如用质粒指纹图（plasmid finger printing，PFP）的方法来检测不同来源细菌所带质粒的大小，比较质粒的各种酶切图，其产生片段的数目、大小、位置是否相同或近似，确定某一感染暴发流行菌株与非流行菌株，也可用于调查医院感染的各种细菌的某种耐药质粒的传播扩散情况。

（四）在基因工程中的应用

基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的。基因工程的主要步骤是：①从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的DNA上切取一段需要表达的基因，即目的基因；②将目的基因结合在合适的载体（质粒或噬菌体）上；③通过载体将目的基因转移到工程菌（受体菌）内，随着细菌的大量繁殖表达出大量的目的基因产物。目前通过基因工程已能使工程菌大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、IL-2、乙肝疫苗等生物制品，并已探索用基因工程的方法，以正常基因代替异常基因治疗基因缺陷性疾病等。

（强　华）

学习小结

复习参考题