Mindmap-Galerie Medizinische Mikrobiologie – Vererbung und Mutation von Bakterien
People's Health Publishing House, Neunte Ausgabe „Medizinische Mikrobiologie“, Kapitel 4 Bakterielle Vererbung und Mutation, einschließlich bakteriellem Genom, bakterieller Genmutation, Gentransfer und Rekombination usw.
Bearbeitet um 2024-03-11 11:37:33Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Bakterielle Vererbung und Mutation
2. Bakterielle Genmutationen
Mutation und Mutationsregeln
Gen Mutation
Definition
Veränderungen in der Genstruktur, die durch Substitution, Insertion oder Deletion von DNA-Basenpaaren verursacht werden
Art der Basenpaaränderung
Ersatz
Einstufung
Konvertieren
Purin-Purin-, Pyrimidin-Pyrimidin-Veränderungen
Umwandlung
Purin-Pyrimidin-, Pyrimidin-Purin-Veränderungen
als Ergebnis
stille Mutation
Missense-Mutation
Unsinn-Mutation
einfügen
als Ergebnis
Frameshift-Mutation
Fehlen
als Ergebnis
Frameshift-Mutation
Grundlegende Merkmale der Bakterienvariation
Mutationen führen eher zu phänotypischen Veränderungen
Schnell und kann in kurzer Zeit zu phänotypischen Variationen führen
Das Gesetz der genetischen Mutation
spontane Mutationen in Genen
Definition
natürlich vorkommend
beweisen
Fluktuationstest
Bedeutung
Beweist die Zufälligkeit und Spontaneität von Mutationen
Experimentanalyse
Wenn nach Phagenexposition eine Resistenz auftritt
Die Anzahl resistenter Kolonien, die in Bakterienlösungen in verschiedenen Reagenzgläsern enthalten sind, sollte grundsätzlich gleich sein.
Wenn eine Resistenz auftritt, bevor die Bakterien dem Phagen ausgesetzt werden
Die Anzahl resistenter Kolonien, die in Bakterienlösungen in verschiedenen Reagenzgläsern enthalten sind, unterscheidet sich deutlich.
Experimentelle Ergebnisse
Phagen spielen lediglich eine Screening-Rolle
Merkmale
Niedrige Mutationsrate
induzierte Mutationen in Genen
Definition
Durch künstliche Induktion kann die Mutationsrate von Bakterien erhöht werden
Merkmale
Hohe Mutationsrate
Mutation und Selektion
Nachbildung der Beschichtung
Bedeutung
beweisen
Mutationen sind spontan und zufällig
Resistente Mutationen treten vor der Antibiotikaexposition auf und Antibiotika dienen lediglich der Suche nach resistenten Mutanten
Reversions- und Suppressormutationen
Hintergrundwissen
Wildtyp
Aus der Natur isolierte, nicht mutierte Stämme
Mutantentyp
Ein Stamm, der im Vergleich zum Wildtyp-Stamm ein bestimmtes Merkmal verändert hat
Vorwärtsmutation
Bakterien verändern sich vom Wildtyp zum Mutantentyp
Rückmutation
Der mutierte Stamm kann nach einer zweiten Mutation Wildtyp-Merkmale wiederherstellen
Merkmale
Häufig phänotypische Reversionsmutationen
Einstufung
Mutation zum ursprünglichen Genotyp
Eine weitere genetische Mutation gleicht den ursprünglichen Phänotyp aus
Suppressormutation
intragene Unterdrückung
Suppressormutationen treten an verschiedenen Stellen innerhalb desselben Gens auf
intergene Unterdrückung
Suppressormutationen treten in verschiedenen Genen auf
Mutierte Bakterien und Isolierung
3. Gentransfer und Rekombination
Hintergrundwissen
Gentransfer
Der Prozess der Bewegung der DNA von einem Ort zum anderen im Genom
Horizontaler Gentransfer (lateraler Gentransfer, LGT)
DNA kann von einem Organismus auf einen anderen übertragen werden, sich in Chromosomen integrieren und die Zusammensetzung ihrer genetischen Informationen verändern.
Merkmale
Kann zwischen eng verwandten, entfernt verwandten oder sogar nicht verwandten Organismen auftreten
Im Verhältnis zur vertikalen Übertragung von Genen (Vererbung)
Hauptmethoden des horizontalen Gentransfers
Transformation
Definition
Der Prozess, bei dem Empfängerbakterien direkt DNA-Fragmente von Spenderbakterien aufnehmen (exogen) und neue genetische Merkmale erwerben
bestimmende Faktoren
Kompetenz der Empfängerbakterien zur Transformation
Verwandte Experimente
Griffith-Experiment
grundlegender Prozess
Hauptfaktoren, die die Umwandlungseffizienz beeinflussen
Der Abstand der genetischen Verwandtschaft (der Genotyp der Spender- und Empfängerbakterien)
Je enger die Beziehung, desto höher ist die Conversion-Rate
Physiologischer Zustand der Empfängerbakterien
Während des Transformationsprozesses können die Empfängerbakterien nur in einem geeigneten physiologischen Zustand fremde DNA-Fragmente aufnehmen.
Umweltfaktor
Konjugation
Definition
Die Art und Weise, wie Bakterien über sexuelle Pili miteinander kommunizieren und genetisches Material von Spenderbakterien auf Empfängerbakterien übertragen
konjugatives Plasmid
Codierungsfunktion
Unvereinbarkeit
F-Plasmid kann nicht auf F-Bakterien übertragen werden
Synthese und Zusammenbau sexueller Pili
Behalten Sie die Stabilität während der Konjugation und Paarung der Bakterien bei
Schneidet rotierte DNA und erleichtert die Übertragung von Strängen in Empfängerbakterien
Einige konjugative Plasmide vermitteln auch die Übertragung nicht-konjugativer Plasmide oder Teile des Chromosoms
Einstufung
F-Plasmid (Fruchtbarkeitsplasmid)
Der Mechanismus der F-Plasmid-vermittelten „Konjugation“
grundlegender Prozess
Einzelsträngige DNA gelangt über die sexuelle Pilus-Konjugationsbrücke in F-Bakterien
Hochfrequenzrekombination (Hfr)
Definition
Das F-Plasmid integriert sich in das Bakterienchromosom und vermittelt den Hochfrequenztransfer von Genen auf dem Bakterienchromosom des Wirts.
Merkmale
Das F-Plasmid in Hfr kann die Übertragung seines eigenen Chromosoms auf ein anderes F-Bakterium vermitteln
Während des Konjugationsprozesses gelangt das F-Plasmid schließlich in das Empfängerbakterium
Die Wahrscheinlichkeit, dass die Empfängerbakterien die vollständige F-Plasmid-DNA von Hfr-Bakterien erhalten, ist sehr gering
Hfr hat auch sexuelle Pili
Die Integration des F-Plasmids in Hfr-Stämme ist reversibel
löst sich manchmal vom Chromosom, wodurch das Bakterium den Hfr-Zustand beenden kann
F'-Plasmid
Definition
Das vom Chromosom gelöste F-Plasmid kann neben der Integrationsstelle auch ein DNA-Fragment tragen, das als F'-Plasmid bezeichnet wird.
R-Plasmid (Infektionsresistenzfaktor)
Komposition
Widerstandsübertragungsfaktor (RTF)
Merkmale
Funktionell ähnlich dem F-Plasmid
Codierung von Pili
Bestimmen Sie die Replikation, Konjugation und Übertragung von Plasmiden
Widerstandsdeterminante (r-det)
Merkmale
Es können mehrere Resistenzgene vorliegen
Funktion
Bakterienresistenz bestimmen
Merkmale
RTF und r-det können zusammen integriert werden oder separat existieren
Funktion der Übertragung arzneimittelresistenter Gene ohne Konjugation, wenn sie allein vorhanden ist
Transduktion
Definition
Durch Phagen (unter Verwendung von Phagen als Träger) wird das DNA-Fragment des Spenderbakteriums in das Empfängerbakterium übertragen. Nach der Rekombination erwirbt das Empfängerbakterium einige der genetischen Merkmale des Spenderbakteriums.
Einstufung
Universelle Transduktion
Phagentyp (alle verfügbar)
virulenter Bakteriophage
gemäßigter Bakteriophage
Vorkommensbedingungen
Montagefehler während der Phagenreifungsassemblierung
Zeitraum des Auftretens
lytische Phase
Mechanismus
Zwei Ergebnisse
vollständige Transduktion
Das DNA-Fragment des Spenderbakteriums wird durch homologe Rekombination in das Chromosom des Empfängerbakteriums integriert und bei der Chromosomenreplikation stabil vererbt.
Abtreibungstransduktion
Die DNA der Spenderbakterien liegt frei im Zytoplasma und kann sich nicht vermehren oder weitergegeben werden.
Merkmale
Kommt häufig zwischen Bakterien derselben Art vor
Aufgrund der Wirtsspezifität von Phagen
Beispiel
Hauptarten der Resistenzübertragung bei Staphylococcus aureus
lokalisierte Transduktion
Phagentyp
gemäßigter Bakteriophage
Vorkommensbedingungen
Der Prophage wird abgelenkt, wenn er sich vom Wirtsbakterienchromosom löst (oder einen Teil der Wirtsbakterien-DNA wegnimmt).
Zeitraum des Auftretens
Lysogenese
Mechanismus
Merkmale
Kommt nur zwischen Bakterien derselben Art vor
Aufgrund der Wirtsspezifität von Phagen
Die transduzierten Gene sind auf die bakteriellen Spendergene auf beiden Seiten des Prophagen beschränkt
Kontrast: Universelle Transduktion
供体菌染色体DNA任何部位或质粒
Die Transduktionsfrequenz ist höher als die universelle Transduktion
Aufgrund der universellen Transduktion gibt es Konsequenzen einer fehlgeschlagenen Transduktion
Die wichtigsten Vergleiche und Unterschiede zwischen den beiden
lysogener Schalter
Eine Methode der lokalisierten Transduktion (?)
Definition
Nachdem der gemäßigte Phagen das Wirtsbakterium infiziert hat, integriert er sich in Form eines Prophagen in das Bakteriengenom und verwandelt das Wirtsbakterium in ein lysogenes Bakterium, wodurch bestimmte biologische Merkmale erworben werden, die vom Phagengen kodiert werden.
Beispiel
4. Die praktische Bedeutung der bakteriellen genetischen Variation in der Medizin
Anwendung bei der Diagnose, Behandlung und Prävention von Krankheiten
Anwendung bei der Bestimmung von Karzinogenen
Anwendungen in der Epidemiologie
Anwendung in der Gentechnik
1. Bakteriengenom
Hauptbestandteile des Bakteriengenoms
Bakterienchromosom
Merkmale
Keine Kernmembran, kein Nukleolus, kein amorphes Nukleoplasma
Haploid, kann kreisförmig oder linear sein
Die Chromosomen der meisten Bakterien (>90 %) sind einzelne zirkuläre Doppelhelix-Doppelstrang-DNA (dsDNA).
dsDNA
环状双螺旋双链DNA
Hoher „Auslastungsgrad“
Bakteriengenome enthalten weniger nichtkodierende Sequenzen
Etwa 90 % der kodierenden Gene
Das Gen ist zusammenhängend und hat keine Introns
Funktionell verwandte Gene bilden oft Operons (Operons)
Strukturgene haben eine einzelne Kopie, während rRNA-Gene mehrere Kopien haben.
Erfüllen Sie die Bedürfnisse von Bakterien nach schnellem Wachstum und Vermehrung
Artspezifischer GC-Gehalt
Der GC-Gehalt (Prozentsatz) verschiedener Bakterienchromosomen ist unterschiedlich
Beispiel
Der GC-Gehalt der exogenen DNA im mittleren Teil ist deutlich niedriger als der der eingefügten Sequenz auf beiden Seiten (die beiden DNAs weisen offensichtliche Speziesspezifität auf)
Bakterielle pathogene Insel (PAI)
Definition
Bezieht sich auf das Vorhandensein exogener DNA-Fragmente im Genom pathogener Bakterien, die Faktoren kodieren, die mit der Virulenz oder Pathogenität der Bakterien zusammenhängen (z. B. Adhäsionsfaktoren und Toxine usw.).
Merkmale
flankiert von Wiederholungen oder Einfügungssequenzen
Spezifischer GC-Gehalt und Codon-Nutzungsverzerrung
einer oder mehrere
horizontale Übertragung
Relativ klein
Plasmid
Definition
Extrachromosomale zirkuläre dsDNA-Moleküle
Merkmale
Haben die Fähigkeit, sich unabhängig zu replizieren und im Zytoplasma zu existieren
Es handelt sich um zirkulär geschlossene oder lineare dsDNA, frei oder integriert in bakterielle Chromosomen (?)
Träger von Genen, die für die Lebensaktivitäten der Bakterien nicht unbedingt erforderlich sind
Verleihen Sie Wirtsbakterien spezifische biologische Eigenschaften
Wie Fruchtbarkeit, Arzneimittelresistenz, Pathogenität und Stoffwechselveränderungen usw.
Kann von selbst verloren gehen oder durch manuelle Bearbeitung beseitigt werden
Übertragbar durch Zusammenfügen, Umwandeln etc.
Klassifizierungsbasis und Klassifizierung
Kann es durch sexuelle Pili übertragen werden?
konjugatives Plasmid
Tragen Sie Gene, die an der konjugativen Übertragung beteiligt sind
Großes Molekulargewicht
Beispiel
F-Plasmid
R-Plasmid
nicht-konjugatives Plasmid
Kann nicht per Spleiß weitergegeben werden
Kleines Molekulargewicht
Kopienzahl im Wirtsbakterium (Plasmidkopienzahl: die Anzahl identischer Plasmide, die in jedem Bakterium enthalten sind)
stringentes Plasmid
Replikation und Chromosomensynchronisation
Geringe Exemplarzahl, nur wenige Exemplare
Größeres Molekulargewicht
entspanntes Plasmid
Die Replikation ist nicht mit den Chromosomen synchron
Hohe Exemplarzahl
Kleines Molekulargewicht
Plasmidkompatibilität
Unvereinbarkeit
相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主菌的现象
Kompatibles Plasmid
Inkompatible Plasmide
Biologische Merkmale, die von Plasmidgenen kodiert werden
F-Plasmid oder Fruchtbarkeitsplasmid (Fruchtbarkeitsplasmid)
Codierung von Pili
Vermittelt die konjugative Übertragung von Plasmiden zwischen Bakterien
Arzneimittelresistenzplasmid
Seine kodierten Produkte stehen im Zusammenhang mit Resistenzen gegen verschiedene antibakterielle Medikamente und Schwermetalle
Einstufung
R-Plasmid (konjugatives Resistenzplasmid)
Der Gentransfer kann durch Konjugation erfolgen
Merkmale
Häufiger bei G-
r-Plasmid (nicht-konjugatives Resistenzplasmid)
Plasmide, die nicht durch bakterielle Konjugation übertragen werden können
Kann durch Phagentransduktion und andere Methoden zwischen Bakterien übertragen werden
Virulenzplasmid
Kodiert Virulenzfaktoren, die mit der bakteriellen Pathogenität verbunden sind
Bakteriozine
Kann verschiedene Bakteriozine kodieren
Beispiel
Col-Plasmid
Colicin, das für Escherichia coli kodiert
Stoffwechselplasmid
Kodierende Enzyme im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel
Künstlich verändertes Plasmid
Träger
Phagengenom im Chromosom integriert
verwandte Informationen
Arten der Phageninfektion
Lytischer Zyklus
Objekt
virulenter Bakteriophage
Merkmale
DNA integriert sich nicht in das Wirtschromosom
Lysogenie-Zyklus
Objekt
gemäßigter Bakteriophage
Merkmale
In das Wirtschromosom integrierte DNA
Werde ein Prophage
Prophagen können sich von Wirtschromosomen lösen
Es kann auch den horizontalen Transfer bakterieller Gene vermitteln und an der bakteriellen Vererbung und Mutation beteiligt sein.
Wichtige spezialisierte Strukturen (mobile Elemente) im Bakteriengenom
Hintergrundwissen
Umsetzung
Definition
Wie sich mobile genetische Elemente bewegen
Einstufung
erhaltene Umsetzung
Merkmale
Das transponierbare Element wird von der kodierten Transposase aus der ursprünglichen Stelle herausgeschnitten und an anderen Stellen eingefügt.
replikative Translokation
Merkmale
Das transponierbare Element erstellt eine neue Kopie und fügt sie in die neue Zielsite ein, während die Originalkopie an Ort und Stelle bleibt.
Merkmale
mit Zufälligkeit
Transponierbare Elemente (auch bekannt als: springende Gene)
Definition
Dabei handelt es sich um eine einzigartige DNA-Sequenz, die ihre Position im Genom von Bakterien oder anderen Organismen (Chromosomen, Plasmiden und Phagengenomen) ändern kann, ohne auf homologe Rekombination angewiesen zu sein.
Nicht abhängig von homologer Rekombination
转座元件的插入位点无需存在同源的核苷酸序列
Bedeutung
Führt zu genetischer Instabilität und hoher Mutationsrate
Transponierbare Elemente (auch bekannt als: springende Gene)
Einfügereihenfolge (IS)
Grundstruktur
Beide Enden
Mitte
Merkmale
Das einfachste transponierbare Element
Trägt keine Gene, die nichts mit der Translokationsfunktion zu tun haben
An beiden Enden befinden sich invertierte Wiederholungen (IR).
ist die Erkennungsstelle für Rekombinase
Die Zwischensequenz kodiert Transposase und transkriptionsbezogene regulatorische Proteine
Transposase
催化转座元件的整合或解离
Gemeinsame Merkmale des IS
IS kann unabhängig existieren oder Teil eines Transposons werden
Was ist eine invertierte Wiederholungssequenz?
Transposon (Tn)
Grundstruktur
IS-funktionelles Gen-IS
Im Augenblick
endet auf beiden Seiten
IST
mittlerer Bereich
funktionelle Gene
Zum Beispiel: Arzneimittelresistenzgene, Virulenzgene usw.
Merkmale
Größer und komplexer als IS
Einteilung nach Strukturmerkmalen
zusammengesetztes Transposon
Grundstruktur
Mitte
Antibiotikaresistenzgene
Beide Enden
Jeder hat 1 identischen IS
Transposon der Tn3-Familie
Grundstruktur
Mitte
Gene, die mit der Tn-Transferfunktion zusammenhängen
Arzneimittelresistenz-bezogene Gene
Beide Enden
Kein IS an beiden Enden
Enthält aber 20–40 terminale direkte oder invertierte Wiederholungen
Zygatives Transposon
Weder terminale invertierte Wiederholungen noch direkte Wiederholungen
Integron (In)
Basiseinheit
3 Funktionselemente
Integrase-Gen (Intl)
Katalytische Genkassettenintegration und -exzision
Promoter-Promoter
Spezifische Rekombinationsstelle z. Hd
Position
Chromosom
Plasmid
Transposon
Merkmale
Fähigkeit, exogene Gene zu erfassen und zu integrieren
Verbessern Sie die Anpassungsfähigkeit der Bakterien
Grundstruktur
endet auf beiden Seiten
konservativer Bereich
Mitte
variable Region
Enthält eine oder mehrere Genkassetten
Genkassette
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
Hintergrundwissen
Mehrere Grundkonzepte
Vererbung
Variation
Bakteriengenom
Bezieht sich auf die gesamte genetische Information von Bakterienzellen
Einschließlich Chromosomen und/oder exogener DNA (Plasmide, Teile oder das gesamte Phagengenom) und mobile Elemente
Chromosom
exogene DNA
Plasmid
Teil oder das gesamte Phagengenom
bewegliche Elemente
Phänotyp
Die Summe der morphologischen und physiologischen Eigenschaften, die Bakterien während ihres Wachstums in einer bestimmten äußeren Umgebung aufweisen.
Bakterien mit demselben Genotyp können unter verschiedenen Bedingungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen
Bakterienmutation
Genetische Variation (genotypische Variation)
Variationsamplitude
einzelne Zellen
Merkmale
Kann stabil an die Nachkommen weitergegeben werden
Phänotypische Variation
Variationsamplitude
Gruppe (die meisten Personen in derselben Umgebung)
Merkmale
Änderungen sind reversibel und können nicht vererbt werden
Einstufung
Morphologische und strukturelle Variation
Kapselvariation
Sporenmutation
Flagellenvariante
Kolonievariation
SR-Variante
Glatte Kolonie (S)
Rauhe Kolonie (R)
Grund
Verlust von LPS-spezifischen Polysacchariden, Kapseln usw.
L-Typ-Mutation
Virulenzvariation
Die Virulenz verschwindet, schwächt sich ab oder nimmt zu
Arzneimittelresistenzvarianten
Antigenität, Immunität und andere Variationen