水处理微生物学(双语)第五章7～10节.ppt

Section E Bacterial genetics 细菌的遗传,E7 Bacteriophage 噬菌体,1.Structure of bacteriophage（噬菌体的结构）,1.1 噬菌体：微生物病毒； 1.2 噬菌体的结构：核酸基因组 + 衣壳（蛋白质外壳）,1.Structure of bacteriophage（噬菌体的结构）,1.3 衣壳：高度有序的结构蛋白亚单位组成，赋予噬菌体明显的形状。构成衣壳的蛋白质数目从1种（简单噬菌体MS2）到25种（复合噬菌体T4）不等。 1.4 噬菌体有三种形态： 20面体（icosahedron）：20个三角形面构成的特殊形状，这个形状在自然界中非常普遍，因为它是一个非常容易装配的外壳。 丝状（filamentous）：由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的蛋白管。 复合体（complex）：噬菌体有20面体的头部和螺旋状的尾部构成。如T型偶数类噬菌体，头部为拉长的20面体，尾部能收缩或者不能收缩，有尾鞘或者没有尾鞘，有基片（基板）或者尾丝相连。尾部的作用是帮助遗传物质注入细胞。,T4噬菌体结构和侵染细菌,2.A typical phage life cycle（典型噬菌体的生活周期）,噬菌体的生活周期有一个共同的模式： 2.1 吸附（adsorption）：噬菌体侵染宿主需要附着在宿主细胞表面上的特异受体上。受体是蛋白质或者多糖，他们可以始终存在，也可以在硬顶的条件下产生。如：T4噬菌体的吸附位点是脂多糖，T2噬菌体的吸附位点是脂蛋白，噬菌体只有当细菌在含有麦芽糖培养基上生长时才能结合在外膜的麦芽糖转运蛋白上。 2.2 侵入（pentration）：噬菌体的头部的溶菌酶溶解宿主细胞壁的肽聚糖，尾鞘收缩将DNA注入细胞。多数情况下，外源DNA可以被宿主细胞内的核酸内切酶降解。宿主的DNA被甲基化修饰，阻止被降解。某些噬菌体有甲基化作用的机制时，才能存活。 2.3 核酸复制（nucleic acid replication）：新噬菌体首先指导合成所需的酶，这些蛋白被称为早期蛋白；经过短时间后，产生大量的噬菌体结构蛋白等蛋白质，这些称为晚期蛋白。,2.A typical phage life cycle（典型噬菌体的生活周期）,2.4 噬菌体装配（phage assembly）：一旦噬菌体的衣壳成分和核酸被完全合成，新的噬菌体便自发组装。 2.5 释放（release）：噬菌体通过裂解细胞壁而释放，完成噬菌体的一个生活周期，具有这种周期的噬菌体称为烈性噬菌体。噬菌体用酶软化细胞壁，裂解细胞后释放出大约50100个噬菌体；也有的线性噬菌体穿过细胞壁后释放，并不损伤细胞。,3.Lysogenic life cycle（溶原型噬菌体的生活周期）,3.1 许多噬菌体，比较典型的是噬菌体进入宿主细胞后并不裂解循环，而是将他们的DNA整合到细菌的染色体上成为原噬菌体，并且随着细胞的分裂不断地复制。在某些因素的诱导下，噬菌体DNA从染色体上切离，进入裂解周期。 3.2 噬菌体的这种特性称为溶原性； 3.3 噬菌体DNA整合到细菌染色体上以后，称为原噬菌体；,3.Growth and assays for phage （噬菌体的生长和测定）,3.1 实验室中培养噬菌体可以采用液体培养基或者固体培养基。细菌和噬菌体以一定的比例混合，噬菌体增长的速度要比细菌大的多，直到噬菌体的数目大到可以侵染培养液中所有的细菌。液体培养既可以通过观察混浊度来判断这一点。固体培养既可以通过双层平板法观察是否所用的细菌全部被感染。 3.2 琼脂双平板法是将细菌+噬菌体+琼脂的混合液倒入含琼脂底层的平板表面，细菌生长形成菌膜，噬菌体生长则把菌膜破坏产生嗜菌斑。 3.3 双层平板法也用来测量样品中的噬菌体数目。,Section E Bacterial genetics 细菌的遗传,E9 Transduction 转导,1.Transduction（转导）,1.1 转导（transduction）：通过噬菌体颗粒的媒介，把一个细胞的DNA转移到另一个细胞的机制称为转导. 1.2 转导现象在细菌和噬菌体中被广泛发现，在自然界遗传信息的转移中起着显著的作用。转导在遗传学上也是一个重要的工具，它可以用于细菌之间转移基因，也可以通过它绘制细菌染色体的遗传图谱。,2.Generalized transduction（普遍性转导）,转到分为普遍性转导和局限性转导。 2.1 普遍性转导（generalized transduction）：通过噬菌体将宿主细菌的DNA的任何小片断转移到受体菌的现象称为普遍性转导。 2.2 普遍性转导的原因是某些噬菌体在装配阶段偶然误包装了一小段宿主细菌的DNA片断，这段DNA可以被注入受体菌。但是，它不能复制，只有整合导宿主染色体上才能存活。,3.Specialized transduction（局限性转导）,3.1 局限性转导（Specialized transduction）：溶原性噬菌体发生不精确的切离，邻近噬菌体位点上的一小段染色体被切离，噬菌体的一小段DNA遗留在染色体上。噬菌体仍然可以被正常复制，并去感染其它细胞。,Section E Bacterial genetics 细菌的遗传,E10 Transformation 转化,1.Overview（概述）,1.1 转化（transformation）：细菌能够从它们的周围环境中自然吸收DNA，并将该片断掺入染色体基因组的现象称为转化。 1.2 20世纪20年代末期Fred Griffith发现这样一个现象： 1.3 在环境中基因自然转移，转化作用大概是一个重要的机制。,Exercise,1. Explain the following words。 generalized transduction ； Specialized transduction ； 2. State the typical phage life cycle and lysogenic life cycle . 3. Compare the transformation with the transduction and the conjugation , find out their differences of gene transfer.,Section F- Bacteria and archaea in the environment 环境中的细菌和古细菌,F1 Prokaryotes in the Environment 环境中的原核微生物,1.Prokaryote niche diversity（原核生物环境的多样性）,1.1 原核微生物从高达113到4的环境中都能够分离到微生物。在生物圈的大多数地方都可以发现原和微生物的踪迹。 1.2 原核微生物已经适应利用各种各样的化合物作为它们的碳源和能源。原核生物代谢的多样性说明它们统治着每一个生态系统营养循环的过程，这也导致了原核微生物与植物、动物和其它微生物有密切的联系。也就是这个原因，造成了实验室培养微生物是非常困难的。这些生或者的但是不能培养的微生物只能用其它技术间接的鉴别它们。,2.Cycling of elements through the biosphere（生态系统中的物质循环）,James Lovelock 认为，地球是一个可以自我调节的实体，调节的基础是亿万吨化学物质在大气、海洋、陆地环境中的循环，这些化学物质包括：碳、氮和硫。固体和气体物质之间的转换大多数是由微生物完成的，部分是原核微生物完成的。 2.1 硫循环（Sulfur cycle）： 2.2 碳循环（Carbon cycle）： 2.3 氮循环（Nitrogen cycle）：,Carbon cycle,图,Exercise,1. State the Carbon cycle in the earth. 2. State the Nitrogen cycle in the earth. 3. State the Sulfur cycle in the earth.,