大肠杆菌的基本知识概述_大肠杆菌概述ppt

　　大肠杆菌是重要的模式生物,在高中生物学中有.多处知识涉及到,如原核生物的基本结构与分裂、T2’噬菌体侵染细菌实验、基因工程常见运载体、大肠杆菌的鉴定、微生物的酶合成调节等。这些知识涉及点多,分布零散,缺乏系统性,下面就大肠杆菌的基本知识作简要概述。
　　
　　1　认识大肠杆菌的基本历程
　　
　　大肠杆菌是大肠埃希氏菌的俗称,属肠杆菌科埃希氏菌属,1885年埃舍利希氏首次发现。在相当长的时间内,人们一直把它当作正常肠道菌群的组成部分,认为是非致病菌。直到20世纪中叶,才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性,尤其对婴儿和幼禽,常引起严重腹泻和败血症。根据不同的生物学特性,将致病性大肠杆菌分为5类:致病性大肠杆菌(EPEC)、肠产毒性大肠杆菌(ETEC)、肠出血性大肠杆菌(EHEC)、肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)、肠黏附性大肠杆菌(EAEC)。
　　
　　2　大肠杆菌的基本结构
　　
　　2.1　细胞壁
　　大肠杆菌的细胞壁厚约11μm,分外膜和肽聚糖层。外膜是大肠杆菌细胞壁的主要成分,占细胞壁干重80%,位于肽聚糖层的外侧,主要由磷脂、蛋白质和脂多糖组成。脂多糖是革兰氏阴性细菌的内毒素,也是革兰氏阴性细菌细胞壁的特有成分,主要与抗原性、致病性及对噬菌体的敏感性有关。肽聚糖层由1―2层网状的肽聚糖组成,占细胞壁干重的10%,是细菌特有的成分,由聚糖链、短肽和肽桥三部分组成。由,脂蛋白将外膜和肽聚糖层连接起来,从而使大肠杆菌的细胞壁形成一个整体结构。
　　
　　2.2　细胞膜
　　大肠杆菌的细胞膜与其他生物细胞膜的结构相似,但上面的蛋白质含量高、种类多,具有选择透性,可控制营养物质进出细胞。大肠杆菌的细胞膜含有丰富的酶系,是大肠杆菌的能量转化的场所,参与细胞壁的合成。
　　
　　2.3　细胞质
　　大肠杆菌的细胞质含有糖原颗粒、核糖体和质粒等结构。
　　2.3.1　核糖体
　　大肠杆菌的核糖体包含两个亚基,即50S亚基(23S rRNA、5S rRNA、34种蛋白质)和.30S亚基[16SrRNA、21种蛋白质(S1～S21)]。rpsL基因就是表达核糖体30S亚基中的S12蛋白质,S12蛋白作用于翻译的开始阶段。链霉素等抗生素的作用位点就是核糖体30S亚基上的S12蛋白质,正常情况卞链霉素与S12:蛋白结合使蛋白质的生物合成不能进行,野生型大肠杆菌不再生长。但rpsL基因的突变使链霉素失去结合位点,从而使该基因型的菌株具有了对链霉素的抗性(Str+)。
　　2.3.2　质粒
　　质粒具有自我复制的特性,不同质粒的基因能与拟核基因发生基因重组,可通过细菌的接合而转移,也可随细胞的分裂而传递或丢失。由于质粒具有这些特性,所以在分子生物学和遗传工程中质粒经常作为外源基因的载体。大肠杆菌中已发现的质粒有F因子、R因子和Col因子等。
　　2.3.2.1　F因子
　　F因子又称致育因子,是最早发现的质粒,含3个主要基因群,分别具有插入、复制和转移的功能。含有F因子的大肠杆菌为雄性,用F+表示;不含F因子的大肠杆菌称为雌性,用F-表示。通过F+和F-细菌的接合F因子可经性菌毛传递给P菌株,使F-菌株转变为F+菌株。F因子可单独存在,也可以通过同源重组整合到细菌的拟核上。
　　2.3.2.2　R因子
　　R因子由相连的两个DNA区段组成:一个为抗性转移因子,它含有调节DNA复制和拷贝数的基因、转移基因及四环素抗性基因;另一个为抗性决定因子,其上含有青霉素、氨苄青霉素、氯霉素、链霉素和磺胺等抗性基因。
　　2.3.2.3　Col因子
　　Col因子即产大肠杆菌素因子。它编码合成大肠杆菌素,大肠杆菌素的化学成分为脂多糖蛋白质复合物,它能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢而专一性地杀死不含Col因子的其他肠道细菌。
　　
　　2.4　拟核
　　拟核由RNA、蛋白质和超螺旋环状DNA组成,主要基因位于这条环状DNA上。
　　
　　2.5　特殊结构
　　2.5.1　荚膜
　　荚膜由大肠杆菌向细胞壁外分泌的一层胶状物,主要由多糖组成,具有抗原性,构成了大肠杆菌的表面抗原,即K抗原。
　　2.5.2　鞭毛与菌毛
　　鞭毛由鞭毛蛋白组成,构成了细菌的鞭毛抗原,与运动有关。若将大肠杆菌穿刺接种于半固体培养基,它将沿穿刺线向周嗣扩散生长。在细胞表面还含有一种比鞭毛更细更短更硬的丝状体叫菌毛,可分为普通菌毛和性菌毛。普通菌毛吸附于动植物、真菌以及各种细胞的表面,有的是噬菌体吸附的位点;性菌毛是在F因子的控制下形成的,它是细菌接合的“工具”,通过性菌毛的接合,可在细菌之间传递质粒或拟核基因等。
　　
　　3　大肠杆菌的抗原和抵抗力
　　
　　3.1　大肠杆菌的抗原
　　大肠杆菌的抗原可分为菌体抗原(0)、鞭毛抗原(H)和表面抗原(K),后者有抗机体吞噬和抗补体的能力。根据菌体抗原的不同,可将大肠杆菌分为150多种类型,其中有16个血清型为致病性大肠杆菌。
　　
　　3.2　大肠杆菌的抵抗力
　　大肠杆菌对热的抵抗力较其他肠道杆菌强。55℃加热60min或60℃加热15min仍有部分细菌存活;在自然界的水中可存活数周至数月,在温度较低的粪便中存活更久;胆盐、煌绿等对大肠杆菌有抑制作用;对磺胺类、链霉素、氯霉素等敏感,但易耐药,是由带有R因子的质粒转移而获得的。
　　
　　4　代谢与繁殖
　　
　　4.1　产能代谢
　　大肠杆菌为兼性厌氧菌,其营养类型为化能异养。呼吸类型为:在有氧条件下进行有氧呼吸产能;在无氧条件下进行无氧呼吸和发酵产能,将葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、H2和CO2等多种产物,因此大肠杆菌既产酸又产气。
　　
　　4.2　生化反应
　　由于大肠杆菌产生较多有机酸,加入甲基红呈红色。故大肠杆菌甲基红反应阳性;大肠杆菌发酵葡萄糖不产生2,3-丁二醇,故大肠杆菌V.P.反应为阴性。常用的伊红一美蓝乳糖培养基,用于鉴别饮用水和乳制品中是否存在大肠杆菌等细菌。如果有大肠杆菌,因其强烈分解乳糖而产生大量的混合酸,菌体带H+,故菌落被染成深紫色,菌落表面带有金属光泽。
　　
　　4.3　大肠杆菌的繁殖
　　早期分子生物学的研究主要以大肠杆菌为实验材料,揭示了许多生命的现象和规律。1953年,沃森 和克里克提出DNA的双螺旋结构模型并设想DNA以半保留方式进行复制;1958年梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为材料,证明了DNA半保留复制的有效性;1969年凯恩斯用放射自显影技术证明了大肠杆菌环状DNA的半保留复制。至20世纪70年代,大肠杆菌的复制过程已相当清楚,为分子生物学的发展及认识细胞分裂奠定了理论基础。
　　
　　5　大肠杆菌的培养与菌落形态
　　
　　大肠杆菌合成代谢能力强,在含无机盐、胺盐、葡萄糖的普通培养基上生长良好。最适生长温度为37℃,生长温度范围为15-46℃。在有氧条件下生长良好,最适生长pH为6.8～8.0,范围7.0～7.5,若pH值低于6.0或高于8.0则生长缓慢。在普通营养琼脂上生长,表现为3种菌落形态:①光滑型:菌落边缘整齐,表面有光泽、湿润、光滑、呈灰色,在生理盐水中容易分散;②粗糙型:菌落扁平、干涩、边缘不整齐,易在生理盐水中自凝;③黏液型:常为含有荚膜的菌株。
　　
　　6　大肠杆菌与人类和动物的关系
　　
　　大肠杆菌随婴儿哺乳进入肠道,与人终身相伴,是人肠道中的正常栖居菌,为消费者,其代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长,减少蛋白质分解产物对人体的危害,还能合成维生素B和K及有杀菌作用的大肠杆菌素,与人是互利共生的关系。但若进入胆囊、膀胱等处会引起炎症;在卫生不良的情况下,常随粪便散布在周围环境中(生活在体外则属于分解者),若在水和食品中检出此菌,可认为是被粪便污染的指标,从而可能存在肠道病原菌。因此,大肠菌群数(或大肠菌值)常作为饮水和食物的卫生学检测标准(饮用水中大肠杆菌数不应超过3个/L)。
　　当前大肠杆菌给禽牧养殖业带来的损失严重,由大肠杆菌导致的常见疾病有鸡胚和雏鸡早期死亡,禽类和猪急性败血症、气囊病、肉芽肿、心包炎、坠卵性腹膜炎及输卵管炎,这些疾病正困扰着广大养殖户和兽医工作者。
　　
　　7　大肠杆菌在生物技术中的应用
　　
　　大肠杆菌繁殖速度快、代谢旺盛、遗传背景清楚、培养条件简单,是应用于生物技术最广泛、最成功的表达体系,常做高效表达的首选载体。例如,科学家们把人的胰岛素基因送到大肠杆菌的细胞,使胰岛素基因和大肠杆菌的遗传物质相结合获得高效表达的工程菌。该工程菌不但能够一代代的传下去,而且后代的大肠杆菌也能生产胰岛素了。