噬菌体是哪里产生的

第十五章　细菌的遗传与变异

学习目标

1．掌握细菌变异的机制。

2．熟悉与细菌遗传相关的物质。

3．了解细菌遗传变异在医学上的应用。

遗传与变异是生物界的普遍现象，细菌也不例外。细菌的性状在一定环境条件下相对稳定，并代代相传，称为遗传(heredity)。若子代与亲代之间出现不同程度的差异称为变异(variation)。遗传使细菌保持了种属特性的相对稳定，以维持其种系的繁衍;变异使细菌产生变种或新种，有利于细菌适应新环境，保证了细菌在自然界的生存与进化。

由于细菌形体微小，结构简单，繁殖速度快，易于人工培养，且周围环境对细菌的作用均匀而直接，因此，细菌是进行遗传变异研究的极好实验材料。正是通过对细菌遗传变异机制的研究，丰富了分子遗传学的理论，建立了一系列分子生物学技术，这些理论和技术已越来越多地在生产实践中应用，如基因工程菌的建立与应用等。同时，随着对细菌遗传变异本质认识的不断深入，将大大推动细菌致病机理、耐药机制、细菌感染的快速诊断及防治新思路的研究。因此，了解细菌的遗传与变异具有十分重要的理论意义和实用价值。

第一节　细菌变异的现象

1．形态结构变异　细菌的形态、大小及结构受外界环境条件的影响可发生变异。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L型细菌。有些细菌变异后可失去特殊结构。有鞭毛的伤寒沙门菌变异后可失去鞭毛，称为H－O变异。由于鞭毛的动力使细菌在固体培养基上呈弥散生长，菌落似薄膜(德语hauch，意为薄膜)，称H菌落。失去鞭毛的细菌呈单个菌落生长，称为O菌落(德语ohnehauch，意为无薄膜)。变异的肺炎链球菌失去荚膜，同时毒力也降低。

2．抗原性变异　肠道杆菌的鞭毛抗原、菌毛抗原常发生变异。沙门菌属的H抗原可发生相变异，如由I相变成Ⅱ相，或由Ⅱ相变成Ⅰ相。

3．菌落变异　肠道杆菌的菌落变异较为常见。由光滑型(smooth，S型)变为粗糙型(rough，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。

4．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－Guerin)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13年传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 Calmete－Guerin，BCG)，用于结核病的预防。

5．耐药性变异　细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药，而成为耐药菌株。有的细菌表现为同时对多种抗菌药物耐药，称为多重耐药菌株。自抗生素广泛应用以来，细菌对抗菌药物的耐药性不断增长而成为世界关注的问题。还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如痢疾志贺菌链霉素依赖减毒株(SmD株)，可用于痢疾的预防。

第二节　与细菌遗传变异相关的物质

细菌遗传变异的物质基础是细菌的染色体和染色体外的其他遗传物质(质粒、噬菌体、转座子)。细菌的遗传物质是基因的载体，携带各种遗传信息。

一、细菌的染色体

细菌的染色体(chromosome)，就是它的核质DNA，以双链环状、高度盘旋缠绕的形式存在，不含组蛋白，与细胞浆间无膜样结构分隔。其遗传功能单位是基因，即DNA分子上具有特定核苷酸序列的区段。如大肠杆菌的染色体分子含3．2×106～4．6×106个碱基对。若以每一个基因含1 000个碱基对计算，则一个大肠杆菌有3 000多个基因。大肠杆菌可产生2 000多种酶，还有其他结构蛋白，与所需基因数大致接近。细菌染色体DNA分子含有细胞正常生长所必需的全部遗传信息。若DNA碱基发生变化，就会导致细菌的遗传性状发生变异。

二、细菌的质粒

质粒(plasmid)是细菌染色体外的遗传物质，存在于细胞质中，为闭合双股环状DNA，质粒所含的基因数比染色体少得多。质粒不是细菌生长繁殖所必需的物质，可自行丢失或经人工处理而消除。质粒所携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状，有利于细菌在特定环境下的生存。

质粒的分类如下。

1．根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递，将其分为接合性质粒(conjugative plasmid)和非接合性质粒(nonconjugative plasmid)两大类。接合性质粒带有与接合传递有关的基因(tra基因等)，一般来讲相对分子质量较大，链长为40～100 kb，如F质粒、R质粒。非接合性质粒相对分子质量较小，一般链长在15 kb以下，但也有例外，如志贺菌的毒力质粒链长220 kb。非接合性质粒在一定条件下通过与其共存的接合性质粒的诱动(mobilize)或转导而传递。

2．根据质粒的不相容性进行分类，常用于流行病学调查。不相容性(incompatibility)指结构相似、密切相关的质粒不能稳定地共存于同一个宿主菌内的现象，反之为相容性。例如肠杆菌科的细菌质粒可分为30余个不相容组。

3．根据质粒基因编码的生物学性状进行分类，例如编码细菌性菌毛的F质粒;携带耐药性基因，使细菌产生抗菌药物耐药性的R质粒;编码大肠埃希菌细菌素的Col质粒;与细菌毒力有关的Vi质粒等。

三、噬菌体

噬菌体(bacteriophage，phage)是侵袭细菌的病毒，也是赋予宿主菌生物学性状的遗传物质。噬菌体的体积微小，需用电子显微镜观察。噬菌体由核酸和蛋白质组成，须在活菌内寄生，有严格的宿主特异性。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，有头部和尾部之分。头部是由蛋白质衣壳包绕核酸组成，呈六边形立体对称。尾部由蛋白质组成，有尾领、尾鞘和尾髓之分，尾部末端有尾板、尾刺和尾丝，与吸附宿主有关(图15－1)。

图15－1　蝌蚪形噬菌体结构模式图

噬菌体感染敏感菌后可产生两种后果:噬菌体增殖引起细菌裂解，或噬菌体不增殖而使宿主菌形成带有噬菌体基因的溶原状态。根据这两种不同后果，可将噬菌体分为毒性噬菌体和温和噬菌体两种。

(一)毒性噬菌体及其溶菌过程

毒性噬菌体(virulent phage)是指能在敏感宿主菌内增殖并导致细菌裂解的噬菌体。其溶菌过程主要分3个阶段。

1．噬菌体的吸附与穿入　噬菌体与敏感菌的吸附具有高度特异性。有尾噬菌体通过尾丝或尾刺吸附于菌细胞的特异受体上，不同噬菌体具有不同的相应受体，如大肠杆菌T3、T4、T7噬菌体的受体是细胞壁表面的脂多糖，而T2和T6的受体为蛋白质。无尾噬菌体如单股RNA噬菌体则通过其外壳与性菌毛侧面吸附;单股DNA的纤线形噬菌体以其顶端吸附于性菌毛的顶端。

当有尾噬菌体吸附细菌后，借助尾部含有的一种溶菌酶类物质，将细胞壁溶一小孔以便尾髓插入。通过尾鞘的收缩，将头部的DNA经尾髓小孔注入菌体，蛋白质外壳则留在菌体外。

2．噬菌体在菌体内的增殖　噬菌体DNA进入菌体后，细菌本身的DNA复制便终止，并开始由噬菌体核酸指导下的核酸复制与蛋白质合成。当噬菌体的核酸与蛋白质分别合成后，在细菌胞浆中按一定程序装配成完整的成熟子代噬菌体。

3．细菌的裂解　噬菌体在菌体内增殖到一定程度，菌细胞突然裂解，释放出大量成熟噬菌体。一个细菌能释放出数十个至数百个噬菌体。噬菌现象在液体培养基中，可使混浊菌液变澄清;在固体培养基上形成无菌生长的透明空斑，即噬菌斑。

(二)温和噬菌体与细胞的溶原状态

有些噬菌体感染细菌后并不增殖，而是将其核酸整合在细菌染色体上，随细菌染色体复制而复制，并随细菌分裂而代代相传，这种噬菌体称为温和噬菌体(temperate phage)或溶原性噬菌体(lysogenic phage)。带有噬菌体核酸的细菌称为溶原性细菌(lysogenic bacterium)，这种状态称为细菌的溶原状态，整合于细菌染色体上的噬菌体核酸称为前噬菌体(prophage)。

有些前噬菌体可使溶原性细菌的表型发生改变，称为溶原性转换(lysogenic conversion)。白喉棒状杆菌产生白喉毒素、肉毒梭菌产生肉毒毒素、化脓性链球菌产生红疹毒素都与溶原性转换有关，这些毒素基因都是前噬菌体。沙门菌、志贺菌等抗原结构和血清型别也受溶原性噬菌体的控制，若失去前噬菌体则有关性状亦发生改变。

溶原状态可以自发或在一些理化因素(如紫外线或丝裂霉素C)诱导下终止，此时，前噬菌体可从细菌染色体上脱落，开始像毒性噬菌体样的复制增殖，最终导致细菌裂解并释放出成熟噬菌体。因此，温和噬菌体既有溶原性周期又有溶菌性周期(图15－2)，而毒性噬菌体仅有裂解周期。

四、转座子

转座子(transposon，Tn)是一类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分。伴随着转座子移动的过程中，会出现插入突变。转座子包括插入序列和复合转座子。

插入序列(insertion sequence，IS)是较短的转座子，750～2 000 bp DNA，仅仅携带编码自身转座所需酶的基因。IS存在于多种细菌的染色体或质粒中。

复合转座子(complex transposon):除携带转座所需要的基因外，还带有其他特化功能的基因，如耐药性基因、重金属抗性基因、糖发酵基因或肠毒素基因等，其两端为插入序列，但不含有自身复制所需要的遗传信息。常见的编码耐药性基因的转座子见表15－1。转座子携带的耐药性基因在细菌的染色体和质粒之间或质粒和质粒之间转移，导致耐药性基因的播散，是自然界中细菌耐药性产生的重要原因之一。

图15－2　噬菌体与细菌相互作用

1．噬菌体吸附于易感染菌细胞表面;2．将DNA注入细菌体内;3．噬菌体环状DNA存在于菌体内;4．噬菌体核酸复制;5．合成噬菌体结构蛋白;6．噬菌体成熟; 7．成熟噬菌体裂解宿主菌，自菌体内释出;8．噬菌体DNA插入宿主菌基因中; 9．噬菌体以前噬菌体形式随宿主菌分裂繁殖而分布至子代菌细胞中。

表15－1　常见的耐药转座子

第三节　细菌遗传变异的发生机制

细菌的变异有遗传性变异与非遗传性变异。非遗传性变异是指细菌受环境因素的影响而发生的某些性状改变，往往涉及全体细胞，但其基因型未改变，是不可遗传的，这种变异也是不稳定的，当环境条件回复，细菌可恢复原来的性状。遗传性变异(genotypic variation)是指因细菌基因型改变而引起的变异，一般只涉及个别细胞，是可遗传的，变异的性状相对稳定。引起遗传性变异的机制包括基因突变和基因转移与重组。

一、基因突变

突变(mutation)是由于细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变所导致的遗传性变异。突变包括基因突变和染色体畸变。染色体畸变涉及较大范围内DNA分子的改变，包括缺失、易位、倒位、重复等，常导致细菌死亡。基因突变也称点突变，仅涉及DNA分子中一对或少数几对核苷酸的改变，其原因是由于个别碱基的置换、插入或缺失，并由此引起密码子的改变，从而导致它所编码的氨基酸结构改变，使细菌的性状变异。

细菌的突变类型可分为正向突变与回复突变。正向突变(forward mutation)是指细菌由野生型开始发生突变而引起的性状改变。回复突变(backward mutation)是指经过再次突变又恢复原来的性状，但性状的恢复不一定需要恢复到原来的基因型。

基因突变按其发生原因不同，又可分为自发突变(spontaneousmutation)和诱发突变(induced mutation)。自发突变是指在没有人为影响的条件下自然发生的突变，其发生频率很低，一般为10－6～10－9。诱发突变是指细菌在某些理化因素作用下突变率显著提高，可达几十倍至几万倍。具有诱发突变作用的理化因素，称为诱变剂。诱变剂种类很多，常见的物理因素有X射线、γ射线、α和β射线、紫外线等;化学因素包括各种化学物质，如碱基类似物、烟草焦油、一些真菌毒素、某些植物的生物碱和类黄酮，蛋白质的热解产物(如Trp－p－1，Trp－p－2)及一些药物等，其中有些不仅是诱变剂，且已证明是对人的致癌剂。鉴于诱发突变频率较高，人们有目的地在细胞外制造位点特异性突变，然后再导入菌体内，观察并分析突变的表型，用于基因的表达和调控机制方面的研究。这种定向诱变的方法与经典遗传学的方法相反，称为反向遗传学(reverse genetics)或DNA分析遗传学(genetics by DNA analysis)。

细菌群体中能够存活下来的一些突变株，可以被特定的环境条件所选择。进入病人体内的少量细菌经过生长繁殖也会自发地产生各种突变菌株，这些突变可以赋予细菌耐药性、增强细菌毒力或抗原性的改变，从而提高了细菌在病人体内的生存能力，致使突变菌株迅速过度生长而被选择出来成为优势型。

二、基因转移和重组

细菌的进化需要不断产生遗传型变异，细菌之间的DNA转移与重组可以在短期内产生不同基因型的个体，适应环境条件，接受自然界的选择，这是形成细菌遗传多样性的重要原因。供体菌(donor)DNA转移给受体菌(recipient)的过程称为基因转移或基因交换(genetic exchange)。成功的遗传重组(genetic recombination)则要求进入受体菌的外源DNA能够复制，导致其基因型发生改变成为重组体或重组菌(recombinant bacteria)。细菌基因转移和重组的方式如下。

(一)转化

转化(transformation)是指受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，并将其整合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传学性状的过程。

转化现象最早是由Griffith在1928年从肺炎链球菌中发现的，并非常巧妙地设计了一个实验，来证实这一现象，如图15－3。他将大量经热杀死的ⅢS型肺炎链球菌与少量活的ⅡR型肺炎链球菌混合，注入小鼠体内引起小鼠死亡，并从小鼠体内分离出活的ⅢS型肺炎链球菌。这一实验说明，活的ⅡR型肺炎链球菌从死的ⅢS型菌中获得了能产生荚膜的某种物质，而成为ⅢS型肺炎链球菌。当时称这种物质为转化因子。直至1944年，Avery证实这种转化因子是肺炎链球菌的DNA片段。

图15－3　肺炎链球菌的转化试验

细菌进入一种称为感受态(competence)的特殊生理状态时，才能够捕获外源的转化DNA，感受态细胞结合的DNA数量比非感受态细胞多1 000倍。感受态的出现时期、持续时间因菌种而异，大多数细菌均不能自然摄取外源DNA。Mandel等首先报道在加入转化DNA之前，预先用氯化钙处理和温度休克(temperature shock)大肠埃希菌细胞，可诱导其呈现感受态。处于感受态的细菌，某种蛋白质与核酸结合形成可以抵御核酸酶作用的复合物。细菌转化受多种因素的制约，包括转化DNA的浓度、纯度和构型，转化细胞的生理状态，以及转化的环境条件等。电转化或称电穿孔技术(electroporation)可以使转化频率比一般转化方法高10～100倍。

(二)接合

细菌通过性菌毛相互连接沟通，将质粒或染色体的DNA从供体菌转移给受体菌的过程称为接合(conjugation)。

图15－4　F质粒接合转移模式图

已发现的许多质粒接合传递系统中，F质粒研究得最为详细。在大肠埃希菌内，F质粒有3种不同的存在方式。F质粒以染色体外质粒DNA形式存在，这种细菌叫做雄性菌(F+)，其表面有F质粒编码的性菌毛，接合时做供体菌。无F质粒的为雌性菌(F－)，接合时做受体菌。在合适的条件下，将F+与F－细菌混合培养，由于性菌毛的作用，就会形成F+－F－配接对。F质粒DNA的传递是从转移起点oriT开始的，首先在oriT位点做单链切割，随后缺口链在其游离的5’端的引导下转移到受体菌，并作为模板合成互补链，形成新的质粒分子。在供体菌内，也会发生质粒DNA按滚环复制模式合成互补链以取代已转移走的缺口单链。接合过程结束，两个菌细胞内各形成一个双链F质粒，F－变成F+，也长出性菌毛(图15－4)。F质粒还可以整合到细菌的染色体上，有可能引发宿主染色体发生高频率转移，故称为高频重组菌株(Hfr)。Hfr与F－接合时，F质粒的起始转移位点的一股DNA链断开，引导染色体DNA通过性菌毛接合桥进入F－菌细胞，F质粒的其他部分最后进入受体菌，整个过程约需100 min。由于细菌间的接合桥并不稳定，接合作用随时自发解离或受外界因素影响而中断，故在Hfr菌接合转移中，可以有不同长度的供体染色体片段进入受体菌进行重组。但受体菌获得完整F质粒DNA的机会很小，因其大部分是最后进入受体菌，故受体菌往往仍然是F－。应用间断配接(interrupted mating)试验，根据各基因进入受体菌的时间，绘制大肠埃希菌染色体的基因排序图。F质粒在Hfr菌中的整合作用是一种可逆过程，有时也会脱离下来。从染色体上脱离下来的F质粒还会携带相邻的染色体基因或DNA片段，称为F'质粒。

1959年日本学者将具有多重耐药性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。此后，在世界各地报道了耐药性质粒的普遍存在和广泛传播。耐药性质粒的结构以R100研究得较为详细。R100质粒由两部分组成，一是耐药性传递因子(resistance transfer，RTF)，能编码性菌毛，使其以接合方式传递;另一是耐药决定子(resistance determinant)，赋予宿主菌耐药性，一个耐药决定子可携带多个耐药基因(图15－5)。因此，携带耐药性质粒的细菌可同时对多种抗菌药物耐药，即多重耐药性(multiple drug resistance)。接合性耐药性质粒(R质粒)通过接合方式可以在同一种属细菌间或不同菌属间进行传递，这在革兰阴性菌中更为突出，使细菌耐药性迅速播散，耐药菌株不断增加。

图15－5　R100质粒结构模式图

近年来，临床耐药菌株日益增多，细菌产生耐药性的机制也比较复杂，但归纳起来主要有两个方面原因。

1．由细菌染色体控制的耐药性　细菌染色体上控制抗生素作用位点的结构基因发生突变，导致细菌结构变化，抗生素不能与细菌结合。如链霉素的作用位点是细菌核糖体30S亚基S12蛋白，若控制S12蛋白的基因突变，则链霉素不能与细菌结合，不能干扰细菌蛋白质合成，从而形成耐药性。细菌对卡那霉素、红霉素、四环素的耐药性也可由于染色体的突变而形成。

2．由R质粒控制的耐药性　有些R质粒可编码一些钝化酶，使抗生素失活，如青霉素酶质粒编码青霉素酶，使青霉素水解而失去活性。有些质粒可编码产生乙酰转移酶或腺苷转移酶，使抗生素乙酰化、腺苷化，使其不能与作用位点结合而形成耐药性，如腺苷化链霉素不能与30S亚基上S12蛋白质结合。有些R质粒编码的酶控制细菌细胞膜的通透性，阻止抗菌药物进入菌体。

由此可见R质粒是细菌耐药性产生的主要原因之一，特别是多重耐药质粒形成的多重耐药性，在临床上造成了严重危害，尤其在肠道杆菌科的细菌中，R质粒的传递引起的耐药性更为常见。如果R质粒在传递过程中丢失，细菌的耐药性也会随之消失。

(三)转导

转导(transduction)是以噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。根据转导DNA片段的范围，可分为普遍性转导和局限性转导。

1．普遍性转导(generalized transduction)　前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，装配成新的子代噬菌体时，大约每105～107装配中发生一次错误，将供体菌DNA误装入噬菌体头部，当它感染受体菌时，则将供体菌DNA带入受体菌内。因供体菌染色体或质粒的任何DNA片段都有可能被转导，故称为普遍性转导。

转导过程包含着基因转移和重组。供体菌的DNA片段必须在受体菌内重组，与其一起复制成为稳定的转导子，称为完全转导。如果供体DNA片段不能重组，其本身不具有独立复制功能，随细胞分裂，供体DNA片段只能沿着单个细胞传递下去，称为流产转导(图15－6)。

转导在革兰阳性菌和革兰阴性菌中均可发生，由于噬菌体有宿主特异性。转导现象仅发生在同种细菌内。普遍性转导是金黄色葡萄球菌中耐药性传递的主要方式。

图15－6　普遍性转导模式图

2．局限性转导(restricted transduction)局限性转导是前噬菌体从宿主菌染色体切离时发生偏差，将前噬菌体两旁的基因转移到受体菌，使后者的遗传性状发生改变的过程。例如，温和噬菌体λ感染大肠埃希菌，整合于染色体上半乳糖操纵子(gal)和生物素操纵子(bio)之间。但切离时可能发生偏差，其概率为10－6，与细菌染色体进行部分交换，形成带有gal或bio的缺陷噬菌体。这种缺陷噬菌体感染受体菌时可将供体菌染色体DNA带入受体菌(图15－7)。

图15－7　局限性转导模式

(四)溶原性转换

溶原性转换(lysogenic conversion)是指温和噬菌体感染细菌，并将其核酸整合于细菌染色体上，导致细菌变异的现象。例如不产生毒素的白喉杆菌，受到β棒状杆菌噬菌体的感染，将此噬菌体携带的编码白喉外毒素的基因整合于细菌染色体上，使细菌成为能产生白喉外毒素的溶原性细菌(图15－8)。此外，A群链球菌产生红疹毒素，金黄色葡萄球菌产生α溶血素、δ溶血素、肠毒素A，肉毒梭菌产生C、D毒素等，都是溶原性转换。

图15－8　溶原性转换模式

第四节　细菌遗传变异在医学上的应用

1．在诊断、治疗和预防方面的应用　细菌的变异可发生在形态结构、生化反应、抗原性和毒力等方面，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的L型细菌，用常规方法分离培养呈阴性，必须采用含血清的高渗培养基培养L型细菌。又如分解乳糖的基因转移给沙门菌，出现能够分解乳糖的伤寒沙门菌，按常规细菌鉴定容易忽视。要充分了解细菌的变异现象和规律，才能正确诊断细菌感染性疾病。

随着分子生物学技术的发展，有许多快速诊断方法用于细菌的鉴定。加聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)方法选择性体外扩增DNA片段，简便、敏感、特异性好，是利用核酸作细菌分类鉴定方法中最适用于细菌感染诊断的技术。PCR方法扩增细菌进化过程中保守、稳定、具有种特异性的片段，可用于不易培养或生长缓慢细菌的鉴定，如结核分枝杆菌、嗜肺军团菌等。

细菌的耐药性变异是临床细菌性感染面临的重要问题之一，对临床分离菌株进行耐药性监测，注意耐药谱的变化和耐药机制的研究，将有利于指导正确选择抗菌药物和防止耐药菌株的扩散。

细菌遗传变异的研究对传染病的预防也具有重要的意义。以毒力减弱而保留免疫原性的菌株制成减毒活疫苗，已成功地用于某些传染病的预防。早在人们对细菌的遗传和变异的理论尚未了解的年代，巴斯德就已将42℃高温下培养，毒力减弱的炭疽芽胞杆菌制成活疫苗用于炭疽病的预防。卡介苗(BCG)用于结核病的预防已经延续了半个多世纪。此外，布氏菌和鼠疫耶尔森菌的减毒活疫苗均有效地用于布氏菌感染和鼠疫的预防。

在某些局部感染时可用噬菌体作为一种辅助治疗，如铜绿假单胞菌噬菌体在烧伤创口感染的应用。但由于噬菌体的宿主菌特异性过于专一，其应用受到很大限制。

2．在检测致癌物质方面的应用　细菌的基因突变可由诱变剂引起。凡能诱导细菌突变的物质也可能诱发人体细胞的突变，这些物质有可能是致癌物质。AMes试验就是根据细菌的致突变试验检测致癌物质的原理设计的。采用鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型(his－)，在组氨酸缺乏的培养基上不能生长。但如发生回复突变成为his+，则能够生长。计数培养基上的菌落数，比较有待检物诱导的试验平板与无诱导物诱导的对照平板，凡能提高突变率，诱导菌落生长较多者，即有致癌的可能性。

3．在流行病学方面的应用　将分子生物学的分析方法应用于流行病学调查，追踪基因水平的转移与播散，有其独特的优点。例如，指纹图谱法(fingerprinting)，将不同来源细菌所携带的质粒DNA、毒力基因或耐药性基因等，经同一种限制性内切酶切割后进行琼脂糖凝胶电泳，比较所产生片段的数目和大小是否相同或相近，确定某一感染爆发流行菌株或相关基因的来源，或调查医院内耐药性质粒在不同细菌中的播散情况。

在细菌感染的流行病学调查中，也利用噬菌体分型的方法追踪其来源。

4．在基因工程方面的应用　基因工程是20世纪70年代以来在分子遗传学基础上发展起来的一门生物技术。它包括从复杂的生物体基因组中分离出带有目的基因的DNA片段;将其连接到能够自我复制的质粒、噬菌体或其他载体分子上，形成重组DNA分子;然后将重组DNA分子转移到受体菌(或其他宿主细胞)并进行筛选，使之实现功能表达，产生人类所需要的物质。这种技术意义相当重大，解决了一些天然合成或分离纯化十分困难且成本昂贵药物的生产，而在大肠埃希菌或其他生物体内得到有效的表达，如重组胰岛素、干扰素、生长激素等的生产。此外，还用基因工程方法生产有效的新型疫苗，如乙型肝炎病毒表面抗原疫苗，为传染病的预防开辟新途径。

5．在基因组学研究方面的应用　众所周知，人类基因组的研究工作是基于微生物遗传学研究工作的基础上得以发展的，无论是理论还是方法都是细菌遗传和变异研究重大发展的延伸。随着“人类基因组计划”和“微生物基因组计划”的实施与完成，对人类重大疾病(肿瘤、代谢病、传染病等)研究的突破，将会成为医学发展史上新的里程碑。

(张　改)