非接合性质粒分子量较小，不足以编码转移体系所需要的基因，因而不能自我接合传递。但如果在同一宿主细胞内存在接合性质粒（如F质粒或R质粒），它们可以被诱动传递。例如大肠菌素质粒ColE1从供体菌被诱动传递给受体菌的过程，需要质粒自己编码的两种基因参与。一个是位于ColE1 DNA上的特异位点bom（有时也称nic位点）；另一个是ColE1质粒产生的可以弥散的基因产物，即mob基因编码的核酸酶。当相容性的两个质粒F和ColE1共存于同一菌细胞时，ColE1质粒的mob基因进行转录，其产物使bom位点发生单链断裂而出现缺口，于是ColE1的构型由超螺旋型转变为缺口开环型。F质粒编码性菌毛，为ColE1提供它所缺乏的接合功能（图3-8）。
图3-7 R100质粒结构模式图
图3-8 非接合性质粒被诱动传递示意图
转导（transduction） 转导是以噬菌体为媒介，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3-9）。
图3-9 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，其几率为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3-10）。
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3-10 局限性转导模式图
溶原性转换（lysogenic conversion） 溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的遗传性状称为溶原性转换。溶原性转换可使某些细菌发生毒力变异或抗原性变异。例如，不产生毒素的白喉棒状杆菌被β-棒状杆菌噬菌体感染成为溶原性细菌时，由于该噬菌体携带编码白喉毒素的结构基因tox，宿主菌便可产生白喉毒素。此外，A群链球菌的红疹毒素、金黄色葡萄球菌的?溶血素和肠毒素A、肉毒梭菌的C型和D型毒素等都是溶原性转换。表面抗原结构的溶原性转换在沙门菌属和志贺菌属中发现较多。
原生质体融合（protoplast fusion） 是分别将两种细菌经处理失去细胞壁悬于高渗培养基中保持原生质体状态，然后将两种细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。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。融合体经培养重新形成细胞壁，再按其遗传标志选择重组菌。
原生质体融合技术可以使一些原来不具备基因转移条件的细菌实现基因的转移和重组，可用于同种或异种细菌之间，是一种有价值的实验方法。
第四节 细菌遗传变异在医学上的应用
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。如聚合酶链反应（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，布鲁菌和鼠疫耶尔森菌的减毒活疫苗均有效地用于布鲁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。
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。
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。
在基因工程方面的应用 基因工程是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。
