第一节　染色体介导的耐药

细菌染色体（bacterial chromosome）是一条双股环状DNA分子，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构，附着在横隔中介体或细胞膜上，细菌染色体携带绝大部分的遗传信息，决定细菌的基因型。与真核细胞的染色体比较，细菌染色体是裸露的核酸分子或与少量特殊蛋白质结合，缺乏组蛋白，无核膜包裹。细菌基因组中的基因结构是连续的，其排列紧密。几乎无内含子，仅有的内含子序列也不编码蛋白。转录后形成的mRNA不再剪切、拼接，直接翻译成多肽。

以大肠埃希菌（K12）为例，染色体长约1300µm，近似为菌体长度的1000倍，在菌体内高度盘旋缠绕成丝团状。染色体DNA的分子量为3×109左右，序列分析证明长度为4640kb，约含4288个基因（人类基因数为65000～80000），其中约1/3的基因功能不清，现已知编码了2000多种酶类和其他结构蛋白。细菌染色体DNA的复制是双向复制，即从复制起点开始，当双链DNA解旋后，亲代DNA分子的两条链各自作为模板，模板就是能提供合成一条互补链所需信息的核酸链，在一条模板上按顺时针方向连续复制大片段的互补链，另一条模板上按逆时针方向复制若干连续的小片段，然后再连成长的互补链。完成复制全过程约需20min。

自1995年首次完成流感嗜血杆菌的全基因组DNA测序以来，至2002年7月已有68种细菌完成了测序。全基因组序列分析的资料表明细菌的种内和种间存在着广泛的遗传物质交换，如耐药性基因和致病岛的获得。细菌染色体上带有编码耐药性的基因，其来源可能是产生抗生素的微生物，有的耐药性也来自细菌的看家基因，如其编码产物在长期进化过程中变为抗生素的灭活酶（如氨基糖苷类修饰酶）。另外染色体发生基因突变也可使细菌获得耐药性。耐药性自然突变率为10-10～10-7，由突变产生的耐药性是随机的，一般只对一种或两种相类似的药物耐药。基因突变所获得的耐药性比较稳定，但在大量菌群中，产生耐药的菌株是极个别的，而且生长较慢，对理化因素的抵抗力可能不及敏感菌，因此自然界中的耐药菌仅居次要地位。

基因突变在耐药性发展上具有重要意义，如产超广谱β-内酰胺酶的革兰阴性菌、多耐药结核分枝杆菌等的耐药均与基因突变密切相关。另外，革兰阴性菌（如大肠埃希菌、淋病奈瑟菌）对喹诺酮类耐药与编码解旋酶A亚基的基因突变有关，而革兰阳性菌（如金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等）对喹诺酮类耐药主要与编码DNA拓扑异构酶Ⅳ的基因突变密切相关。还有，细菌对大环内酯类药物的抗性与细菌核糖体50S亚基发生基因突变相关。

一、DNA突变

（一）突变的分子基础

细菌的变异现象可能属遗传变异，也可能属表型变异。判断究竟是何种型别的变异必须通过对遗传物质的分析以及传代后才能区别。一般，如属表型变异，培养条件改变后也会发生改变；如属基因型变异则不易随环境变化而变化。基因型变异与表型变异的差异见表8-1。

细菌基因型变异的机制包括：

1.碱基置换（Substitution）

碱基置换包括两种类型：转换（Transition）是由嘌呤置换嘌呤或嘧啶置换嘧啶；颠换（Transversion）是指嘌呤置换嘧啶或嘧啶置换嘌呤。如果碱基置换发生于编码多肽的区域，由于改变了密码子，从而使转录、翻译等遗传信息也发生改变，可出现一种氨基酸取代原有的氨基酸，或出现终止密码而使多肽链合成中断，由于不能形成原有的蛋白质而失去或改变原有生物学活性。

2.碱基的插入与缺失

指一个或一段核苷酸插入到DNA链中，或由DNA链上消失。在蛋白质的编码序列中，如果缺失或插入的核苷酸数不是3的整倍数，则会发生阅读框移动（reading frame shift），使其后所翻译的氨基酸序列发生混乱，称为移码突变（frameshift mutation）。如DNA原有碱基顺序为AAG，GAA，CGC，TGA，如失去第一个A，则成为AGG，AAC，GCT，GA，使原来编码的多肽由亮-组-丙-苏变为半胱-亮-精-亮。移码突变的影响范围自突变点起直到末端整条结构基因的转录与翻译，引起基因产物的变化比较严重，对生物活性的影响也较显著。

3.倒置与转位

指DNA链的重组过程中，其中一段核苷酸链方向倒置、或从一处迁移到另一处。这两种情况都可造成密码的错误阅读，引起基因产物的变化。

4.碱基的互变异构

DNA链中，当T以烯醇式出现时，在复制过程中，其相对位置不再是A，而是G；C以亚氨基形式出现时，就和A配对，这样就使基因结构发生了改变，造成自发突变。由于在任何一瞬间，某一碱基是处于酮式或烯醇式，还是氨基式或亚氨基式，目前还无法预测，所以要预言在某一时间、某一基因发生自发突变仍是不可能的。但人们运用数学方法对这些偶发事件作了大量统计分析后，统计出了碱基对发生自发突变的概率约为10-8～10-9。四种碱基中的任何一种均可发生互变异构。

5.环出效应

在DNA复制过程中，如果其中某一单链上偶尔产生一个小环，则会因环上的基因越过复制而发生遗传缺失，从而造成自发突变。

突变或诱变对生物可能产生4种后果：①致死；②丧失某些功能；③改变基因型（genotype）而不改变表型（phenotype）；④发生了有利于物种生存的改变，使生物进化。

（二）诱变剂

细菌自发突变的原因可能是宇宙间普遍存在的短波辐射、热及自然界存在的一些具有致突变作用的物质。人工应用理化因素可诱发突变者称为诱变剂。化学诱变剂包括核苷酸碱基的类似物，如分子结构类似胸腺嘧啶的5-溴尿嘧啶。烷化剂可改变碱基的化学结构，也是诱变剂。吖啶类染料可螯合入DNA的碱基对之间，引起DNA在复制过程中出现碱基对的插入或缺失。紫外线与X线是常用的物理诱变剂。紫外线可使邻近的胸腺嘧啶构成双体，引起DNA结构的变化而致突变。

对某一种具体诱变剂来说，既可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一个功能。根据化学诱变剂的作用方式，可将诱变分为直接置换诱变和间接置换诱变两种类型。

1.直接置换诱变

它们是一类可直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂，无论在机体内或在离体条件下均有作用，例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯、甲基磺酸乙脂、N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍、N-甲基-N-亚硝基脲、乙烯亚胺、环氧乙酸、氮芥等）。它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起DNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。在这些诱变剂中，除羟胺只引起G∶C→A∶T外，其余都是使G∶C→A∶T互变。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有作用（表8-2）。

2.间接置换诱变

引起这类变异的诱变剂是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤（8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP）等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA分子中引起的，故是间接的。

需注意的是，许多理化诱变剂的诱变作用都不是单一的。例如，亚硝酸既能引起碱基对的转换作用，又能诱发染色体畸变；一些电离辐射也可同时引起基因突变和染色体畸变。

二、RNA突变

按照早先的遗传学观点，RNA在遗传过程中担负的功能非常简单，它一般是作为DNA的“附属”出现的，把DNA所携带的遗传指令传递到蛋白质合成过程中，充当“信使”和“模板”。但新的研究成果揭示，RNA不光是遗传的“信使”，在某种程度上还扮演“纠错者”和“控制者”的角色。

现已明确，在绝大多数动植物中DNA是主要的遗传物质，在不含DNA的生物中，RNA则承担着主要的遗传任务。一些植物病毒和动物病毒，只含有RNA，它们的遗传性状则是由RNA决定的。例如烟草花叶病毒（TMV）的基本成分就是蛋白质和RNA。目前，大量的科学研究证明，除烟草花叶病毒以外，还有少数生物如流感病毒、冠状病毒、狂犬病毒、埃博拉病毒等是以RNA作为遗传物质的。RNA一般是单链线形分子，也有双链和环状单链的，后来还发现有支链的RNA分子。作为遗传物质，RNA也具有自我复制、指导蛋白质合成的功能，甚至可以逆转录出DNA。在生化特性上，DNA由于构造独特，因此比较稳定，RNA则不容易保存，容易受外来环境因素影响而出现突变。

RNA病毒会经常发生突变，以不断地应付多变恶劣的环境，包括对药物产生抵抗性。以流感病毒为例，因为不断发生突变，病毒表层的抗原剧烈变化，使人类免疫系统不能对它及时辨认，以致不能合成有效抗体去杀灭病毒。病毒繁殖速度之高、数量之大，它们可以通过牺牲少量的致命突变，以达到绝大多数病毒永久生存的目的。一些长度较短的核糖核酸即所谓“小核糖核酸”，能够对细胞和基因的很多行为进行控制，比如打开和关闭多种基因，删除一些不需要的DNA片段等。它们在细胞分裂过程中更是发挥了至关重要的控制作用，可指导染色体中的物质形成正确的结构，防止DNA片段位移出错。RNA功能的错乱，可能是引发癌症的一个重要原因。

三、基因的转移与重组

在原核生物中，基因转移和重组的方式主要有转化、接合、转导、溶原体转换和原生质体融合（原生质体融合另述）四种。某些遗传型变异如耐药性也可通过转化、接合、转导等方式从一个病原体传递给子代或其他病原体。在基因转移过程中，提供DNA的细菌为供体菌，而接受DNA的细菌是受体菌。

质粒是染色体外的遗传物质，并不是细菌生存和繁殖所必需的。但它们可以在菌株间、菌种间传递基因，这种“穿过种与种之间屏障的通道”使基因的稳定性发生了变化：某些基因，如抗药基因，可通过质粒进行传递。抗药基因可以由一个质粒转移到另一个质粒，也可由染色体转移到质粒，或由质粒转移到染色体，可以说这是一种基因的传染病，这就是微生物发生变异产生耐药性的原因所在。

（一）转化

转化（transformation）是受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，通过交换，把它整合到自己的基因组中，从而获得供体菌的部分遗传性状的过程。转化后的受体菌称为转化子。来自供体菌的DNA片段称为转化因子，一般是双链DNA片段。

转化首先在1928年由Griffith在肺炎链球菌中发现，以后在葡萄球菌、流感嗜血杆菌中也先后被发现。两个菌种或菌株间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的联系。许多细菌如芽孢杆菌、链球菌、奈瑟菌和流感嗜血杆菌等能够自然发生转化作用。但即使在转化率极高的菌种中，不同菌株间也不一定都可发生转化，能进行转化的细菌必须处于感受态。感受态是受体菌最易接受外源DNA片段并实现转化的特殊生理状态，此时细菌吸收DNA的能力可比一般细菌高100～1000倍。感受态的出现受该菌的遗传性、菌龄、生理状态和培养条件等的影响。例如肺炎链球菌的感受态在对数期的后期出现，而芽孢杆菌属则出现在对数期末及稳定期。伴随感受态的出现，细胞表面有新的蛋白质分子形成，称为感受态因子，分子量为5000～10000。

以革兰阳性的肺炎链球菌荚膜转化实验为例，可将转化过程大体分为5个阶段：①双链DNA片段与感受态受体菌表面的特定位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结合，细胞膜的磷脂成分——胆碱可促进这一过程；②结合上的DNA被核酸内切酶降解，形成平均分子量为（4～5）×106的DNA片段；③DNA双链中的一条被膜上的核酸酶切除，另一条进入细胞，这是一个耗能过程，分子量小于5×105的DNA片段不能进入细胞（能够转化的DNA片段必须具有一定的大小，片段过小受体细胞便不能吸收），此时如用低浓度溶菌酶处理可提高细胞壁的通透性，故可提高转化频率；④转化的DNA单链与受体菌染色体上的同源区结合，并替代其中一条单链，因它们之间的DNA顺序不一定互补，故可呈杂合状态；⑤受体菌染色体进行复制，杂合区段分离，其中一条类似供体菌，另一条类似受体菌，当细胞分裂后，就形成了一个转化子。钙离子和环化腺苷酸（cAMP）的加入可提高转化能力。

耐药菌可通过转导方式由噬菌体将耐药基因转移给敏感菌，从而使敏感菌获得耐药基因，表达出耐药特性。通过对一些具有耐药性的细菌的研究，将发生变异的有耐药性的细菌质粒与正常细菌的质粒加以比较，学者们得出结论：24%的细菌有“传递质粒”，它们可以将基因传递给实验性大肠埃希菌。他们认为：细菌后天获得的对抗生素的抵抗力是由于有新的因子嵌入质粒而产生的，更确切地说是由于异常质粒的增生而产生的。

把噬菌体或其他病毒的DNA（或RNA）抽提出来，让它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌体或病毒后代，这种现象称为转染（transfection）。它与转化不同之处是病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌，中间也不发生任何遗传因子的交换或整合，最后也不产生具有杂合性质的转化子。

（二）接合

通过供体菌和受体菌之间的直接接触，或性菌毛的介导，在暂时的沟通中将供体菌的遗传物质（或质粒）转移给受体菌，使之发生基因重组而获得供体菌的遗传性状的过程，称为接合（conjugation）。这一过程不是在所有细菌之间均可发生，细菌的接合现象主要见于革兰阴性菌。大肠埃希菌有性别分化，决定它们性别的因子为致育因子（Fertility factor），又称F因子。F因子是一种独立于染色体外的小型环状DNA，分子量为5×107。在大肠埃希菌中，F因子的DNA含量约占总染色体含量的2%，一般呈超螺旋状态，具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力。这是最早发现的一种附加体性质的质粒（也称性质粒），带有一些对细胞生命活动关系较小的基因。凡有F因子的细菌相当于雄性菌，在其细胞表面编码产生1～4条中空而细长的丝状物，称为性菌毛（sex pili），它的功能是在接合过程中转移DNA，因此接合被看作是细菌的有性生殖过程，又称为细菌杂交。只有那些具有F因子或类似F因子传递装置的细菌才能发生接合，根据F因子在细胞中的有无和存在方式的不同分为以下4种接合类型：

1.F+（雄性）菌株

在这种细胞中存在着游离的F因子，在细胞表面还有与F因子数目相当的性菌毛。当F+菌株与F-菌株相接触时，前者通过性菌毛将F因子转移到后者细胞中，并使F-菌株也转变成F+菌（一般达到100%）。F因子的传递过程为：①F因子上的一条DNA单链在特定的位置上发生断裂；②断裂的单链逐渐解开，同时以留下的另一条环状单链作模板，通过模板的旋转，一方面将解开的一条单链通过性菌毛而推入F-菌中，另一方面，又在供体细胞内，重新合成一条新的环状单链，以取代解开的单链，此即“滚环模型”（rolling circle model）；③在F-细胞中，外来的供体DNA单链上也合成了一条互补的新DNA链，并随之恢复成一条环状的双链F因子，因此，F-菌就变成了F+菌。

2.F-（雌性）菌株

F-菌中没有F因子，表面也不具性菌毛，从自然界分离的2，000个大肠埃希菌株中，F-菌约占30%。它可通过与F+菌株或F′菌株的接合而接受外来的F因子或F′因子，从而使自己成为“雄性”菌株。F-菌还可同时接受来自高频重组（Hfr）菌株的一部分或全部染色体信息，如属后一种情况，则它在获得一系列Hfr菌株性状的同时，还获得了处于转移染色体末端的F因子，使自己从原来的“雌性”转变成“雄性”菌株。

3.高频重组（High frequency recombination，Hfr）菌株

由于F质粒可整合于受体菌的染色体中，整合有F质粒的菌株可高效转移染色体基因至受体菌，因此被称为Hfr菌株。Hfr菌株也有性菌毛，与F-接合后的重组频率比F+与F-接合后的重组频率高出几百倍以上。在Hfr细胞中存在着与染色体特定位点相整合的F因子（产生频率约10-5）。当它与F-菌株发生接合时，Hfr染色体在F因子处发生断裂，由环状变成线状。整段线状染色体转移到F-细胞的全过程约需100min。在转移时，由于断裂发生在F因子中，所以必然要等Hfr的整条染色体组全部转移完成后，F因子才能完全进入F-细胞。可是，由于种种原因，这种线状染色体在转移过程中经常会发生断裂，所以Hfr的许多基因虽可进入F-，但越在前端的基因，进入的机会就越多，故在F-中出现重组子的时间就越早，频率也高。而F因子因位于最末端，故进入的机会最少，引起性别转化的可能性也最小。因此，Hfr与F-接合的结果重组频率虽高，但却很少出现F+的菌株。Hfr菌株的染色体转移与F+菌株的F因子转移过程基本相同。所不同的是，进入F-的单链染色体片段经双链化后，形成部分合子，然后两者的同源染色体进行配对，一般认为要经过两次或两次以上的交换后才发生遗传重组。

4.F′菌株

Hfr菌株中的F质粒有时可从染色体上脱离下来，终止其Hfr状态。当Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离其染色体时，可形成游离的但携带一小段（最多可达1/3）染色体基因的F因子，特称F′因子，这种质粒称为F′质粒。携带有F′因子的菌株，其性状介于F+与Hfr之间，这就是初生F′菌株。通过初生F′菌株与F-菌株的接合，就可以使后者转变成F′菌株，这就是次生F′菌株，它既获得了F因子，又获得了来自初生F′菌株的若干遗传性状。以这种接合来传递供体菌基因的方式称为F因子转导（F-duction）、性导（sexduction）或F因子媒介的转导（F-mediated transduction）。这时，受体菌的染色体和由F′因子所携带来的细菌基因间，通过同源染色体区（即双倍体区）的交换，实现了重组。在次生的F′群体中，大约有10%F′因子重新整合到染色体组上，而恢复成Hfr菌，故该群体显示出来的特征介于F+和Hfr供体菌之间。

F因子它既可脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（即整合）到染色体上，同时，它既可经过接合作用而获得，也可通过一些理化因素（如吖啶橙、Ni2+、Co2+、丝裂霉素C、硫酸+二酯钠、亚硝基胍、利福平、溴化乙锭、环己亚胺和加热等）的处理，使其DNA复制受抑制后从细胞中消失。

除F因子外，发现耐药质粒R因子中有些亦可通过接合而传递。R因子能同时携带一种或几种耐药基因，常常通过接合机制转移给对药物敏感的宿主菌。R因子由两部分组成，一为承担耐药性转移功能的部分，称为耐药转移因子（resistance transfer factor，RTF），它像F因子一样能编码性菌毛的产生和转移；另一为耐药决定因子（r决定因子），含有耐药基因，能赋予宿主菌以耐药特性。能以接合方式转移的，称为传递性R因子，肠道杆菌的耐药质粒属于此种类型。有耐药基因而不能以接合方式转移的为非传递性R因子，这类R因子必须经传递性质粒带动、噬菌体转导或以转化方式在细菌间转移，金黄色葡萄球菌的耐青霉素质粒，因不含耐药转移因子属于非传递性R因子。

R因子决定细菌耐药性的问题是临床治疗中的大问题。R因子决定耐药性的机制是：①质粒基因可编码产生各种钝化酶，如金黄色葡萄球菌耐药性质粒编码青霉素酶，耐氨苄西林的肠道杆菌质粒中编码能使β内酰胺环水解的酶；②R因子通过控制一些细菌细胞膜的通透性，使四环素不能进入菌体。③R因子通过阻止抗生素与细菌细胞内的作用部位结合，使细菌耐药。如R因子编码的甲基化酶，使核糖体上某些分子甲基化，使红霉素不能与之结合而失去作用。由于R因子可通过接合在种、属不同的细菌间转移，因此有些痢疾杆菌即使未与药物接触过，但可自耐药的大肠埃希菌获得R因子而耐药。目前有学者主张应及时了解医院内细菌的R因子质粒耐药图谱，轮流选用抗生素以达到较好的治疗效果。

（三）转导

通过温和噬菌体的媒介，把供体菌的DNA片段转移到受体菌中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象，称为 转导（transduction）。获得新遗传性状的受体菌，称为转导子。

转导现象最早（1952年）是在鼠伤寒沙门菌中发现的。以后在许多原核微生物中都陆续发现，如大肠埃希菌（E.coli），芽孢杆菌属（bacillus），变形杆菌属（proteus），假单胞菌属（pseudomonas），志贺菌属（shigella）和葡萄球菌属（staphylococcus）等。

目前所知道的转导方式大致有如下几种：

1.普遍转导（generalized transduction）

温和噬菌体在其裂解期的后期，在噬菌体DNA装配入外壳蛋白组成新的噬菌体时，约105～107次包装中会发生一次错误，将细菌的DNA包入头部蛋白衣壳内，成为一个转导性噬菌体。此被装入的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，质粒也有可被包入衣壳进行转导，这一过程称为普遍性转导。当转导性噬菌体侵犯另一受体菌时，可将错装的供体菌DNA携带进入受体菌内。供体菌DNA进入受体菌后可发生两种结果，一种为只有少数外源性DNA片段能与受体菌染色体整合，随染色体而传代，称完全转导。但绝大多数外源性DNA片段不能与受体菌染色体整合，仍保持游离状态，也不能自身复制，称为流产转导。

（1）完全普遍转导：

简称完全转导（complete transduction）。在鼠伤寒沙门菌的完全普遍转导实验中，曾以其野生型菌株作供体菌，营养缺陷型为受体菌，P22噬菌体作为转导媒介。当P22在供体菌内增殖时，宿主的染色体断裂，待噬菌体成熟之际，极少数（10-5～10-8）噬菌体的衣壳将与噬菌体头部DNA相似的供体菌DNA片段误包入其中，形成完全不含噬菌体自身DNA的假噬菌体。这种假噬菌体再去感染受体菌，就会将这一外源DNA片段导入受体菌内。由于1个细胞只感染了1个完全缺陷的假噬菌体，故受体细胞不会发生溶原化，更不会裂解，还由于导入的供体DNA片段可与受体染色体组上的同源区段结合，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，于是就形成了遗传性稳定的转导子（图8-1）。除鼠伤寒沙门菌P22噬菌体外，大肠埃希菌的P1噬菌体和枯草杆菌的PBS1和SP10等噬菌体都能进行完全转导。

（2）流产普遍转导：

简称流产转导。在许多获得供体菌DNA片段的受体菌内，如果转导DNA不能与受体菌DNA进行重组，其携带的基因仅经过转录而得到表达，就称流产转导。当这一细胞进行分裂时，只能将这段DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞只获得供体基因的产物——酶，因此仍可在表型上出现供体菌的特征，每经过一次分裂，就受到一次“稀释”。所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就成了流产转导的特点（图8-2）。

2.局限转导（restricted或specialized transduction）

是指通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的现象。只有温和噬菌体可进行局限性转导。当温和噬菌体进入溶原期时，会以前噬菌体形式整合于细菌染色体的某个部位。当其受激活或自发进入裂解期时，如果该噬菌体DNA在脱离细菌染色体时发生偏离，则与前噬菌体相邻的细菌染色体DNA可被包装入噬菌体蛋白质衣壳内。因此局限性转导噬菌体所携带的细菌基因只限于插入部位附近的基因。由于局限性转导噬菌体常缺少正常噬菌体所需的基因，因此常需与野生型噬菌体共同感染，并在受体菌中复制，获得该段基因的表达。局限转导最初于1954年在E.coli K12中发现。根据转导频率的高低可把局限转导分为低频转导和高频转导两类。

（1）低频转导（Low frequency transduction，LFT）：

已知当温和噬菌体感染受体菌后，该噬菌体的染色体会开环，并以线状形式整合到宿主染色体的特定位点上，从而使宿主细胞发生溶原化，并获得对相同温和噬菌体的免疫性。如果该溶原菌因诱导而发生裂解时，就有极其少数（约10-5）的前噬菌体发生不正常切离，其结果会将插入位点一侧的少量宿主基因连接到噬菌体DNA上（此时噬菌体也将相应的一段DNA遗留在宿主的染色体组上），通过衣壳的“误包”，就形成了一种特殊的噬菌体——缺陷噬菌体。在E.coli K12中，可形成λdgal或λdg（带有供体菌gal基因的λ缺陷噬菌体，其中的“d”表示缺陷）或λdbio（带有供体菌bio基因的λ缺陷噬菌体），它们没有正常λ噬菌体所具有的使宿主发生溶原化的能力。当它感染宿主细胞并整合在宿主的核基因组上时，可使宿主细胞成为一个局限转导子，而不是一个溶原菌，因而对λ噬菌体不具有免疫性。

由于宿主染色体上进行不正常切离的频率极低，因此在裂解物中所含的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（10-4～10-6），这种裂解物称LFT（低频转导）裂解物。LFT裂解物在低感染复数（m.o.i）情况下感染宿主，可获得极少量的局限转导子，这就是低频转导。

（2）高频转导（High frequency transduction，HFT）：

当E.coligal-（不发酵半乳糖的营养缺陷型）这种受体菌用高感染复数的LFT裂解物进行感染时，则凡感染有λdgal噬菌体的任一细胞，几乎同时都感染有正常的λ噬菌体。这时，这两种噬菌体可同时整合在一个受体菌的核染色体组上，从而使它成为一个双重溶原菌。当双重溶原菌被紫外线等诱导时，其中的正常λ噬菌体的基因可补偿λdgal所缺失的部分基因功能，因而两种噬菌体就同时获得复制的机会。所以，在双重溶原菌中的正常λ噬菌体被称为助体（或辅助）噬菌体。据以上的特点可以知道，由双重溶原菌所产生的裂解物中，含有等量的λ和λdgal粒子，这就称HFT（高频转导）裂解物。如用低感染复数的HFT裂解物去感染另一个E.coligal-受体菌，则可高频率地把它转化为能发酵半乳糖E.coligal+转导子。这种转导方式称高频转导。

（四）溶原性转换

当温和噬菌体感染其宿主而使之发生溶原化时，噬菌体的基因整合到宿主的基因组上，使后者获得了新的遗传性状的现象，称为溶原性转换（lysogenic conversion）。当宿主丧失这一噬菌体时，通过溶原转变而获得的性状也同时消失。溶原性转换与转导有本质上的不同，首先是它的温和噬菌体不携带任何供体菌的基因，其次，这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的。

溶原性转换的典型例子是不产毒素的白喉棒状杆菌（Corynebacterium diphtheriae）菌株在被β噬菌体感染而发生溶原化时，会变成产白喉毒素的致病菌株。另一例是鸭沙门菌（Salmonella anatum）用E15噬菌体感染而引起溶原化时，细胞表面的多糖结构会发生相应的变化。最近，国内有人发现，在红霉素链霉菌（Streptomyces erythreus）中的P4噬菌体也具有溶原转变能力，它决定了该菌的红霉素生物合成及形成气生菌丝等能力。

（五）转座因子（transposable elements）

除了上述各种基因转移的方式外，还发现了一类能在质粒之间或质粒与染色体之间自行转移位置的核苷酸序列，称为转座因子。原核生物中的转座因子包括 插入序列（insertion sequence，IS）、转座子（transposon，Tn）和转座噬菌体。其中最简单的插入序列仅有1000bp，只具有编码转位酶的基因，不携带任何已知与转位功能无关的基因。几乎所有的细菌都具有插入序列，有些质粒也含有插入序列，这对于高频重组菌的形成至关重要。还有一些分子量较大者为转座子。与质粒不同的是，转座子不能自主复制，必须依赖于染色体、质粒或噬菌体来复制，转座子可以在革兰阳性菌和阴性菌之间传递，宿主范围广，是抗性基因传播的重要原因之一。一般转座的DNA链末端有互补及倒置重复序列，从而一条单链即可自己形成环状结构。转座子除含有与转位功能相关的基因外，还含有其他与转位无关的基因，如耐药基因，毒素基因或抗金属基因及某些酶的基因等。转座子插入细菌染色体后，可在插入部位影响了细菌染色体DNA的正常结构，使细菌失去某些功能，如转座子插入编码细菌生命活动关键蛋白的基因中并使其失活，细菌往往死亡；或影响插入点附近基因的表达；或将新的基因带入基因组使细菌获得新的生物学性状，细菌的多重耐药即与此有关。转座子携带的这些基因在即使与受体菌无核酸同源性的情况下仍可传递转移。因此转座子与质粒一样在构成致病性、耐药性菌中占有重要地位。另大肠埃希菌Mu噬菌体是温和噬菌体，但又与一般的温和噬菌体不同，它含有与转位功能有关的基因和反向重复序列，可随机整合到宿主菌染色体的任何位置上，可导致宿主菌发生变异。