微生物学与免疫学MicrobiologyandImmunology授课人:黄凤杰hfengj@163.com1、周德庆,《微生物学教程》,第2版,高等教育出版社,20022、周长林,《微生物学》,第1版,中国医药科技出版社,20033、吴敏毓编著,《医学免疫学》,中国科学技术大学出版社,20034、I.E.Alcamo著,林稚兰等译,《微生物学》全美经典学习指导系列,科学出版社,20025、J.Nicklin,K.Graeme-Cook,T.Paget&R.Killington著,林稚兰等译,《微生物学》现代生物学精要速览系列,科学出版社,20006、P.M.Lydyard,A.Whelan&M.W.Fanger著,林慰慈等译,《免疫学》现代生物学精要速览系列,科学出版社,2001参考资料概论2、微生物学及其分科1、微生物概述3、免疫与免疫学4、微生物学与免疫学发展简史6、微生物学与免疫学在药学中的应用5、微生物学发展趋势微生物(Microorganism)是一群形体微小、结构简单,必须借助显微镜才能观察到的微小生物的总称。1、微生物概述微生物的种类非细胞型:病毒、类病毒和朊病毒原核细胞型真核细胞型真菌单细胞藻类原生动物古细菌、蓝细菌、细菌放线菌、螺旋体、支原体衣原体、立克次体体积小,面积大代谢强,繁殖快易变异,适应强种类多,分布广2、微生物的特点微生物大小近似值细胞类型病毒0.01-0.25µm非细胞型细菌0.1-10µm原核生物真菌2µm-1m真核生物原生动物2-1000µm真核生物藻类1µm-几米真核生物微生物形态大小和细胞类型体积小比表面积=表面积/体积乳酸杆菌120,000豌豆6.0鸡蛋1.5体重200磅的人0.3面积大每天消耗与体重等重的粮食每天消耗两倍于体重的粮食每小时消耗2000倍于体重的糖!代谢强表1-3若干微生物的代时及每日增殖率微生物名称代时每日分裂次数温度每日增殖率乳酸菌38分38252.7×1011大肠杆菌18分80371.2×1024根瘤菌110分13258.2×103枯草杆菌31分46307.0×1013光合细菌144分10301.0×103酿酒酵母120分12304.1×103小球藻7小时3.42510.6念珠藻*23小时1.04252.1硅藻17小时1.4202.64草履虫10.4小时2.3264.92*为念珠蓝菌属(Nostoc)的旧称,与细菌同属原核生物。繁殖快突变频率一般为10-5~10-10,但因繁殖快,数量多,与外界环境直接接触,因而在短时间内可出现大量变异的后代。例如,青霉素生产菌Penicilliumchrysogenum(产黄青霉)的产量1943年为每毫升发酵液中含20单位青霉素,经过世界各国微生物遗传育种工作者的不懈努力,使该菌产量变异逐渐积累,加上发酵条件的改进,目前发酵水平每毫升超过5万单位,甚至接近10万单位。微生物的数量性状变异和育种使产量提高的幅度之大,是动植物育种工作中绝对不可能达到的。正因为如此,几乎所有微生物发酵工厂都十分重视菌种选育工作。易变异抗热性:海洋深处的一些硫细菌可以在250℃甚至在300℃的高温下正常生长;自然界中细菌生长的最高温度可以达到113℃;些细菌的芽孢,需加热煮沸8小时才被杀死;抗寒性:大多数细菌能耐受0~-196℃的任何低温,甚至在-256℃下存活;有些微生物可在―12℃~―30℃的低温生长;抗酸碱:细菌能耐受并生长的pH范围:pH0.5~13;耐渗透压:蜜饯、腌制品,饱和盐水(NaCl,32%)中都有微生物生长;抗压力:有些细菌可在1400个大气压下生长;适应强任何有其它生物生存的环境中,都能找到微生物。而在其它生物不可能生存的极端环境中也有微生物存在。微生物在长期进化过程中产生了许多灵活的代谢调控机制,并有很多种类的诱导酶,具有极强的适应性分布广高等生物的分布区域常有明显的地理限制,要扩大分布范围往往要靠人类或其它生物的散播。而微生物因其体积小、重量轻,故可以到处传播,地球上除了火山口以外,在人和动植物的体内外、土壤、江、河、湖、海、温泉、雪山、岩石、沙漠、空气等中到处都有微生物。△万米深海中的硫细菌;△几万米高空中的细菌和真菌;△地层下128米和427米沉积岩中的细菌。种类多我们认识的动物约有150万种,植物约有50万种,微生物约有10万种。由于微生物的发现和研究比动、植物晚得多,加上鉴定种的工作以及划分种的标准较为困难,所以首先着重研究的是与人类关系最密切的那些种。目前比较肯定的微生物种数约为10万种,随着分离、培养方法的改进和研究工作的深入微生物的新种、新属、新科乃至新目、新纲屡见不鲜。即使是发现最早的较大型的微生物——真菌,现在还以每年约1,500个新种的速度递增。主要微生物的种数种数低限倾向性种数高限病毒与立克次氏体1,2171,2171,217支原体424242细菌与放线菌1,0001,5001,500蓝细菌1,2271,5002,500藻类15,05123,10023,100真菌37,17547,30068,939原生动物24,06824,06830,000总计79,78098,727127,298微生物获取营养的方式多种多样,其食谱之广是动植物完全无法相比的!纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食更重要的是在于微生物的生理代谢类型多、代谢产物种类多!2、微生物学及其分科微生物学(microbiology)生物学的一个分支,是研究微生物在一定条件下的形态、结构、生理、遗传变异,以及微生物的进化、分类及其与人类、动植物、自然界相互关系的一门学科。微生物学的分科研究微生物学的基本方法(1)显微镜技术(2)无菌技术(3)纯种分离技术(4)纯种培养技术3、免疫与免疫学•(一)免疫(immune)的概念•1.传统的免疫:机体对病原微生物再感染的抵抗力;2.现代的免疫:机体免疫系统能够识别“自己(self)”和“非己(nonself)”,并发生特异性的免疫应答排除抗原性异物;或被诱导而处于对这种抗原物质呈不活化状态(免疫耐受),借此维持机体内环境的稳定。免疫的基本功能免疫学(immunology)研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的科学。如:抗原物质、免疫系统、免疫应答过程及其调节、免疫疾病发病机制、免疫性疾病的诊断、预防和治疗、免疫实验技术(一)微生物的发现我国在8000多年前的新石器时代早期就出现了酿酒技术•我国商代酿酒技术已有很大的发展,已逐渐从农业中分化出来成为独立的手工业,出现了一些酿酒工场我国古代的各种酒器4、微生物学与免疫学发展简史4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒;2500年前发明酿酱、醋,用曲治消化道疾病;公元2世纪,张仲景:禁食病死兽类的肉和不清洁食物;公元六世纪(北魏时期),《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。公元前112年-212年间,华佗:“割腐肉以防传染”;公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花;公元九世纪到十世纪我国已用细菌浸出法开采铜。到了16世纪,古罗巴医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不见的生物(livingcreatures)引起的1676年,微生物学的先驱荷兰人安东·列文虎克(Antonyvanleeuwenhoek,1632~1723)首次观察到了细菌。他没有上过大学,是一个只会荷兰语的小商人,但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。1674年他开始观察细菌和原生动物;1677年他首次描述了昆虫、狗和人的精子;1684年他准确地描述了红细胞;1680年被选为英国皇家学会的会员;1702年他指出在所有露天积水中都可以找到微生物。他一生磨制了400多个透镜。他的遗物中有一架简单的透镜,其放大率竟达270倍!(二)微生物学的奠基法国人巴斯德(LouisPasteur)(1822~1895)德国人柯赫(RobertKoch)(1843~1910)1.巴斯德(1)证实发酵由微生物引起;(2)否定了“自然发生”学说;(3)免疫学——预防接种首次研制成炭疽热疫苗、禽霍乱疫苗、狂犬疫苗(4)巴斯德消毒法:60~65℃作短时间加热处理,杀死有害微生物曲颈瓶试验2.柯赫细菌纯培养方法的建立土豆切面→营养明胶→营养琼脂(平皿)(1)微生物学基本操作技术方面的贡献配制培养基技术染色观察和显微摄影流动蒸汽灭菌(2)对病原细菌的研究作出了突出的贡献:发现了许多病原菌,如炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌等;证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则1、在每一相同病例中都出现这种微生物;2、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来;3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主,同样的疾病会重复发生;4、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。(三)微生物学发展过程中的重大事件1935StanleyTMV结晶1944Avery证实转化过程中DNA是遗传信息的载体;1953Watson和Crick提出DNA双螺旋结构;1952-1961Monod&Jacob操纵子学说;1891VonBehring制备抗毒素治疗白喉和破伤风;1892Ivanovsky首次发现了烟草花叶病毒(TMV);1928Griffith发现细菌转化-DNA是遗传的物质基础;1929Fleming发现青霉素;※1970~1972Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶※1977Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群;Sanger首次对f×174噬菌体DNA进行了全序列分析;※1982~1983Prusiner发现朊病毒(prion);※1983~1984Mullis建立PCR技术;※1995第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基因组序列测定完成;※1996第一个自养生活的古生菌基因组测定完成;※1997第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成;微生物基因组学研究将全面展开以了解微生物之间、微与其他生物、微与环境的相互作用为内容的微生物生态学、环境微生物学、细胞微生物学等将在基因组信息的基础上获得长足发展。微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视微生物产业将呈现全新的局面微生物与其他学科实现更广泛的交叉,获得新的发展5、微生物学发展趋势微生物学在生命科学发展中的重要地位1.生物学基本理论研究中的理想实验对象l生物学上的许多重大争论问题产生结论(基因和酶关系的阐明;遗传的物质基础的阐明)l是分子生物学的来源之一l使经典遗传学发展为分子遗传学2.对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养;突变体筛选;DNA重组技术和遗传工程;3.微生物与“人类基因组计划”作为模式生物;基因与基因组的功能研究的重要工具6、微生物学与免疫学在药学中的应用•微生物制药•药品卫生质量的控制•药品的检测•药品作用机制的研究思考题1.用具体事例说明人类与微生物的关系。2.简述微生物学在生命科学发展中的地位,并描绘其前景。3.为什么说巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人?