微生物学基础知识

第一模块微生物学基础知识第一章微生物概述一.什么是微生物微生物是一类肉眼不能直接看见，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大几百倍、几千倍甚至几万倍才能观察到的微小生物的总称。微生物具有形体微小、结构简单；繁殖迅速、容易变异；种类繁多、分布广泛等特点。二.微生物的分类：根据微生物有无细胞基本结构、分化程度、化学组成等特点，可分为三大类。1.非细胞型微生物无细胞结构，无产生能量的酶系统，由单一核酸（DNA/RNA）和蛋白质衣壳组成，必须在活细胞内增殖。病毒属于此类微生物。2.原核细胞型微生物细胞核分化程度低，只有DNA盘绕而成的拟核，无核仁和核膜。这类微生物包括细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体和放线菌。3.真核细胞型微生物细胞核的分化程度高，有核膜、核仁和染色体，能进行有丝分裂。如真菌、藻类等。三.微生物的作用及危害1.微生物的作用绝大多数微生物对人和动物是有益的，已广泛应用于农业、食品、医药、酿造、化工、制革、石油等行业，发挥了越来越重要的作用。例如与我们日常生活密切相关的如酸奶、酒类、抗生素、疫苗等。2.微生物的危害微生物中也有一部分能引起人及动、植物发生病害，这些具有致病性的微生物，称为病原微生物。如人类的许多传染病（感冒、伤寒、痢疾、结核、脊髄灰质炎、病毒性肝炎等），均是由病原微生物引起的。从药品生产的卫生学而言，微生物对药品的原料、生产环境和成品的污染是造成生产失败、成品不合格的重要因素。第二章微生物的类群和形态结构一.细菌细菌是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧，以二分裂方式无性繁殖的原核微生物，分布广泛。1.细菌的形态与结构观察细菌最常用的仪器是光学显微镜，其大小可以用测微尺在显微镜下测量，一般以微米为单位。细菌按其形态不同，主要分为球菌、杆菌和螺形菌三类。（1）球菌多数球菌直径在1微米左右，外观呈球形或近似球形。由于繁殖时分裂平面不同可形成不同的排列方式，分为双球菌、链球菌、葡萄球菌等。（2）杆菌形态多数呈直杆状，也有的菌体稍弯，多数呈分散存在，也有的呈链状排列，分为棒状杆菌、链状杆菌、球杆菌等。（3）螺形菌菌体弯曲，呈弧形或螺旋形。如幽门螺杆菌。细菌虽小，仍具有一定的细胞结构和功能。细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等各种细菌都有，是细菌的基本结构。2.细菌的繁殖二分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式。在分裂前先延长菌体，染色体复制为二，然后垂直于长轴分裂，细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长，直至形成横隔膜，同时形成横隔壁，这样便产生两个子细胞。细菌生长速度很快，一般约20min分裂一次。若按此速度计算，细菌群体将庞大到难以想象的程度。但事实上由于细菌繁殖中营养物质的逐渐消耗，有害代谢产物的逐渐积累，细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖。经过一段时间后，细菌繁殖速度逐渐减慢，死亡菌数增多，活菌增长率随之下降并趋于停滞。3.细菌的菌落单个或少数细菌细胞生长繁殖后，会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落。细菌菌落常表现为湿润、粘稠、光滑、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。二.真菌真菌是一类有细胞壁，无叶绿素，以寄生或腐生方式生存，少数为单细胞，多数为多细胞，能进行无性或有性繁殖的一类真核细胞型微生物。真菌包括单细胞与多细胞两类。单细胞真菌呈圆形或卵圆形，称为酵母菌；多细胞真菌由菌丝和孢子组成，并交织成团，称丝状菌或霉菌。真菌生长的最适的温度为22～28℃，最适的pH值为4～6。其繁殖能力强，但生长速度比细菌慢，常需1-4周才形成菌落。真菌对热的抵抗力不强，一般加热60~70℃1小时即被杀死，但对干燥、日光、紫外线和一些化学消毒剂有抵抗力，但对2.5％碘酒、10％甲醛则较敏感。1.霉菌霉菌是丝状真菌的俗称，意即发霉的真菌，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。（1）霉菌的形态、大小和结构构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状的细丝，把它放在显微镜下观察，很像一根透明胶管，它的直径一般为3-10微米，比细菌的细胞约粗几倍到几十倍。菌丝可伸长并产生分枝，许多分枝的菌丝相互交织在一起，就叫菌丝体。（2）霉菌的繁殖霉菌有着极强的繁殖能力，而且繁殖方式也是多种多样的。在自然界中，霉菌主要依靠产生形形色色的孢子进行繁殖。孢子有点像植物的种子，不过数量特别多，特别小。霉菌的孢子具有小、轻、干、多，以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点，每个个体所产生的孢子数，经常是成千上万的，有时竟达几百亿、几千亿甚至更多。这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。对人类的实践来说，孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴定等工作，对人类的不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的霉菌病害。（3）霉菌的菌落由于霉菌的菌丝较粗而长，因而霉菌的菌落较大，有的霉菌的菌丝蔓延，没有局限性。菌落质地一般比较疏松，外观干燥，不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落与附着物的连接紧密，不易挑取；菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致。2.酵母菌酵母菌在自然界中分布很广，尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长，例如，在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果园土壤中最为常见。（1）酵母菌的形态、大小和结构酵母菌是单细胞真核微生物。酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为1-5微米×5-30微米。酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等。（2）酵母菌的繁殖酵母菌有多种繁殖方式，包括无性繁殖和有性繁殖。有人把只进行无性繁殖的酵母菌称作假酵母，而把进行有性繁殖的酵母菌称作真酵母。（3）酵母菌的菌落大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似，但比细菌菌落大而厚，菌落表面光滑、湿润、粘稠，容易挑起，菌落质地均匀，正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一，菌落多为乳白色，少数为红色，个别为黑色。三.病毒病毒属非细胞型微生物，在自然界分布非常广泛，可在人、动物、植物、真菌和细菌中寄居并引起感染。病毒是体积最小、结构最简单的微生物，它仅有一种核酸（DNA或RNA）作其遗传物质。病毒必须在宿主活细胞内寄生，依靠细胞提供的能量、营养物质及生物大分子合成机制，完成病毒的复制过程。病毒与人类的关系极为密切，人类的传染病约75％是由病毒引起的。有些病毒传染性强，可引起世界大流行（如流感、艾滋病等）。1.病毒的大小、形态和结构病毒体积微小，大多数病毒只有采用电子显微镜将其放大数千、数万倍才能看见。病毒的形态不一，基本可归纳为三种：杆状、球状和这两种形态结合的复合型。病毒没有细胞构造，病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质，在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖。病毒的结构通常有螺旋对称型、20面体立体对称型和复合对称型。2.病毒的增殖病毒只有在宿主的活细胞里才能进行增殖。病毒的增殖不是二分裂方式，而是以其基因组为模板，藉DNA多聚酶或RNA多聚酶以及其它必要因素，经过复杂的生化合成过程，复制出病毒的基因组。此时宿主细胞的生化合成受到抑制，病毒基因则经过转录、翻译等过程，产生大量病毒蛋白质，再经过装配，最终释放出子代病毒。病毒这种以核酸分子为模板进行增殖的方式称为自我复制。3.理化因素对病毒的影响（1）物理因素①温度多数病毒耐冷不耐热。在干冰温度（-70℃）和液氮温度（-196℃）下，病毒感染性可保持数月甚至数年。在50～60℃30分钟，100℃几秒钟即可灭活。②pH多数病毒在pH5~9范围内稳定，强酸或强碱条件下可被灭活。③射线X射线、γ射线和紫外线都能灭活病毒。（2）化学因素主要有化学消毒剂、抗生素及中草药等。除强酸、强碱消毒剂外，酚类、氧化剂、卤素类、醇类等对病毒均有灭活作用。例如2003年非典时期，大家都用84、过氧乙酸等来消毒，84的主要成分就是次氯酸钠，就是刚才所说的卤素类消毒剂，而过氧乙酸的就是冰醋酸和过氧化氢按一定比例混合制成的，属于强酸加氧化。第三章消毒与灭菌下列术语常用于表示物理或化学方法对微生物的杀灭程度。消毒：杀死物体上病原微生物的方法,并不一定能杀死含细菌的芽胞。消毒所用的试剂称为消毒剂。灭菌：杀灭物体上所有微生物的方法。灭菌比消毒要求高，包括杀灭细菌芽孢在内的全部病原微生物和非病原微生物。抑菌：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。常用的抑菌剂为各种抗生素，可抑制细菌的繁殖。防腐：防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法，细菌一般不死亡。同一种化学药品在高浓度时为消毒剂，低浓度时常为防腐剂。消毒与灭菌的方法一般可分为物理学方法和化学方法两大类。一.物理消毒灭菌法用于消毒灭菌的物理因素有热力、辐射、过滤等。1.热力灭菌法高温对细菌具有明显的致死作用，因此最常用于消毒与灭菌。多数无芽孢的细菌经55～60℃作用30～60分钟后死亡。经80℃湿热5～10分钟可杀死所有细菌繁殖体、真菌和酵母菌。细菌芽孢对高温有很强的抵抗力，例如炭疽芽孢杆菌的芽孢，耐受5～15分钟的煮沸，而肉毒梭菌的芽孢则需煮沸3～5小时才死亡。热力灭菌法分干热灭菌和湿热灭菌两大类，相同温度下，后者的灭菌效力比前者大。2.辐射灭菌法（1）紫外线作用于DNA，使细菌DNA的复制和转录受到干扰，导致细菌变异或死亡。常用于室内的空气消毒。（2）电离辐射对各种细菌均有致死作用。常用于大量一次性医用塑料制品的消毒和食品的消毒。（3）微波是一种波长为1mm～1m的电磁波，可穿透玻璃、塑料薄膜及陶瓷等物质，但不能穿透金属表面。多用于检验室用品、无菌室的用具的消毒。3.滤过除菌法用物理阻留的方法将液体或空气中的细菌除去,以达到除菌目的。滤菌器含有微细小孔＜0.22微米,只允许液体或气体通过,而大于孔径的细菌等颗粒不能通过。适用范围：血清、毒素、抗生素以及空气等的除菌。二.化学消毒灭菌法许多化学药物能影响微生物的化学组成、物理结构和生理活性，从而发挥防腐、消毒及灭菌的作用。洁净室(区)应定期消毒，使用的消毒剂不得对设备、物料和成品产生污染。消毒剂品种应定期更换，防止产生耐药菌株。常用消毒剂的种类和用途类别作用机制常用种类用途酚类蛋白变性，细胞膜损伤石炭酸地面、器具表面、皮肤消毒醇类蛋白变性乙醇皮肤、体温计消毒氧化剂氧化、蛋白沉淀高锰酸钾皮肤、尿道、蔬菜、水果消毒重金属盐氧化、蛋白酶变性红汞、硫柳汞皮肤、粘膜、小创伤消毒氧化剂氧化、蛋白沉淀过氧乙酸、碘酒塑料、玻璃器材、皮肤消毒表面活性剂蛋白变性，细胞膜损伤新洁而灭手术洗手、浸泡手术器械第四章GMP与微生物药品生产中微生物的生态学分布在药品生产中，由于受到各种要素（制药厂房环境的空气、制药用水、操作人员、物料、设备等）的影响，都可能导致药品的微生物污染。因此，GMP对各种要素都提出了防止污染的基本要求。中国药典微生物限度检查法规定的检查项目包括细菌数、霉菌数、酵母菌数和控制菌检查。1.空气中的微生物空气本身并不产生污染，因为空气不含必要的水分和营养，不是适合微生物生长繁殖的天然环境，但是一般的大气环境仍含有不少的细菌、霉菌和酵母菌。空气中的微生物来自灰尘微粒（自然因素如风，人为因素如车），来自人的皮肤与衣服，以及谈话、咳嗽、打喷嚏等造成的飞沫。空气中微生物数量取决于灰尘量和活动状况，例如，有活跃人群的地方微生物多，不清洁的房间比清洁的房间多，潮湿的地方比干燥的地方多。因此，空气是侵袭我们产品的污染物的主要媒介。因此保持空气洁净是极为重要的。在药品生产中，减少空气中微生物数量的方法有多种，常用的有以下3种方法：①空气洁净技术采用的过滤方法过滤是最常用的方法。过滤介质种类很多，例如：纤维素、玻璃棉或人造纤维等。空气净化装置可用于整个房间如无菌操作室，也可只限于操作区域局部如超净工作台。②化学消毒方法采用消毒剂作用于室内空气和物体表面。③紫外线照射方法采用紫外线对室内空气进行照射。2.制药用水中的微生物在生产过程中，水是应用最广泛的原料之一。从理论上来讲，微生物在纯水中是不能生长的。但是，所有的各类水不管怎样仔细蒸溜或过滤，总会含有一定量的可溶性有机物和盐