微生物与免疫学(微生物部分)―中国药科大学

中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu绪论一、微生物的定义微生物(microorganism，microbe)：微生物是所有形体微小的单细胞或个体结构较简单的多细胞，以及没有细胞结构的低等生物的通称。二、微生物的种类按照有无细胞及细胞组成结构不同，可将微生物分为三种细胞类型。原核细胞型真核细胞型非细胞型细胞单细胞多数为多细胞，少数为单细胞无细胞细胞结构细胞核无典型核，无核仁核膜，单个染色体，仅有裸露DNA有典型核，有核膜核仁，多个染色体，由DNA与组蛋白组成无细胞结构，由蛋白和核酸组成，且仅含有一种核酸：DNA或RNA。细胞壁大多含肽聚糖纤维素、几丁质构成核糖体70S80S线粒体无有细胞分裂无有丝分裂有丝分裂繁殖方式无性分裂无性或有性寄生，复制三、微生物命名微生物学名=属名+种名+（首次命名人）+现名命名人+命名年份大肠埃希氏菌E.coli金黄色葡萄球菌S.aureus枯草芽胞杆菌B.subtilis四、微生物学的发展史1664年，英国人虎克（RobertHooke）用显微镜观察微生物。1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。英国微生物学家弗来明发现青霉素，开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu1970-1972，Arber、Smith和Nathans发现并提纯了DNA限制性内切酶；1982-1983Prusiner发现朊病毒(prion)；1983-1984Mullis建立PCR技术；1.巴斯德【微生物学之父】(1)发现并证实发酵是由微生物引起的。(2)彻底否定“自然发生”学说曲颈瓶试验：空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学——预防接种：首次制成狂犬疫苗(4)巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物。2.柯赫【细菌学的奠基人】a）细菌纯种分离技术、b）悬浮培养法、c）流动蒸汽灭菌、d）细胞染色技术和显微摄影柯赫法则（Koch’postulates）----证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则从动植物的患者体内分离出病原物、进行纯培养、回接到同样类型的动植物体，引起同样的病症、再分离得到与第二步一致的菌系。可能出现微生物考题①艾滋病(AIDS)②军团病③埃博拉病毒病④霍乱新菌型0139⑤埃希氏大肠杆菌0157⑥疯牛病第一章原核微生物[基本要求]1.了解：细菌的分类；放线菌代表属。2.掌握：细菌的概念，大小和基本形态；细菌的基本结构、特殊结构；细菌形态学检查法；细菌的菌落特征和繁殖方式；细菌外毒素与内毒素；常见的病原性细菌（螺旋体、支原体、衣原体、立克次体）；放线菌的分类、细胞结构、菌落特征、培养条件、生活史，链霉菌属的生物学特性及其在抗生素工业中的应用。3.重点掌握：细菌的概念，大小和基本形态；细菌的基本结构、特殊结构；革兰氏染色法；细菌拉丁双名法；细菌的繁殖方式；不同细菌毒素；放线菌的形态、繁殖方式及其是原核细胞微生物的依据。中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu第一节细菌细菌，指一大类具有独特细胞壁，以无性二分裂方式繁殖的原核细胞型微生物。一、细菌的大小和形态1.大小细菌：光学显微镜观察，细菌的长度单位为微米(µm)。球菌：“直径”；杆菌、螺旋菌：“宽度×长度”；螺旋菌：“自然弯曲状的长度。2.形态(morphologyofbacteria)细菌具有三种基本形态，即球状、杆状和螺旋状，分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。3.细菌染色法(一)单染色法标本涂片、干燥固定、加一种染料（如美蓝或石炭酸复红等）染色、在光镜下观察形态。(二)复染色法：初染、脱色、复染（鉴别染色法）革兰染色法（Gramstain）：涂片干燥固定、结晶紫初染、路哥碘液媒染、加95％酒精脱色、最后用沙黄或稀释石炭酸复红复染，2种颜色。(三)特殊染色法二、细菌细胞的结构与功能1.细菌的基本结构（细胞壁、细胞膜、细胞质、核物质和一些细胞内含物等）(一)细胞壁(cellwall)高等植物纤维素；霉菌几丁质；细菌肽聚糖(peptidoglycan)；真菌葡聚糖，几丁质肽聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine,G)、N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramicacid,M)和短肽侧链聚合而成的多层网状结构的大分子化合物。中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu溶菌酶对细胞壁的作用◆可切断NAM和NAG之间的β-1，4糖苷键，引起细菌裂解。◆对G-菌，在EDTA存在下，受溶菌酶作用。◆溶菌酶处理后的菌细胞应保存在弱高渗（0.1-0.2M）蔗糖液中。青霉素对细菌细胞壁的作用Penicillium与转肽酶结合，而使该酶失活，抑制了侧链末端的丙氨酸与五肽桥的连接，破坏了细菌细胞壁的完整性（即抑制肽聚糖的合成），主要是对G+菌有效。细胞壁缺陷细菌1.在自然界长期进化中形成，支原体2.G+，溶菌酶酶解或青霉素，原生质体；3.G-，溶菌酶和乙二胺四乙酸（EDTA），圆球体。原生质体和圆球体统称为L型细菌，高渗溶液，形成“油煎蛋”样菌落，可用低倍镜观察到。除去诱导因子，L型细菌仍能恢复原来的细菌形态。（Eg：研究表明，L型细菌也具有致病作用，用药后反复发作，有临床症状，但常规培养菌检呈-，可考虑是L型细菌感染结果。）G+G-细胞壁的比较比较项目G+细菌G-细菌结构厚度(nm)20~8010~15肽聚糖层数多（可达50层）少（1~3层）肽聚糖结构90%亚单位交联，致密网状，交联度高35%亚单位交联，疏松网状，交联度低相邻多糖链连接方式肽桥连接直接连接组成肽聚糖（占细胞干重，%）50~805~15磷壁酸有无脂多糖无有脂蛋白无有脂类含量少，1%~4%多，11%~22%对青霉素敏感性敏感不敏感G+中磷壁酸主要功能有：是G+细菌重要的表面抗原，与血清学分型有关；有保存和运送Mg2+的作用；噬菌体感染的吸附受体；具有一定的致病作用；贮藏磷元素。G-中脂多糖LPS的结构：类脂A（内毒素的物质基础，致热作用）+核心多糖+多糖O抗原。LPS的主要功能有：是G-细菌内毒素的主要成分；吸附Mg2＋、Ca2+等阳离子；G-细菌细胞表面抗原；是噬菌体的吸附受体。革兰染色的原理中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu(二)细胞膜（cellmembrane）细胞正常的渗透性屏障，选择性控制细胞内外物质的运输和交换，即具有选择通透性细菌细胞膜上具有脱氢酶系，电子传递系统等，与细胞代谢有关；细胞膜还是细胞壁各种组分（肽聚糖、磷壁酸和LPS等）和荚膜等大分子合成的场所；细胞膜是细菌鞭毛的着生点，为细菌鞭毛的运动提供能量。(三)细胞质(cytoplasm)：介绍包含的物质1．核糖体(ribosome)2.颗粒状内含物（inclusionbody）(1)异染(颗)粒(metachromaticgranules)又称迂回体(volutin)，主要成分为多聚磷酸盐，用蓝色染科(甲苯胺蓝、美蓝)可染成紫红色，用特殊染色法可染成与细菌其它部位不同的颜色，故名。多聚磷酸盐可作为磷酸盐的储存体，在反应中可作为能量来源。(2)脂肪颗粒由聚β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyricacid)组成，易被脂溶性染料如苏丹黑着色，是细菌碳源和能源性贮藏物。(3)肝糖粒和淀粉粒肝糖粒为糖原(glycogen)，用稀碘液可染成红褐色，淀粉粒可用碘液染成深蓝色，它们均为细菌碳源和能源性贮藏物。(四)核质(nuclearmaterial)由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域。(五)质粒(plasmid)质粒是细菌染色体外闭环双链的DNA分子，是除染色体DNA外存在核外的遗传物质，能独立复制，亦能整合到染色体上随细菌染色体同时复制，并随细胞分裂而分配到子代细胞中。2.细菌的特殊结构（荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞等）(一)荚膜(capsule)荚膜：某些细菌在一定营养条件下可向细胞壁表面分泌一层松散透明、粘度极大的胶状物质。组成大多为多糖或多肽物质，并非为细菌细胞的必不可少的结构。荚膜的分类1.根据荚膜在细胞表面存在的状况，可分为三种情况：荚膜：粘液性物质具有一定外形，相对稳定地附着于细胞壁外；粘液层(slimelayer)：没有明显的边缘，可扩散到周围环境中的；微荚膜(microcapsule)：有些细菌的荚膜很薄（200nm）。2.光滑型(S型)菌落：具有荚膜，菌落表面湿润、光滑；粗糙型(R型)菌落：不具有荚膜，表面干燥、粗糙；S型菌落可因失去荚膜而转化为R型菌落。中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu荚膜对细胞的功能①抗干燥能力，保护细菌，抵抗吞噬，免受溶菌酶和补体以及其他杀菌物质的杀菌作用；②是细菌体外的贮藏物质，当缺乏营养时可作为碳源利用；③堆积某些代谢废物；④可使菌体附着于适当的物体表面，如链球菌的荚膜物质粘附于人的牙齿，可引起龋齿。（Eg：有些细菌荚膜本身对人体具有毒性而致病，粘性面包、牛奶都是因污染了产荚膜细菌而引起的。肠膜状明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)利用蔗糖合成大量荚膜物质葡聚糖，已被用来大量生产右旋糖酐，作为代血浆的主要成分。可用于抗休克、消肿和解毒。有的荚膜物质具抗原性，可用于细菌分型，作为鉴定细菌的依据之一。）(二)鞭毛(flagella)鞭毛蛋白+少量的糖类和脂类，抗原物质(H抗原)，可用作细菌的分类，氨基酸组成类似肌动蛋白，作为细菌运动的“器官”，有利于实现趋性。鞭毛组成：由鞭毛丝、鞭毛钩、基体三部分组成。鞭毛基体结构不同：G-菌：L环、P环、S环、M环；G+菌：S环，M环。观察方法：电镜直接观察、鞭毛染色法、悬滴法暗视野观察运动情况、半固体穿刺培养观察有无扩散、菌落外形（边缘、表面）、血清学反应(三)菌毛(pilus或fimbriae)细菌菌毛是比鞭毛纤细、短而直的丝状物，细菌菌毛的数目很多，遍布菌体表面。1．普通菌毛(commonpilus)普通菌毛广泛存在于肠道细菌中，遍布于细菌细胞表面，通过菌毛粘附在多种细胞上，由此获得立足点，进而侵入粘膜引起感染，所以普通菌毛的粘附作用与致病菌的致病性有关。2．性菌毛(sexpilus)性菌毛稍长而粗，数量较少，只有1～4根。带有性菌毛的细菌具有致育性，称F+菌株，它在细菌的接合中与遗传物质的传递有关；同时，性菌毛也是某些噬菌体吸附的受体。(四)芽胞(spore)芽孢：某些细菌在其生长发育后期，细胞质脱水浓缩，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。由于细菌芽孢的形成都在胞内，故又称为内生孢子。芽胞与细菌的繁殖体不同，一般认为它是细菌的休眠体。能否形成芽胞是细菌种的特性，有的G+、有的杆菌产生芽孢：芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、芽孢八叠球菌属。芽胞着生的位置、形状、大小因菌种而异。细菌芽胞的结构由芽胞外壁、芽胞壳、皮层、和核心组成。芽胞的特点是具有较强的耐热性，原因见下：含水量少，蛋白质受热不易变性芽胞壁厚且致密，通透性低，可阻止化学药品渗入合成了一些较繁殖体耐热性更强的酶芽胞皮层中含有砒啶二羧酸钙(DPA-Ca)，耐热性增强芽孢的萌发：由休眠状态的芽孢变成营养细胞的过程。萌发过程主要分活化、发芽和生长两个阶段。伴胞晶体（parasporalcrystal）：在形成芽孢的同时，在芽孢旁形成一个菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体（即δ-内毒素）。三、细菌与人类的关系1.细菌的致病性（毒力、入侵数量和入侵途径）中国药科大学国家生命科学与技术人才培养基地微生物与免疫学ByZuHuiLiu毒力是指病原菌致病性的强弱程度，具有菌株或型的差异，一般以半数致死量(LD50)表示，即采用一定途径感染实验动物使其半数死亡所需的最小细菌量。细菌外毒素和内毒素的比