病原生物与免疫学基础第二章细菌概述

提几个问题：什么是微生物？微生物具有什么特点？特点•小•简•Quickly（速）•广•多•变细菌真菌病毒什么是微生物？什么是细菌？探讨细菌的形态、结构、生长、繁殖、遗传、进化以及与人类、动物、植物相互关系。细菌是一类具有细胞壁的单细胞微生物。（一）细菌的大小一、细菌的大小与形态第一节细菌的形态与结构细菌体积微小，需放大1000倍左右才能看到。细菌测量单位：μmBacteria细菌1-5mFungi真菌3-10mViruses病毒0.02-0.2m（一）细菌的大小球菌杆菌螺形菌（二）细菌的形态球菌杆菌螺菌弧菌螺形菌细菌的形态双球菌链球菌四联球菌葡萄球菌短杆菌长杆菌二、细菌的结构基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质、质粒特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞１．细胞壁细胞壁是一种位于细胞外层，坚韧并具有弹性的结构，能维持细菌固有形态，保护细菌抵抗低渗环境。（一）细菌的基本结构细胞壁主要成分：肽聚糖革兰阳性菌G+革兰阴性菌G-根据细胞壁结构不同细菌Ｇ－菌肽聚糖仅１～３层，但有外膜。Ｇ＋菌肽聚糖含量高，可达５０层。五肽交联桥：五个甘氨酸聚糖骨架：N-乙酰葡萄胺N-乙酰胞壁酸四肽侧链：L-丙、D-谷、L-赖、D-丙G+菌肽聚糖结构GGGGMM丙谷DAP丙丙DAP谷丙四肽侧链L-丙D-谷DAPD-丙G-菌肽聚糖结构:DAP：二氨基庚二酸革兰阳性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽侧链(丙谷赖丙)和五肽交联桥三部分组成，构成十分坚韧的三维立体结构。革兰阴性菌者仅由聚糖骨架和四肽侧链(丙谷DAP丙)两部分组成（二维）。G+和G-菌肽聚糖结构比较G+G-溶菌酶能裂解β-1,4糖苷键，破坏聚糖骨架，引起细菌裂解。青霉素和头孢菌素能干扰五肽交联桥的形成，使肽聚糖不能合成，细胞壁出现缺陷，导致细菌死亡×←×G+菌特殊组分：壁磷壁酸膜磷壁酸磷壁酸膜磷壁酸壁磷壁酸脂蛋白脂多糖脂质双层特殊组分：外膜G-菌特殊组分：细胞壁革兰阳性菌革兰阳性菌强度较坚韧较疏松厚度20-80nm10-15nm肽聚糖层数可多达50层1-2层肽聚糖含量占细胞壁干重50%-80%占细胞壁干重5%-20%磷壁酸有无外膜无有提问：G+、G-菌的肽聚糖结构有什么不同？小结：细胞壁缺陷细菌形成条件生物学特性与医学关系细胞壁中肽聚糖结构受理化或生物因素的直接破坏或合成抑制而形成。形态多形性染色革兰阴性培养高滲培养基菌落油煎蛋样仍有一定致病性，常发生在使用作用细胞壁的抗菌素治疗过程中，临床上遇有症状明显而常规细菌培养阴性者应考虑此菌感染。细菌L型（补充内容）临床分离葡萄球菌L型葡萄球菌L型回复后细菌L型菌落类型电镜照片2、细胞膜细胞壁内紧包细胞质，结构与真核细胞基本相同。功能细胞膜电镜照片分泌呼吸载体蛋白脂质双层细胞膜模式结构图物质转运生物合成白喉杆菌细胞膜与中介体3、中介体部分细胞膜折叠形成的向内陷入细胞质中的囊状物功能类似真核细胞线粒体，为细菌提供大量能量。4、细胞质细胞膜包裹的溶胶状物质有水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成细胞质内含有许多重要结构,常见有核糖体质粒胞质颗粒与真核细胞不同，抗菌素作用部位染色体外遗传物质，与遗传变异有关异染颗粒等，可鉴别细菌异染颗粒质粒细菌核蛋白体电镜照片特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞（二）细菌的特殊结构1.荚膜化学组成：功能：产汽荚膜杆菌Capsule多糖或多肽抗吞噬作用粘附作用抗有害物质损伤作用2.鞭毛Flagellum化学组成：功能：鞭毛蛋白运动器官与致病有关鉴定分类细菌单毛菌双毛菌丛毛菌周毛菌3.菌毛种类与功能：菌毛鞭毛Pilus化学组成：菌毛蛋白普通菌毛—与致病有关性菌毛—与遗传变异有关4.芽胞功能与医学上意义：Spore脱水而成，为细菌休眠形式对外界的抵抗力增加可发芽成繁殖体有致病性有鉴别作用应以杀死芽胞为灭菌效果的指标三、细菌的分类和命名1.分类原则:依据形态、生理生化特性、遗传特性及免疫学特性进行系统分类。2.分类单位:界、门、纲、目、科、属、种。如：大肠杆菌分类系统为原核生物界→细菌门→分裂型细菌亚纲→真细菌目→肠杆菌科→埃希氏菌属→大肠埃希氏菌种。3.种、变种、型及株的含义种(species):种是最基本的分类单位,是指起源于一个共同祖先,在形态特征和生理生化特性上差别微小,能适应一定的环境的一群个体。变种(variety):某些特性表现与模式种不同,如有毒细菌变异为无毒的变种。型(type):是同种之间在某些特殊性质上有区别的细菌。“型”常用于变种以下的细分。血清型(serotype);噬菌体型(phagetype)和细菌素型(bacteriocinetype)。株(strain):在不同地区或不同实验室分离到的具体菌种称为菌株。4.命名原则拉丁文双名法。前一字为属名,用名词，首字母大写，后一字为种名,用形容词，首字母小写，印刷时一律用斜体字。中文名是种名在前属名在后如Salmonellatyphi伤寒沙门菌5.分类方法（1）数值分类（2）化学分类（3）核酸分类6.分类系统20世纪70年代以后，美国细菌学家伯杰《伯杰氏鉴定细菌学手册》五大类、30个组。•一、细菌生长繁殖的条件•1、充足的营养物质：水、含碳化合物、含氮化合物和无机盐是基本的营养成份。生长因子。•2、合适的酸碱度：多数病原菌生长繁殖的最适pH为7.2～7.6。•3、适宜的温度：多数病原菌最适宜的温度是37℃。•4、必需的气体环境：主要指氧和二氧化碳。细菌根据对氧的需要，可把细菌分为四类：•专性需氧菌：只能在有氧的环境下生长繁殖，如霍乱弧菌；•微需氧菌：在低氧分压(5%～6%)环境中生长最好，如幽门螺杆菌。•厌氧菌：必须在无氧环境中才能生长，如破伤风梭菌。•兼性厌氧菌：在有氧或无氧环境中都能生长，大多数病原菌属于此类。二、细菌的繁殖方式和速度•1．繁殖方式•细菌以无性二分裂的方式进行繁殖。•2．繁殖速度•在适宜的环境中，一般细菌20～30分钟分裂1次。个别细菌如结核分枝杆菌约18～20小时才分裂1次，细菌分裂一次称为繁殖一代。若以20分钟分裂1次计算，经过10小时，1个细菌将繁殖成10亿个以上。但由于营养物质消耗，代谢产物的堆积等环境改变，经一段时间，细菌繁殖速度会逐渐减慢，甚至死亡。三、细菌的人工培养•1．人工培养的意义•（1）传染病的诊断与治疗•（2）生物制品的制备•（3）细菌的鉴定与研究•2．培养基•是由适合于细菌生存的各种营养物质配制而成的营养基质。•按用途可分为基础培养基、营养培养基、鉴别培养基、选择培养基和厌氧培养基等。•按物理性状可分为液体、固体和半固体培养基。在液体培养基中加入一定量的凝固剂（多为琼脂）即成为固体或半固体培养基。3．细菌在培养基中的生长现象•（1）细菌在固体培养基中的生长现象•菌落：把细菌接种到固体培养基表面，一般经37℃，18～24小时培养，单个细菌就可以生长繁殖成肉眼可见细菌集团，称之。不同细菌形成的菌落大小、形状、颜色不同，即菌落特征，有利于鉴别细菌种类•（2）细菌在液体培养基中的生长现象•不同细菌在液体培养基中生长繁殖可出现均匀混浊、沉淀和形成菌膜三种现象，临床应用的澄清透明的注射液若发现上述任何一种现象，均表明已被细菌污染，禁止使用。•（3）细菌在半固体培养基中的生长现象•经常用于做动力试验：即将细菌穿刺接种于半固体培养基中，经培养后，无鞭毛的细菌沿穿刺线生长，穿刺线清晰；有鞭毛的细菌则沿穿刺线向周围扩散生长，穿刺线模糊不清，用于检查细菌的动力细菌在各种培养基上的生长现象•1．毒素和侵袭性酶•毒素是病原菌合成的对机体有毒害作用的物质，有内毒素和外毒素两种。某些细菌还能产生侵袭性酶。毒素和侵袭性酶在细菌致病作用中甚为重要。•2．热原质•细菌在代谢过程中产生的一种多糖，注入人和动物体内能引起发热反应，故名热原质。多由革兰阴性菌产生，热原质耐高温，不被高压蒸气灭菌（121℃30min）所破坏，常通过滤过或吸附除去液体中大部分热原质，蒸馏法效果最好。•3．抗生素•由某些微生物产生的，并能抑制或杀灭其他微生物的物质称为抗生素。广泛应用于感染性疾病的治疗。•4．维生素•某些细菌合成的维生素除供自身需要外，还可分泌到细菌体外。如人体肠道的大肠埃希菌能合成B族维生素和维生素K，供人体吸收利用。•5．色素•是细菌产生的有色物质。如金黄色葡萄球菌产生非水溶性金黄色色素如铜绿假单胞菌产生水溶性绿色色素，在细菌鉴别上有一定的意义。•6.细菌素•菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质或蛋白质复合物，一般用于细菌分型和流行病学调查。(二)细菌的合成代谢产物•分解代谢产物及其意义••细菌的酶系统不同，对营养物质的代谢方式和过程不一致，因而产生不同的代谢产物。利用代谢产物进行细菌的检测称为生化反应试验，对于菌种的鉴定有重要意义。•如：大原性肠埃希菌可酵解葡萄糖和乳糖，而伤寒沙门菌只发酵葡萄糖，不能发酵乳糖；葡萄糖发酵试验结果为产酸并产气，而伤寒沙门菌发酵葡萄糖仅产酸不产气。因此，利用生化反应中的糖酵解诊试验可初步鉴定肠道非致病菌与致病菌。•细菌的生化反应对于鉴别形态、革兰染色反应和培养特性相同的细菌尤为重要。三、细菌的遗传变异v1.形态结构变异：v指细菌的形态结构在某些因素影响下发生的变异。v2.菌落变异：肠道杆菌变异较为多见v3.毒力变异：v指细菌在一定条件下毒力的减弱或增强。如卡介苗(BCG)•4.耐药性变异：指细菌对某一抗菌药物由敏感变为有抵抗力•5.抗原性变异：肠道杆菌的鞭毛抗原、菌毛抗原常发生变异。•（二）细菌遗传变异在医学上的应用•1．病原学诊断：在实验诊断工作中，常遇到一些变异菌株，其形态、毒力、生化反应或抗原性都不典型，给细菌鉴定带来困难。如在有些使用抗生素的患者体内可分离到L型细菌从而必须了解L型细菌培养的特点以及如何使其返祖而恢复其典型形态与菌落，做出正确的诊断。•2．疾病的预防：目前应用的减毒活菌苗如卡介苗是十分成功的例子，此外还获得了预防鼠疫和布氏菌的活菌苗。•3．治疗中的应用：耐药性菌株•4．基因工程方面：重组基因，获得用一般方法难以获得的产品，如胰岛素、生长激素、干抗素等。遗传工程技术还可应用于生产具有抗原性的无毒性的疫苗，这是预防传染病的一种新的途径。第三节细菌与外界环境一、细菌的分布•细菌种类多，繁殖快，适应环境的能力强，是自然界中分布最广泛的一群微小生物。微生物在自然界中的分布可概括为：“无孔不入，无处不有”（一）细菌在自然界中的分布1、土壤中的细菌•土壤是细菌生存的天然场所（因为土壤中有水分、营养物质、空气、一定的PH环境和温度）•自然界中，以土壤的含菌量（种类）最多，土壤素有“天然培养基”之称。土壤也是一切自然环境中细菌的总发源地，也是人类利用细菌的主要来源•在肥沃的土壤中，每克土壤含菌量达几十亿-几仟亿（沙漠含菌量仅10万/g）。•细菌在土壤各层分布不均：表面含菌量少；距表面10-20cm土壤含菌量最多•土壤中的细菌多数为非病原菌，它们在自然界的物质循环中起着重要的作用，是动植物与人类生存的必要条件之一。•土壤中仅有少数病原菌，它们来自人和动物体（粪、尿、痰、尸体等）。多数病菌在土壤中很能容易死亡。主要为球菌和芽胞杆菌，如炭疽杆菌、破伤风杆菌、气性坏疽可长期存活。所以，当人体创伤处污染泥土时，要严防破伤风和气性坏疽感染。2、空气中的细菌⑴空气细菌来源空气中的细菌来自土壤、尘埃和高声说话、喷啑及咳嗽飞沫。在人口密集的公共场所或医院，空气中细菌种类和数量显著增多。⑵空气中的病原菌及空气感染•空气中一般没有病原菌，但疫区或患者周围空气中有大量病原菌。如乳牛的唾液沫（结核）随咳嗽或喷啑可喷射5m远，且飘浮很长时间。带有病原菌的尘埃也会飞扬到大气中。•空气中非病原菌常常污染药物制剂、培养基、生物制剂（品），引起食品、饲料变质以及造成手术感染。所以在外科手术、细菌接种、制备生物药剂及生物制品等工作中，应严格无菌操作杜绝污染。•空气细菌卫生检查有时用甲型溶血性链球菌作为指示菌，表明空气受到人上呼吸道分泌物中微生物的污染程度。•在疫区或患者周围空气中有大量病原菌。如乳牛的唾液沫（结核）随咳嗽或喷啑可喷射5m远，且飘浮很长时间。带