细菌总论本科.ppt
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1、医 学 微 生 物 学罗恩杰主编(第四版),病原生物学教研室 郭亚楠 2012-11,绪 论,感染性疾病是世界上发病率最高,引起人类死亡的主要原因之一。病原生物(pathogenic organism)发展趋势:新的病原微生物不断出现非典型性肺炎,禽流感,甲型流感,耐药的肠道杆菌 旧的病原微生物死灰复燃结核病 人畜共患病的流行疯牛病三大感染性疾病流行:艾滋病、乙型肝炎、结核病,医学微生物学,古老的学科-1674年第一次观察到微生物,我国古代伤寒、鼠疫的描述。不断发展的学科-传染病学 免疫学 分子生物学 1973年以来新发现重要病原微生物30多种。充满斗争性的学科-2004年-SARS病原微生物
2、 实验室生物安全管理条例;2005年-禽流感;2006年-猪链球菌流行;2009年-甲型流感流行 2011年-耐药致病性大肠杆菌欧洲流行,一、微生物的定义,微生物(microorganism):是存在于自然界 的一大群体形 微小、结构简单、肉眼直接看不见,必须借助光学显 微镜或电子显微镜 放大数百倍、数千倍,甚至数万倍才能观察 到的微小生物。,二、微生物的种类与分布,微生物的种类:非细胞型微生物无典型的细胞结构,只能在活细胞内生长繁殖,是最小的一类微生物。病毒原核细胞型微生物仅有原始核,无核膜、核仁。细胞器不完善。细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体真核细胞型微生物有发育成熟的细胞核
3、,细胞器完整。真菌 一毒三菌四体,微生物的分布,微生物分布十分广泛,“无处不在”。,三、微生物与人类的关系,绝大多数微生物对人类和动物、植物是有益的,而且有些是必需的 在自然界中元素的循环 在工业方面的作用 在农业方面的作用 在医药方面的作用只有少数的微生物对人类和动、植物是有害的病原微生物。,四、微生物学的发展过程,微生物学经验时期实验微生物学时期现代微生物学时期,1676年荷兰人列文虎克用自磨镜片,创造了一架能放大266倍的原始显微镜检查了污水、齿垢、粪便等,发现了许多肉眼看不见的微小生物,正确描述了微生物的形态有球形、杆状和螺旋样,为微生物的存在提供了科学依据。,(Louis Paste
4、ur,18221895)首先证明了有机物的发酵和腐败是由微生物引起的。巴斯德开始了微生物的生理学时期,他还创立了巴氏消毒法用于酒类和乳类的消毒 成功研制鸡霍乱、炭疽和狂犬病疫苗。,(Robert Koch,18431910)创用了固体培养基用于细菌的分离纯培养,首次发现了TB、霍乱弧菌等。,(Edward Jenner,17491823)首创用牛痘预防天花,为预防医学开辟了广阔途径。,医学微生物学(medical microbiology),主要研究与医学有关的病原微生物的生物学性状,及病原微生物与人类的相互作用(感染与免疫)、以及特异性诊断、防治措施等方面的一门自然科学。分为细菌学、真菌学、
5、病毒学。,思考题,微生物的定义?微生物的种类?,第一篇 细菌学,第一章 细菌的形态与结构(P09),细菌(bacterium):是属原核生物界的一种单细胞微生物。一类具有细胞壁,以无性二分裂方式进行繁殖的原核细胞型微生物。第一节 细菌的大小与形态第二节 细菌的结构第三节 细菌形态与结构检查法,第一节 细菌的大小与形态,测量细菌大小单位微米(m)细菌按其外形,主要有,球菌杆菌螺形菌:弧菌 螺菌 螺杆菌,球菌(coccus),球 菌,双球菌(diplococcus),脑膜炎奈瑟菌,球 菌,链球菌(streptococcus)葡萄球菌(staphylococcus),球 菌,四联球菌 八叠球菌,杆
6、菌(bacillus),不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。,杆 菌,杆菌的形态多样,杆 菌,杆菌的形态多样,分枝杆菌,双歧杆菌,螺形菌(spiral bacterium),弧菌,螺菌,第二节 细菌的结构,基本结构:细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构:荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞,一.基本结构,(一)细胞壁(cell wall)包绕在细胞膜外的坚韧而有弹性的膜状结构。细 革兰阳性菌(G+菌)菌 革兰阴性菌(G-菌)两类细菌细胞壁的共同组分为肽聚糖,但各有其特殊组分。,革兰染色,肽聚糖(peptidoglycan)G+菌肽聚糖:聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥聚糖骨架:-1,4糖苷键 N-乙酰葡糖胺
7、N-乙酰胞壁酸四肽侧链:L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸、D-丙氨酸五肽交联桥:五个甘氨酸,三维立体结构,连接,革兰阴性菌肽聚糖:聚糖骨架、四肽侧链聚糖骨架:同G+菌四肽侧链:L-丙、D-谷 DAP、D-丙 二氨基庚二酸,连接,二维平面结构,2.革兰阳性菌细胞壁特殊组分磷壁酸 膜磷壁酸,G+性菌特有成分,壁磷壁酸,重要表面抗原调节离子交换稳定和加强细胞壁与细菌粘附致病有关,作用,3.革兰阴性菌细胞壁特殊组分外膜,外膜,1.脂多糖(lipopolysaccharid,LPS 即G-菌的内毒素),脂质A:毒性和生物学活性(lipid A)核心多糖:属特异性特异多糖:种特异性,2.脂质双层3.脂蛋
8、白,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌,构型、强度 三维立体结构、较坚韧 二维平面结构、较疏松厚度 20-80nm 10-15nm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%糖脂含量 糖多脂少 糖少脂多磷壁酸+-外膜-+,意义:两类细菌在染色性、致病性、抗原性及 药物敏感性(青霉素,溶菌酶)等方面有差异。,4.细胞壁的功能,维持细菌的固有形态、保护细菌抵抗低渗环境特异性抗原与细菌的分类有关某些成分与致病有关:A群链球菌膜磷壁酸 抗吞噬作用 革兰阴性菌脂多糖 多种生物学效应细胞壁与细菌营养物质的交换、离子调节有关。
9、,5.细菌细胞壁缺陷型(细菌L型),含义:细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化 或生物因素的直接破坏或合成被抑制,这 种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可成 活者,称为细胞壁缺陷型(细菌L型)。,细菌L型的特点,细菌L型呈高度多形性;独特的培养特性;L型菌仍有一定的致病性;有些L型菌在去除诱发因素后,能回复 为原菌。,细菌L型的培养特性和菌落形态,细菌L型生长缓慢,营养要求高,培养时必须用高渗的含血清的培养基。细菌L型的菌落。,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落(典型L型菌落),油煎蛋样菌落(典型L型菌落),丝状菌落,临床分离葡萄球菌L型 葡萄球菌L型回复后,L型菌的回复,(二)细胞膜(cell membran
10、e),位于细胞壁内紧包细胞质,结构与真核细胞基本相同,功能,渗透运输细胞呼吸生物合成参与细菌分裂,中介体(mesosome),中介体:部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物,多见于G+菌。其功能类似于真核细胞的线粒体,故亦称为拟线粒体。,(三)细胞质(cytoplasm),核糖体:细菌合成蛋白质的场所,由蛋白质和核糖体核酸(rRNA)组成。细菌核糖体沉降系数70S(50S,30S),真核细胞80S(60S,40S)。链霉素-30S亚基结合 红霉素-50S亚基结合 杀死细菌,干扰蛋白质合成,胞质颗粒 大多为贮藏的营养物质包括糖原、脂类、磷酸盐等。质粒(plasmid):染色体外的遗传物质,携带有
11、遗传信息。为双股闭合环状DNA分子,控制细菌某些特定的遗传特性。可在细菌间移动。异染颗粒主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒,嗜碱性强,用甲基蓝染色时着色呈深紫色,较菌体其它部位着色不同,故名异染颗粒或纡回体。异染颗粒常见于白喉棒状杆菌。,异染颗粒,(四)核质(拟核)(nuclear material/nucleoid),电镜显示,一般细菌的核质为双链DNA组成的环状松散网状结构,无核仁、核膜,是细菌主要的遗传物质,控制细菌大部分生物学性状。,二.特殊结构,(一)荚膜(capsule)1.定义:荚膜某些细菌在其细胞壁外包饶的一层粘液性物质,厚度0.2m,边界清楚,光镜下可见。,肺炎球菌荚膜,荚膜
12、含水多,对一般碱性染料的亲合力低,不容易着色,常用特殊染色法染色。(如荚膜染色法、墨汁负染法),2.荚膜的功能,抗吞噬作用:荚膜具有抵抗宿主吞噬细胞的作用,因而荚膜是病原菌的重要毒力因子。储存营养堆积某些代谢产物抗有害物质的损伤作用:荚膜处于细胞的最外层,有保护菌体避免和减少受有害物质的损伤作用。抗干燥作用。粘附作用:荚膜多糖可使细菌与特异的宿主组织结合,也参与细菌生物膜(biofilm)的形成,是引起感染的重要因素。,(二)鞭毛(flagellum),1.定义:鞭毛是某些细菌从细胞内向外伸出的一根或数根细长、波状弯曲的丝状体,是细菌的运动“器官”。,鞭毛菌分类,单毛菌(霍乱弧菌)丛毛菌(铜绿
13、假单胞菌),双毛菌(空肠弯曲菌)周毛菌(伤寒沙门菌),3.鞭毛的功能,鞭毛是细菌的运动器官 动力试验;鞭毛蛋白具有良好的免疫原性,称为鞭毛抗原(H抗原);有些菌的鞭毛与致病有关。,鉴定细菌细菌分类,(三)菌毛(pilus/fimbria),菌毛:许多G-和少数G+菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短、更直硬的丝状物。根据功能不同,菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。,1.普通菌毛(common pili),数量多(每菌可达数百根),遍布于菌体表面;普通菌毛是细菌的粘附结构,能与宿主细胞表面的特异性受体结合,与细菌 的粘附致病有关。,2.性菌毛(sex pili),数量少,每个细菌1-4根,性菌毛由致
14、育因子(fertility factor,F factor)的质粒编码,与细菌的遗传变异(如耐药性变异、毒力变异等)有关。,菌毛的功能,与细菌的粘附致病有关。-普通菌毛 与细菌的遗传变异有关。-性菌毛,(四)芽胞(spore),1.定义:某些G+菌在一定的环境条件下,胞质脱水浓缩,在菌体内形成的多层膜包裹的圆形或卵圆形小体,称为芽胞。,2.芽胞特点,芽胞折光性强,不易着色。芽胞是细菌的休眠状态,一个细菌只形成一个芽孢,一个芽孢发芽只生成一个菌体;芽胞抵抗力强(对热、干燥、辐射、化学消毒剂等均有较强抵抗力)。,3.芽胞的功能,芽胞的抵抗力强,是灭菌的指标。杀死芽孢最可靠的方法-高压蒸汽灭菌芽胞的
15、大小、形状、位置等随菌种而异,有助于细菌的鉴别。,肉毒梭菌,破伤风梭菌,第三节 细菌形态与结构检查法,显微镜放大法二.染色法,一.显微镜放大法,普通光学显微镜(light microscope)普通光学显微镜的分辨率为0.25um。一般细菌都大于0.25um,故可用普通光学显微镜观察。,电子显微镜(electron microscope)电子显微镜的分辨率为1nm。不仅能看清细菌的外形,内部超微结构可一览无余。,二.染色法,1.单染法2.鉴别染色法 最常用的鉴别染色法 革兰染色法(Gram stain),(1)革兰染色步骤,初染:结晶紫媒染:碘液脱色:95%乙醇复染:稀释复红结果判定:篮色为G
16、+菌 红色为G-菌,革兰阳性 革兰阴性,(2)革兰氏染色原理细胞壁结构学说;等电点学说。(3)革兰氏染色的意义鉴别细菌;药物选择;了解细菌的致病性。,思考题,测量细菌的单位?细菌的基本形态?比较革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构差异及其意义?细菌的特殊结构由哪些?功能?什么是L型细菌?有何特点?,第二章 细菌的生理学(P15),细菌代谢特点,代谢旺盛:细菌体积虽小,但 与环境接触表面积大,大多数 细菌20分钟/代。代谢类型多样化:细菌营养 类型多样化、能量代谢呼吸 类型多样化、代谢产物多样化。,一.细菌的生长代谢,(一)细菌的能量代谢 基本化学反应是生物氧化 加氧,脱氢,脱电子反应 发酵 呼吸 有氧
17、呼吸 无氧呼吸,(二)细菌的营养类型自养菌(autotroph):以简单的无机物为原料,合成菌体成分,又分为化能自养菌和光能自养菌;异养菌(heterotroph):以多种有机物为原料,合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌和寄生菌。所有的病原菌均为异养菌,大部分属寄生菌。,(三)细菌的代谢产物,1.分解代谢产物和细菌的生化反应生化反应试验 不同的细菌具有的酶不完全相同,对营养物质的分解能力亦不一致,代谢产物也不相同,根据此特点,利用生物化学方法来鉴别不同细菌称为生化反应试验。常见的有:糖发酵试验,吲哚试验,硫化氢试验,糖发酵试验,吲哚试验,硫化氢试验,2.细菌的合成代谢产物,1)热原质(p
18、yrogen):是许多细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质,又叫致热原。产生细菌:多为G-菌,热原质=脂多糖。特点:a.耐高温;b.污染器皿及药物输液反应。,2)毒素和侵袭性酶:,(1)毒素:外毒素(exotoxin)是多数G+菌和少数G-菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质;内毒素(endotoxin)是G-菌细胞壁的脂多糖,当菌体死亡崩解后游离出来。(2)侵袭性酶:某些细菌产生的具有侵袭作用的酶,能损伤机体组织,促进细菌的侵袭和扩散,是细菌重要的致病物质。如链球菌的透明质酸酶、产气荚膜梭菌的卵磷脂酶等。,3)色素,水溶性色素 如绿脓杆菌产生的绿色色素;脂溶性色素 如金葡菌
19、产生的金黄色色素。,4)抗生素(antibiotic):某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其它微生物或肿瘤细胞的物质,称为抗生素。5)细菌素:某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质称为细菌素。细菌素与抗菌素比较起来其作用范围较窄。6)维生素:细菌能合成多种维生素,如大肠b就可合成VB6、VB12、Vk等。,(四)细菌生长繁殖的条件,1、营养物质 水、碳源、氮源、无机盐和生长因子。2、pH-最适pH 7.2-7.63、温度-35-374、对气体要求:CO2:5%CO2 氧气:专性需氧菌 微需氧菌 兼性厌氧菌 专性厌氧菌,厌氧菌厌氧机制,缺乏氧化还原电势(Eh)高的呼吸酶:即缺乏细胞色
20、素和细胞色素氧化酶;缺乏分解有毒氧基团的酶:即缺乏超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(触酶)、过氧化物酶。2O2-+2H+SOD H2O2+O2(清除 O2-)2H2O2 过氧化氢酶 2H2O+O2(清除H2O2)H2O2+AH2 过氧化物酶 2H2O+A(有机物),(五)细菌生长繁殖,1.细菌个体的生长繁殖繁殖方式-二分裂法,2.细菌群体的生长繁殖细菌生长曲线,细菌数的对数,细菌典型生物学特性-对数期,二.细菌的人工培养(自学),固体培养基:菌落(colony),菌落里的所有 细菌均具有相同的遗传物质、特征相同。-分离纯培养,增菌,菌落(S型),菌苔(lawn),菌落(R型),液液体培养基
21、:表面生长 均匀混浊生长 沉淀生长 液体培养基:表面生长 均匀混浊生长 沉淀生长,液体培养基:,液体培养基:表面生长;均匀混浊生长;沉淀生长,半固体培养基:,增菌,动力检测,保种,动力检测,保种,动力检测,保存菌种,细菌的命名,通常采用拉丁双命名法。英文名:属名在前(大写,名词);种名在后(小写,形容词)。如:Escherichia coli.(E.coli)中文名:种名在前,属名在后 如:大肠埃希氏菌等。,三.细菌的分类及命名,细菌的分类:界、门、纲、目、科、属、种种是细菌分类的基本单位,生物学性状基本相同的细菌群体构成一个菌种(species)。属性状相近、关系密切的若干菌种组成一个菌属(
22、genus)。型同种细菌间,若存在微小的差异,则称为型(type)。株不同来源的同一菌种的细菌(strain)。标准株具有某种细菌典型特征的菌株(standard strain),思考题,细菌生长代谢的特点?细菌的合成代谢产物?常见的细菌生化反应?,第三章 消毒灭菌与病原微生物实验室生物安全(自学、实验课内容,P73)1.掌握下述基本概念:消毒、灭菌、抑菌、防腐、无菌;2.掌握以下几种消毒方法 煮沸、间隙灭菌、干烤、所需的时间及温度;巴氏消毒法、高压蒸气灭菌3.为什么湿热灭菌效果比干热灭菌效果好?4.掌握紫外线灭菌原理、特点及用途?选择下列物品最佳 牛奶、手术器械、体温表、消毒灭菌方法 血清、
23、手术室空气、玻璃器皿、普通培养基。6.熟悉病原生物学的分类及病原生物学实验室的分级。,第四章 噬菌体(P34),一.概述 1.定义:噬菌体(bacteriophage,phage)是感 染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒,感染细菌后常能使细菌裂解,故称为噬菌体。,2噬菌体特性,个体微小,结构简单;专性细胞内寄生;严格的宿主特异性;分布广泛;,二.形态与结构,1.形态 需用电镜观察。在电镜下phage呈三种形态:蝌蚪形、微球形和细杆形。大多数phage呈蝌蚪形。,2.蝌蚪形噬菌体结构,头部:核酸+蛋白质外壳 DNA或RNA尾部:蛋白质,能识别宿主菌表面的特异性受体,并与之结合,三.噬菌体
24、与宿主菌的关系,根据phage与宿主菌的关系,phage可分成两种类型:毒性噬菌体和温和噬菌体。(一)毒性噬菌体1.含义:毒性噬菌体能在宿主菌细胞内复制增殖,产生大量子代噬菌体,最终裂解细菌,称为毒性噬菌体。,2.溶菌现象,在液体培养基中,噬菌现象可使浑浊菌液变得澄清。在固体培养基上,若用 适量的噬菌体和宿主菌液 混合后接种培养,培养基 中可见透亮的溶菌空斑出 现。一个空斑系由一个 噬菌体复制增殖并裂解细 菌后形成,称为噬斑。,3.phage 溶菌过程,吸附穿入生物合成成熟释放,phage 增殖过程,吸附:噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合。,穿入,生物合成,转录形成mRNA,翻译为噬菌体所需
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