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1、MEDICAL MEDICAL MICROBIOLOGYMICROBIOLOGY 医学微生物学 INTRODUCTIONINTRODUCTION 微生物指在显微镜下才能看到的微小实体 包 括细菌 真菌 病毒 某些原生动物和藻类 微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚 因而 需要借助显微镜观察的微小生物 微生物包括 原核微生物 如细菌 真核微生物 如真 菌 藻类和原虫 和无细胞生物 如病毒 三 类 定义定义 医学微生物学是一门医学基础学科 主要研究 与医学有关的病原微生物的特性 感染与免疫 机制及其特异性诊断和防治 医学微生物学发展简史医学微生物学发展简史 微生物学经验时期 民间常用的盐腌 糖渍 烟
2、熏 风干等保存食 物方法 自古以来有将水煮沸后饮用的习惯 人痘预防天花等 实验微生物时期 1 细菌的发现 2 发酵与微生物作用 3 微生物是传染病因子的确立 4 病毒的发现 5 免疫学的兴起 6 化学疗剂和抗生素的发明 细菌的发现细菌的发现 17世纪 荷兰人列文虎克利用自制的放大266 倍原始显微镜观察了污水 齿垢 粪便等材料 发现了许多肉眼看不见的微小生物 并正确 描述了这些微生物的形态 球状 杆状和螺旋 状 为微生物存在提供了科学依据 发酵与微生物作用发酵与微生物作用 19世纪60年代 法国科学家巴斯德首先证明了 酒类的变质是由于污染了酵母菌以外的另一些 杂菌繁殖的结果 创用了加热60 作
3、用30分钟 的巴氏消毒法 防止了酒类及牛乳的变质 英国外科医生李斯特用碳酸喷洒手术室和煮沸 手术用具 创建了无菌外科手术 微生物是传染病因子的确立微生物是传染病因子的确立 德国学者郭霍创用固体培养基 成功地从环境 或患者排泄物等标本中分离出细菌的纯培养 物 相继发现了炭疽杆菌 1876 结核分枝 杆菌 1882 和霍乱弧菌 1883 在研究炭疽病时 郭霍提出了著名的原则 从患者的机体能分离出纯种细菌 将此细菌接种于易感健康动物能引起相同疾 能从感染的动物体内分离出同一种细菌 在同样的特殊疾病中能发现同一种病原菌 郭霍原则证实了微生物的致病系统 免疫学的兴起免疫学的兴起 1796年英国医生琴纳创
4、用了牛痘预防天花成为 近代免疫学的开端 以后巴斯德发明的炭疽 狂犬病 鸡霍乱疫苗为自动免疫预防感染病开 辟了前景 1958年澳大利亚学者Burnet以生物学和分子遗 传学的发展为基础 提出了抗体生成的克隆选 择学说 阐明了抗体产生机制 抗原识别 免 疫记忆形成 自身免疫耐受和自身免疫发生等 重要免疫生物学现象 化学疗剂和抗生素的发明化学疗剂和抗生素的发明 德国艾利希于1910年合成的梅毒治疗剂砷凡纳 明和稍后合成的新砷凡纳明 开创了微生物感 染的化学疗剂治疗的新时代 1929年弗莱明发现的抑制金黄色葡萄球菌生长 的青霉素 1935年Domagk发现的磺胺药物百 浪多息 1940年的弗洛里的青零
5、素结晶纯品 使许多由细菌引起的感染性疾病得到了控制和 治愈 现代微生物学时期现代微生物学时期 自上世纪70年代末 随着生物化学 遗传学 细胞生物学 免疫学和分子生物学等学科发展 电子显微镜技术 细胞培养技术 标记技 术 核酸技术和电子计算机等新技术的建立和 应用 微生物学在理论研究及应用研究方面得 到了极大的发展 微生物的主要特性微生物的主要特性 微生物最大特点 体积微小 且结构上相当简 单 微生物体积极微小 故相对面积较大 物质吸 收快 转化快 微生物在生长与繁殖上亦是很迅速的 而且适 应性强 从寒冷的冰川到极酷热的温泉 从极 高的山顶到极深的海底 微生物都能够生存 微生物适应性强 容易在较
6、短时间内积聚非常 多的个体 因此容易筛选并分离到突变株 容易得到微生物突变株的性质 给人类利用与 开发微生物带来广阔契机 但也是导致抗药性 的内在原因 主要分类主要分类 微生物主要分为以下几类 1 原核微生物 细菌 Bacteria 古菌 Archaea 2 真核微生物 真菌 Fungi 3 原生生物 protozoan 4 藻类 algae 5 无细胞生物病毒 virus 类病毒 virusoid 拟病毒 viroid 朊毒体 亦称朊病毒 蛋白质 质感染性颗粒 prion 细菌细菌 细菌是一类细胞细短 结细菌是一类细胞细短 结 构简单 胞壁坚韧 多以构简单 胞壁坚韧 多以 二分裂方式繁殖和水
7、生性二分裂方式繁殖和水生性 较强的原核生物较强的原核生物 A 地点 发现于大部份的栖息地 B 数量 地球上数量最多的生物 C 时间 最早的生命体 25亿年前的化石时期就存在 是活最久的生物 D 细胞型态 大部份都是单细胞 E 环境 大部份在pH6 5 7 0生长最佳 与一般生物差不 多 但极端环境中可能以孢子化型态存在 气候变迁 可能将细菌带进人类生活 产生新疾病或带来益处 F 一般功能 为死去生物及可回收养份的降解者 G 独特之功能 有些细菌可降解化学物质或油污 可供 研究 H 负向功能 有些会致病 I 分类方式 根据结构 行动能力 分子成份 对革兰氏 染色法的反应来分类 基本形态基本形态
8、球状 杆状 螺旋状球状 杆状 螺旋状 球菌球菌 COCCUSCOCCUS 细胞个体呈球形或椭圆形 不同种的球菌在细 胞分裂时会形成不同的空间排列方式 常被作 为分类依据 细胞沿一个平面进行分裂 菌体直径在1微米左右 单球菌 分裂后子细胞分开单独存在 Eg 尿素微球菌 双球菌 细胞成双成对排列 Eg 肺炎双球菌 链球菌 细胞成双成对排列 Eg 肺炎链球菌 四联球菌 细胞沿两个互相垂直的平面进行分裂 分 裂后子细胞连在 一起成 田 字 Eg 四联微球菌 八联球菌 如果沿三个互相垂直的平面进行分裂 八 个子细胞叠成一个立方体 称八叠菌 Eg 尿素八叠球菌 葡萄球菌 如果细胞分裂方向不定 子细胞不规则
9、的 集在一起 像一串串葡萄 Eg 金黄色葡萄球菌 杆杆菌菌 BACILLUSBACILLUS 细胞呈杆状或圆柱形 一般其粗细 直径 比较 稳定 而长度则常因培养时间 培养条件不同 而有较大变化 一般杆菌的长度为1 5微米 宽0 5 1 5微米 杆菌有的笔直 有的弯曲 杆菌两端的情况在 分类上很重要 有的象刀切一样整齐 eg 炭疽杆菌 有的 是钝圆 eg 枯草杆菌 有的是尖的 eg 鼠 疫巴斯德氏菌 螺旋菌螺旋菌 SPIRILLUMSPIRILLUM 螺旋菌按其弯曲的程度和菌体硬度可分为 弧菌 菌体只有一个弯曲 其程度不足一圈 形似 C 字或逗号 鞭毛偏端生 霍乱弧菌 寄 生性弧菌 蛭弧菌 螺旋
10、菌 菌体回转如螺旋 螺旋数目和螺距大小因 种而异 鞭毛二端生 细胞壁坚韧 菌 体较硬 螺旋体菌 菌体柔软 无鞭毛 用于运动的类似鞭 毛的轴丝位于细胞外鞘内 大多数是致病 菌 特殊形态特殊形态 1 柄杆菌 prosthecate bacteria 细胞上有柄 stalk 菌丝 hyphae 附器 appendages 等细胞质伸出物 细胞呈杆状或梭状 并有特征性的细 柄 一般生活在淡水中固形物的表面 其异常形态使得 菌体的表面积与体积之比增加 能有效地吸收有限的营 养物 2 星形细菌 star shaped bacteria 3 方形细菌 square ahaped bacteria 4 异常形
11、态 畸形 细胞在理化因素的刺激下 细胞发育受到阻碍 从而形态异常 Eg 醋酸杆菌 正常形态是短杆状 但温度的变化 可使其成丝状 纺 锤状 链锁状 衰颓型 培养时间过长 营养贫乏或自身代谢产物浓度 过高等原因使细胞异常 Eg 奶酪杆菌 正常形态是杆状的 过熟时变成分支状的衰颓型 细菌的大小细菌的大小 细胞大小表示 宽 长单位 微米 最小的细菌 与无细胞结构的病毒相仿 50 nm 最大的细菌 肉眼可见 0 75 mm 费氏刺骨鱼菌 0 08 mm x 0 6 mm 比大肠杆菌大 100万倍 1985年发现 德国科学家H N Schulz等1999年在纳米比亚海岸 的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌
12、sulfur bacterium 其大小可达0 75 mm Thiomargarita namibiensis 纳米比亚硫磺珍珠 一般细菌的大小范围一般细菌的大小范围 球菌 0 5 1 m 直径 杆菌 0 2 1 m 直径 X 1 80 m 长度 螺旋菌 0 3 1 m 直径 X 1 50 m 长度 长度是菌体两端点之间的距离 而非实际长度 细菌细胞的结构细菌细胞的结构 一般构造 一般细菌都有的构造 特殊构造 部分细菌具有的或一般细菌在特殊 环境下才有的构造 细菌细胞的结构细菌细胞的结构 细胞壁 细胞壁 CELL WALLCELL WALL 细胞壁是位于细胞表面 内侧紧贴细胞膜的一层 较为坚韧
13、 略具弹性的细胞结构 细胞壁的功能 1 固定细胞外形和提高机械强度 2 为细胞的生长 分裂和鞭毛运动所必需 3 渗透屏障 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大 分子物质 分子量大于800 进入细胞 保 护细胞免受溶菌酶 消化酶和青霉素等有 害物质的损伤 4 细菌特定的抗原性 致病性以及对抗生素 和噬菌体的敏感性的物质基础 观察观察细胞壁的方法细胞壁的方法 细菌超薄切片的电镜直接观察 质 壁分离与适当的染色 可以在光学显微镜 下看到细胞壁 机械法破裂细胞后 分离得到纯的细胞壁 细胞壁与革兰氏染色细胞壁与革兰氏染色 革兰氏染色革兰氏染色 C Gram 革兰 于1884年发明的一种鉴别不同类 型细菌的染色方法
14、 步骤如下 1 用碱性染料结晶紫对菌液涂片进行初染 2 用碘溶液进行媒染 其作用是提高染料和细胞间 的 相互作用从而使二者结合得更牢固 3 用乙醇或丙酮冲洗进行脱色 在经历脱色后仍将 结晶紫保留在细胞内的为革兰氏阳性细菌 而革兰 氏阴性细菌的结晶紫被洗掉 细胞呈无色 4 用一种与结晶紫具有不同颜色的碱性染料对涂片 进行复染 例如沙黄 它使原来无色的革兰氏阴性 细菌最后呈现桃红到红色 而革兰氏阳性细菌继续 保持深紫色 革兰氏阳性和阴性细菌的比较革兰氏阳性和阴性细菌的比较 成分 占细细胞的比重 革兰氏阳性 菌 革兰氏阴性菌 肽聚糖 含量很高 30 90 含量很低 5 20 磷壁酸 含量较高 50
15、无 类脂质一般无 2 含量较高 20 蛋白质无含量较高 革兰氏阳性细菌的细胞壁革兰氏阳性细菌的细胞壁 特点 厚度大 20 80nm 化学组分简单 一般只含 90 肽聚糖和10 磷壁酸 由40层左右的网格状 分子交织成的网套覆盖在整个细胞上 肽聚糖肽聚糖 又称粘肽 mucopeptide 胞壁质 murein 或粘质复合 物 mucocomplex 是真细菌细胞壁中的特有成分 磷壁酸磷壁酸 革兰氏阳性细菌细胞壁上特有的化学成分 是结合在 G 细胞壁上的一种酸性多糖 主要成分为甘油磷酸或核 糖醇磷酸 主要生理功能 主要生理功能 1 细胞壁形成负电荷环境 增强细胞膜对二价阳 离子的吸收 二价阳离子
16、特别是高浓度Mg2 的存在 对于保持膜的硬度 提高细胞膜上 需Mg2 的合成酶的活性极为重要 2 贮藏磷元素 3 增强某些致病菌对宿主细胞的粘连 避免被白 细胞吞噬以及抗补体的作用 4 革兰氏阳性细菌特异表面抗原的物质基础 5 噬菌体的特异性吸附受体 6 能调节细胞内自溶素 autolysin 的活力 防止 细胞因自溶而死亡 革兰氏阴性细菌的细胞壁革兰氏阴性细菌的细胞壁 特点 少量的肽聚糖 脂多糖和脂蛋白组成 肽聚糖肽聚糖 埋藏在外膜层之内 是仅由1 2层肽聚糖网状 分子组成的薄层 2 3 nm 含量约占细胞壁总 重的10 故对机械强度的抵抗力较G 细菌 弱 G 细菌肽聚糖单体结构与G 细菌基本相同 差 别仅在于 四肽尾的第三个氨基酸分子是内消旋二 氨基庚二酸 m DAP 只在原核微生 物细胞壁上发现 没有特殊的肽桥 只形成较为疏稀 机 械强度较差的肽聚糖网套 外膜外膜 OUTER MEMBRANE OUTER MEMBRANE 是G 细菌细胞壁所特有的结构 位于G 细菌细 胞壁外层 由脂多糖 磷脂和脂蛋白等若干种 蛋白质组成的膜 有时也称为外壁 脂多糖 lipopolysacchar
