微生物1绪论王莹

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1、绪论,微生物学与免疫学,王莹 微生物教研室,主要内容,原核微生物：细菌、放线菌、“四体” 真核微生物：酵母菌、霉菌、大型真菌 病毒,营养和代谢 生长与控制 遗传和变异,PART 1 微生物学,抗原 免疫系统 免疫分子（抗体，补体）,免疫应答 超敏反应 免疫学应用,PART 2 免疫学,抗生素 体外抗菌试验 无菌检查和微生物限度检查,PART 3 在药学中,免疫学基本概念,微生物学和免疫学发展历程,微生物学基本概念,绪论-本章重点,药学微生物学的研究意义,一类体积微小、结构简单、分布广泛、增殖迅速、肉眼不能直接观察到，须借助显微镜放大数百倍、乃至数万倍才能看到的微小生物。,微生物（microor

2、ganism）,1. 定义,PART 1 微生物学（Microbiology）,微生物学（microbiology）,研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。, 1 个体小，比表面积大（以m或 nm表示）基础,巨大的营养物质的吸收面 具有 巨大的代谢废物的排泄面 巨大的环境信息的接受面,比表面积 =表面积 / 体积,2. 微生物特点, 2 生长旺，繁殖快 大肠杆菌( E . coli )12.5-20min/ 分裂一次 90min，“五世同堂” 48h , 地球大小, 在发酵工业上有重要的实践意义, 病原、腐败微生物给人类带来极大的麻烦

3、, 3 代谢(metabolize)类型多，活性强,微生物的比表面积大是主要原因！, 4 种类分布广，数量多 分布广 最高：85km（2004年8月数据），而飞机最高可达26km; 最深：加拉帕戈斯群岛深海10000m以下，100 以上，1140个大气压下； 最耐热：112； 最耐酸：0.51.0mol/L的H2SO4溶液中； 最耐碱：pH9pH11的溶液中； 最耐盐：5.5 mol/L 的NaCl中； 另外，微生物抗压、抗辐射、抗重金属、耐低温的能力也是其他生物无法比拟的。,美国黄石国家公园的热泉中，栖息着耐热微生物。 1969年，T.Brock发现了嗜热水生菌（Thermus aquati

4、cus）。 1977年古细菌作为一个新的域（domain）被确定。 来源于该菌的 Taq 酶成为PCR技术的关键成分。,数量多,土壤：“土壤是微生物的大本营”。1克土壤包含细菌数亿个，地球土壤中的细菌总重量估计为：11016吨；,纸币：每张流通程度中等的纸币携带细菌数，约900万个；, 5 易变异 有益变异：在发酵工业中进行菌种选育， 提高生产性能 青霉素产黄青霉（Penicillium chrysogenum) 1943 20单位/mL发酵液，病人需注射十万单位 各国微生物遗传育种工作者的不懈努力 产量变异逐渐累积 其他发酵条件的改变 1983 5-10万单位/mL发酵液,有害变异：致病菌对

5、抗生素产生的抗药性变异 1943 重病人每天分几次共注射10万单位的青霉素 现在， 病人每天分几次共注射100万单位的青霉素,3. 分类学地位,六界分类系统（美国康奈尔大学Whittaker，1969年）,细胞生物的三原界 Tree Domains,真细菌域,古细菌域,真核生物域,(含植物界、动物界）,细胞生物的三原界,微生物的命名采用林奈（Linnaeus）双名法。 学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份,属名：拉丁文的名词或用作名词的形容词，单数，首字母大写，表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由科学家命名。 种名：拉丁文形容词，字首小写，为微生物次要特征。如微生物色素

6、、形状、来源或科学家姓名等。,必要，用斜体表示,可省略，用正体字,4. 命名,例如： Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884 Bacillus subtilis,当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未定种名）时，可在属名后加sp.或ssp.（分别代表species 缩写的单数和复数形式）。 例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌属中的一个种。,种（species）：一大群表型特征极其相似的菌株的总称，它 们亲缘关系相近，与同属中其它种

7、有明显差异。 变种（variety）：某一特征上和模式菌有明显差异的菌株。 Bacillus subtilis var.niger 型（type）：同一细菌种内显示很小生物学差异的菌株。 菌株（strain）：一种微生物不同来源的纯培养。菌株几乎是无限的，它强调遗传型纯的谱系。 Escherichia coli B Escherichia coli K12,种、变种、型、菌株,PART 2 免疫学(Immunology),免疫(Immunity) 即通常指免除疫病（传染病）及抵抗多种疾病的发生。 免疫学(Immunology) 研究机体免疫系统的组成（免疫器官、免疫细胞和免疫分子）、结构及其免

8、疫生物学（生理性的和病理性的）功能的学科。,表1 免疫的主要功能,感染早期，M伸出长长的伪足去捕获细菌,肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌,固有免疫,(Innate Immunity),体液免疫,细胞免疫,T细胞,T细胞,T细胞,获得性免疫(aquired immunity),B细胞释放,微生物学及其主要分支学科,基础微生物学,应用微生物学,三、微生物学和免疫学发展简史,1. 感性认识阶段 发明和使用显微镜前，人们自然地与微生物打交道。 酿酒、制醋、制酱油、腌菜； 豆科植物的根瘤有增产作用； 轮作等农业措施可提高作物产量。 2. 形态学阶段 荷兰 吕文虎克（Anthony Van Leenwenhock

9、，1632-1723)于1676,自制了简单的显微镜，观察了许多微小物体和生物。,Antony Van Leeuwenhoek,3. 生理学发展阶段,（1）巴斯德的鹅颈瓶实验，推翻了“自然发生说”,（2）发酵学的研究,十九世纪中叶，法国南部酿酒业由于酒变质而损失惨重。 Pasteur认为：葡萄汁发酵变成酒是酵母菌作用的结果， 葡萄汁变质是小杆菌即乳酸杆菌引起的乳酸发酵。 提出先将葡萄汁加热，再接种酵母菌，得到纯粹的酒精发酵，得到了品质优良的葡萄酒。,巴斯德消毒法,Pasteur又用试验证明： 不同的微生物可引起不同的发酵， 酵母菌引起酒精发酵 乳酸杆菌引起乳酸发酵 醋酸杆菌引起醋酸发酵 发酵作

10、用就是微生物无氧呼吸的结果。 氧气对酒精发酵有抑制作用巴斯德效应,（3）疾病与微生物的关系, 1850，因炭疽病死亡的牛血液中有大量的杆状物，且杆状物在血 液中培养数目增加； Pasteur将这种血液接种健康的牛，至使健康牛生炭疽病。,血液中的杆菌具有传染性,Koch发现病牛的血液中有菌，并提出“柯赫原则”， 特殊的病原菌应在同一疾病中查见，该病原菌能被分离培养得纯种； 该纯培养物接种至易感动物，能产生同样病症； 自人工感染的实验动物体内能重新分离得该病原菌纯培养。, Lister认为外科手术的感染与细菌有关，采用石炭酸喷雾消毒和清洗伤口后再行外科手术，大大降低了死亡率。,（4）纯培养的建立,

11、 Lister创立了稀释分离法,（5）免疫学的发展, 英国医生 Jenner接种牛痘预防天花 (Pox virus) 。,Day 7,Day 3,Day 5,天花是由天花病毒引起的一种烈性传染病，也是到目前为止，在世界范围被人类消灭的第一个传染病。, Pasteur研究鸡霍乱病原菌认为：长老了的细菌会失去致病力， 但这种减毒细菌仍然保留着刺激宿主产生抗体物质的能力。 而抗体能保护宿主以后接触有毒有机体是不受侵袭。, “微生物学之父” 法国的巴斯德（L.Pasteur) 曲颈瓶实验彻底推翻“自然发生”学说 发酵学的奠基人 发现并证实发酵是由微生物引起的 免疫学的奠基人 制备了最早的霍乱，炭疽，狂

12、犬病疫苗 巴斯德消毒法（Pasteurization）,代表人物的主要贡献：, 德国的柯赫（R.Koch) 建立实验动物感染法，创立柯赫原则（1884） 发现了结核分枝杆菌，获1905年诺贝尔奖。 建立纯培养技术：划线分离法分离病原菌 创立许多显微技术：细菌的鞭毛染色 悬滴培养法 显微摄影技术, 英国的李斯特（J. Lister) 稀释分离法 外科消毒技术的建立,4. 近代微生物学的发展（1900-1953）,病毒学研究： 1892年，俄国伊凡诺夫斯基发现TMV（烟草花叶病毒） 免疫学机制：19世纪末 细胞免疫学说：俄国 梅契尼可夫 体液免疫学说：德国 欧立希(Ehrlich) 化学疗剂：20

13、世纪初 弗莱明(Fleming)：青霉素(Penicillin) 。1945年获诺贝尔医学奖 杜马克(Domagk)：白浪多息(Prontosil) 瓦克斯曼(Waksman)：多种抗生素：链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素等。1952年获诺贝尔生理学和医学奖,抗生素的发现,1929年，Fleming首先从青霉菌中发现青霉素。,青霉素的诞生有着划时代的意义,5. 微生物分子生物学的发展（1953至今） 自1953年4月25日 Watson和Crick在自然杂志上发表DNA结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段。,微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要对象。,1941年Bea

14、dle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。,1微生物是生物学基础研究中最理想的实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破。,基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说；,遗传的物质基础的阐明；,Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制，提出阐明基因表达调控机制的操纵子学说，为分子生物学的形成奠定了基础。,基因表达调控机制的研究；,四、药学微生物学研究的重要意义,在动物、植物等学科常用的实验技术，如细胞的人工培养；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程等，均是借鉴微生物学实验技术而建立的。,微生物基因组研究是“人类基

15、因组计划”的前奏,作为模式生物，微生物是基因与基因组功能研究的重要材料与工具。,微生物学实验技术也为其它学科的发展提供了借鉴,2. 微生物学促进了医疗卫生的进步,人类鼠疫大流行：6世纪死亡1亿人、14世纪死亡6500万人、20世纪死亡100万人。现在鼠疫已几乎绝迹。,外科消毒术的建立,寻找病原微生物的竞争,免疫防治方法的应用,化学治疗和抗生素治疗,基因工程药物的设计和生产,五大战役,现代工业发酵产品包括抗生素、维生素、氨基酸、酶制剂、激素、基因工程产品大部分由微生物生产。,3. 微生物学是工业发酵的基础, 微生物作为地球“清道夫”维护生态环境； 水体自净化、农药的微生物降解、污水处理 微生物生

16、产可持续的清洁能源；甲烷、乙醇、氢气 丰富的微生物资源及其产物是人类健康的重要宝库； 微生物和食品安全及品质改善密切相关；如生物农药。,4. 微生物学是人类可持续发展的支撑, 新的微生物资源（极端环境和海洋微生物）的开发； 次级代谢途径及其调控的研究； 代谢工程； 基因组、蛋白组及生物信息学； 极端环境微生物的研究； 重要致病菌的特点及其防治； 用系统生物学的观点技术研究在药品和食品安全性问题； 生物质材料和生物质能源。,5. 未来微生物学研究热点,药品生产：抗生素、维生素、氨基酸 药物设计（发明）：针对微生物生命活动规律进行理性化设计； 新药开发（发现）：数量繁多、分布广泛的微生物为我们提供 了丰富的生物活性物质