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1、北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部北京大学医学部Peking University Health Science CenterMedical Microbiology Excellent CurriculumMedical Microbiology Excellent Curriculum精品课程精品课程医学微生物学医学微生物学细菌的增殖与代谢细菌的增殖与代谢细菌的增殖与代谢细菌的增殖与代谢Growth and metabolism of bacteria细菌的营养Bacterial nutrition营养获取：从外环境中摄取目的：用于新陈代谢与增殖细菌的营养元素：与人类相同细菌的基础
2、营养物质分为两类 大量营养素：蛋白质和碳水化合物等 微量营养素：镁、锌、镍 等参与酶的功能生长因子：生长过程中所必需，但又不能自 身合成的有机物质（aa, vitamin）细菌的营养类型细菌的营养类型细菌的细菌的细菌的细菌的营养类型营养类型营养类型营养类型菌体菌体菌体菌体营养营养营养营养成分源自成分源自成分源自成分源自其他其他其他其他自养菌自养菌自养菌自养菌autotrophautotroph无机物：无机物：无机物：无机物：COCO2 2、N N2 2、NHNH3 3等等等等能量源自：能量源自：能量源自：能量源自：无机物氧化无机物氧化无机物氧化无机物氧化（化能自养菌）（化能自养菌）（化能自养菌
3、）（化能自养菌）光合作用光合作用光合作用光合作用（光能自养菌）（光能自养菌）（光能自养菌）（光能自养菌）异养菌异养菌异养菌异养菌heterotrophheterotroph有机物：有机物：有机物：有机物：蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、糖类等糖类等糖类等糖类等有机物源自：有机物源自：有机物源自：有机物源自：尸体或腐败食物（腐生菌）尸体或腐败食物（腐生菌）尸体或腐败食物（腐生菌）尸体或腐败食物（腐生菌）活的宿主（寄生菌）活的宿主（寄生菌）活的宿主（寄生菌）活的宿主（寄生菌）大多数大多数大多数大多数致病菌致病菌致病菌致病菌根据细菌所利用的能源和碳源不同，将其分为两大类型致病菌的生长条件致病菌的生长
4、条件1.1.充足的营养物质：充足的营养物质：充足的营养物质：充足的营养物质：2.2.适宜的适宜的适宜的适宜的pHpH：一般：一般：一般：一般7.27.67.27.6 例外：霍乱弧菌嗜碱，结核分枝杆菌喜酸例外：霍乱弧菌嗜碱，结核分枝杆菌喜酸例外：霍乱弧菌嗜碱，结核分枝杆菌喜酸例外：霍乱弧菌嗜碱，结核分枝杆菌喜酸3.3.合适的合适的合适的合适的温度温度温度温度：一般致病菌是嗜温菌，：一般致病菌是嗜温菌，：一般致病菌是嗜温菌，：一般致病菌是嗜温菌，3737最适最适最适最适 例外例外例外例外：小肠结肠炎耶尔森菌，：小肠结肠炎耶尔森菌，：小肠结肠炎耶尔森菌，：小肠结肠炎耶尔森菌，4 4能生长，能生长，能
5、生长，能生长，2828最适最适最适最适4.4.渗透压渗透压渗透压渗透压 ：大部分细菌在低渗或等渗环境生存：大部分细菌在低渗或等渗环境生存：大部分细菌在低渗或等渗环境生存：大部分细菌在低渗或等渗环境生存5. 5. 必要的气体环境必要的气体环境必要的气体环境必要的气体环境：细菌细菌细菌细菌对对对对OO2 2的需求的需求的需求的需求致病菌举例致病菌举例致病菌举例致病菌举例专性需氧菌专性需氧菌专性需氧菌专性需氧菌obligate aerobeobligate aerobe仅能在有氧环境下生长仅能在有氧环境下生长仅能在有氧环境下生长仅能在有氧环境下生长结核分枝杆菌结核分枝杆菌结核分枝杆菌结核分枝杆菌炭疽
6、芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌微需氧菌微需氧菌微需氧菌微需氧菌microaerophilicmicroaerophilic bacteriabacteria低氧条件下生长低氧条件下生长低氧条件下生长低氧条件下生长( (约约约约5 5OO2 2) )幽门螺杆菌幽门螺杆菌幽门螺杆菌幽门螺杆菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌facultative facultative anaerobeanaerobe有氧或无氧均可，有氧更好有氧或无氧均可，有氧更好有氧或无氧均可，有氧更好有氧或无氧均可，有氧更好大多数致病菌大多数致病菌大多数致病菌大多数致病菌( (链球菌，肠链球菌，肠链球菌，
7、肠链球菌，肠道细菌道细菌道细菌道细菌) )厌氧菌厌氧菌厌氧菌厌氧菌anaerobeanaerobe专性厌氧菌仅能进行无氧发专性厌氧菌仅能进行无氧发专性厌氧菌仅能进行无氧发专性厌氧菌仅能进行无氧发酵，氧对其有杀灭作用酵，氧对其有杀灭作用酵，氧对其有杀灭作用酵，氧对其有杀灭作用破伤风梭菌破伤风梭菌破伤风梭菌破伤风梭菌耐氧厌氧菌不能进行有氧代耐氧厌氧菌不能进行有氧代耐氧厌氧菌不能进行有氧代耐氧厌氧菌不能进行有氧代谢，但可耐受氧谢，但可耐受氧谢，但可耐受氧谢，但可耐受氧放线菌放线菌放线菌放线菌需氧菌和厌氧菌需氧菌和厌氧菌厌氧的产气荚膜梭菌厌氧的产气荚膜梭菌气性坏疽气性坏疽高压氧舱高压氧舱繁殖方式繁殖方
8、式繁殖方式繁殖方式 二分裂二分裂二分裂二分裂(binary fission)(binary fission)繁殖速度繁殖速度繁殖速度繁殖速度 代时代时代时代时(generation time) (generation time) ： 细菌分裂一代需要的时间细菌分裂一代需要的时间细菌分裂一代需要的时间细菌分裂一代需要的时间 不同菌代时不同：不同菌代时不同：不同菌代时不同：不同菌代时不同： min, hr, min, hr, days days细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖细菌群体的生长繁殖细菌生长曲线细菌群体的生长繁殖细菌生长曲线Bacterial growth curve4. 4. 4. 4.
9、衰亡期衰亡期衰亡期衰亡期1.1.1.1.迟缓期迟缓期迟缓期迟缓期2.2.2.2.对数生长期对数生长期对数生长期对数生长期3.3.3.3.稳定期稳定期稳定期稳定期革兰染色革兰染色芽胞形成芽胞形成菌体自溶菌体自溶药物敏感试验药物敏感试验Lag phaseLag phaseLogarithmic phase Logarithmic phase (Exponential growth phase)(Exponential growth phase)Stationary phaseStationary phaseDecline phase Decline phase (Death phase)(Deat
10、h phase)细菌的新陈代谢细菌的新陈代谢Bacterial metabolism分解代谢Catabolism： 将有机物分解，并释放能量合成代谢：Anabolism： 获取能量，将简单的有机物合成复杂的有机 分子。细菌的能量代谢细菌能量代谢的场所在：有氧呼吸过程产生多少个ATP无氧酵解中产生多少ATP肠道内细菌通过什么途径获取能量？需氧菌和兼性厌氧菌以什么方式获取能量专性厌氧菌在产能过程中，以？方式产生能量，并以作为受氢体。细菌的分解代谢糖分解试验细菌的分解代谢糖分解试验乳糖发酵试验：乳糖发酵试验：常用于肠道致病菌常用于肠道致病菌常用于肠道致病菌常用于肠道致病菌( ( ( (阴性阴性阴性阴
11、性) ) ) )及非致病菌及非致病菌及非致病菌及非致病菌( ( ( (阳性阳性阳性阳性) ) ) )的鉴别的鉴别的鉴别的鉴别葡葡萄萄糖糖发发酵酵试试验验细菌的分解代谢蛋白质分解试验细菌的分解代谢蛋白质分解试验1 1、吲哚试验、吲哚试验、吲哚试验、吲哚试验( (indoleindole test) test)蛋白胨中蛋白胨中蛋白胨中蛋白胨中色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸酶色氨酸酶色氨酸酶色氨酸酶吲哚吲哚吲哚吲哚对二甲基对二甲基对二甲基对二甲基氨基苯甲醛氨基苯甲醛氨基苯甲醛氨基苯甲醛红玫瑰色红玫瑰色红玫瑰色红玫瑰色2 2、硫化氢试验、硫化氢试验、硫化氢试验、硫化氢试验(hydrogen sulfi
12、de test)(hydrogen sulfide test)： 含硫氨基酸含硫氨基酸含硫氨基酸含硫氨基酸 H H2 2S S3 3、尿素酶试验、尿素酶试验、尿素酶试验、尿素酶试验( (ureaseurease test) test)： 尿素尿素尿素尿素 氨氨氨氨黑色硫化物黑色硫化物黑色硫化物黑色硫化物铁或铅离子铁或铅离子铁或铅离子铁或铅离子酚红酚红酚红酚红 红色红色红色红色http:/faculty.ntcc.edu/mhearron/SIM-indole_.JPGhttp:/faculty.ntcc.edu/mhearron/SIM-sulfur_.JPGhttp:/faculty.ntc
13、c.edu/mhearron/Urease_Test.JPG细菌的分解代谢枸橼酸盐利用试验细菌的分解代谢枸橼酸盐利用试验Citrate utilization test枸橼酸盐枸橼酸盐为唯一碳源为唯一碳源溴麝香草溴麝香草酚兰变蓝酚兰变蓝http:/people.uleth.ca/selibl/Biol3200/BiochTests/Citrate.jpg大肠埃希菌大肠埃希菌大肠埃希菌大肠埃希菌 + + - -+ + - -产气肠杆菌产气肠杆菌产气肠杆菌产气肠杆菌 - - + +- - + +细菌的分解代谢细菌的分解代谢IMViC试验试验http:/science.nhmccd.edu/bioL
14、/wellmeyer/media/IMViC.htm细菌的合成代谢产物及其在医学上的意义细菌的合成代谢产物及其在医学上的意义1. 1. 热原质热原质热原质热原质pyrogenpyrogen：细菌在代谢过程中产生的一种物细菌在代谢过程中产生的一种物细菌在代谢过程中产生的一种物细菌在代谢过程中产生的一种物 质，注入机体内可致发热反应，如质，注入机体内可致发热反应，如质，注入机体内可致发热反应，如质，注入机体内可致发热反应，如LPSLPS2. 2. 毒素与侵袭性酶：毒素与侵袭性酶：毒素与侵袭性酶：毒素与侵袭性酶：与细菌致病性有关与细菌致病性有关与细菌致病性有关与细菌致病性有关3. 3. 色素：色素：
15、色素：色素：有水溶性和脂溶性色素，有助于细菌鉴别有水溶性和脂溶性色素，有助于细菌鉴别有水溶性和脂溶性色素，有助于细菌鉴别有水溶性和脂溶性色素，有助于细菌鉴别4. 4. 抗生素：抗生素：抗生素：抗生素：某些微生物在代谢过程中产生的某些微生物在代谢过程中产生的某些微生物在代谢过程中产生的某些微生物在代谢过程中产生的 能抑制或杀死其它微生物或肿瘤细胞的物质能抑制或杀死其它微生物或肿瘤细胞的物质能抑制或杀死其它微生物或肿瘤细胞的物质能抑制或杀死其它微生物或肿瘤细胞的物质5. 5. 细菌素：细菌素：细菌素：细菌素：某些细菌在代谢过程中产生的一种某些细菌在代谢过程中产生的一种某些细菌在代谢过程中产生的一种
16、某些细菌在代谢过程中产生的一种 只对有近缘关系的细菌有抗菌作用的蛋白只对有近缘关系的细菌有抗菌作用的蛋白只对有近缘关系的细菌有抗菌作用的蛋白只对有近缘关系的细菌有抗菌作用的蛋白 质，如大肠菌素质，如大肠菌素质，如大肠菌素质，如大肠菌素6. 6. 维生素：维生素：维生素：维生素：人类肠道菌产生维生素人类肠道菌产生维生素人类肠道菌产生维生素人类肠道菌产生维生素B B和和和和K K，可，可，可，可 被人体吸收利用被人体吸收利用被人体吸收利用被人体吸收利用细菌的合成代谢产物及其在医学上的意义细菌的合成代谢产物及其在医学上的意义细菌的人工培养细菌的人工培养Artificial cultivation o
17、f bacteria1. 适当营养物质适当营养物质2. 合适酸碱度合适酸碱度3. 一定渗透压一定渗透压4. 必要气体环境必要气体环境5. 合适温度合适温度6. 一定时间一定时间细菌的细菌的营养物质营养物质水水碳源碳源氮源氮源无机盐无机盐生长因子生长因子培养基培养基仪器设备仪器设备常用培养基常用培养基Culture medium1. 基础培养基基础培养基 Basic medium2. 增菌培养基增菌培养基 Enrichment medium3. 选择培养基选择培养基 Selective medium4. 鉴别培养基鉴别培养基 Differential medium5. 厌氧培养基厌氧培养基 An
18、aerobic medium (疱肉培养基疱肉培养基 Cooked meat medium)细菌在培养基中的生长现象细菌在培养基中的生长现象液体培养基液体培养基 固体培养基固体培养基 半固体培养基半固体培养基 单个细菌在固体培单个细菌在固体培单个细菌在固体培单个细菌在固体培养基上分裂繁殖，养基上分裂繁殖，养基上分裂繁殖，养基上分裂繁殖，形成肉眼可见的细形成肉眼可见的细形成肉眼可见的细形成肉眼可见的细菌集团，称为菌落菌集团，称为菌落菌集团，称为菌落菌集团，称为菌落（colonycolony） 细菌菌落的形态细菌菌落的形态Morphology of bacterial colonyMorpholo
19、gy of bacterial colony粘液型菌落粘液型菌落粘液型菌落粘液型菌落( (mucoidmucoid colony, colony, MM型菌落型菌落型菌落型菌落) ) ：粘：粘：粘：粘稠、有光泽，似稠、有光泽，似稠、有光泽，似稠、有光泽，似水珠样水珠样水珠样水珠样光滑型菌落光滑型菌落光滑型菌落光滑型菌落(smooth colony, (smooth colony, S S型菌落型菌落型菌落型菌落) ) ：表面光滑、湿润、表面光滑、湿润、表面光滑、湿润、表面光滑、湿润、边缘整齐边缘整齐边缘整齐边缘整齐粗糙型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落(rough (rough colony
20、, Rcolony, R型菌落型菌落型菌落型菌落) ) ：表面粗糙、干燥、有表面粗糙、干燥、有表面粗糙、干燥、有表面粗糙、干燥、有皱折、边缘不整齐，皱折、边缘不整齐，皱折、边缘不整齐，皱折、边缘不整齐，可由可由可由可由S S型细菌变异失型细菌变异失型细菌变异失型细菌变异失去菌体表面多糖和蛋去菌体表面多糖和蛋去菌体表面多糖和蛋去菌体表面多糖和蛋白质形成白质形成白质形成白质形成无菌操作技术和纯培养无菌操作技术和纯培养Aseptic technique and pure culturePure culturePure culture致病菌致病菌致病菌致病菌在宿主体内在宿主体内在宿主体内在宿主体内体外
21、培养体外培养体外培养体外培养举例举例举例举例胞外致病菌胞外致病菌胞外致病菌胞外致病菌 在胞外生长在胞外生长在胞外生长在胞外生长可在人工培可在人工培可在人工培可在人工培养基上生长养基上生长养基上生长养基上生长金黄色葡萄金黄色葡萄金黄色葡萄金黄色葡萄球菌球菌球菌球菌兼性胞内致兼性胞内致兼性胞内致兼性胞内致病菌病菌病菌病菌通常寄生在通常寄生在通常寄生在通常寄生在机体细胞内机体细胞内机体细胞内机体细胞内可在人工培可在人工培可在人工培可在人工培养基上生长养基上生长养基上生长养基上生长伤寒沙门菌伤寒沙门菌伤寒沙门菌伤寒沙门菌专性胞内致专性胞内致专性胞内致专性胞内致病菌病菌病菌病菌只能在细胞内生长，不能只能
22、在细胞内生长，不能只能在细胞内生长，不能只能在细胞内生长，不能在人工培养基上生长在人工培养基上生长在人工培养基上生长在人工培养基上生长麻风分枝杆麻风分枝杆麻风分枝杆麻风分枝杆菌、衣原体菌、衣原体菌、衣原体菌、衣原体所有致病菌都能在人工培养基上生长吗？所有致病菌都能在人工培养基上生长吗？人工培养细菌的用途人工培养细菌的用途医学中的应用医学中的应用医学中的应用医学中的应用 感染性疾病的病原学诊断：细菌分离、鉴定、药敏感染性疾病的病原学诊断：细菌分离、鉴定、药敏感染性疾病的病原学诊断：细菌分离、鉴定、药敏感染性疾病的病原学诊断：细菌分离、鉴定、药敏 细菌学研究：生理、遗传、致病性、耐药机制细菌学研究
23、：生理、遗传、致病性、耐药机制细菌学研究：生理、遗传、致病性、耐药机制细菌学研究：生理、遗传、致病性、耐药机制 制备生物制品：疫苗、抗毒素、类毒素、免疫血清、诊断菌液制备生物制品：疫苗、抗毒素、类毒素、免疫血清、诊断菌液制备生物制品：疫苗、抗毒素、类毒素、免疫血清、诊断菌液制备生物制品：疫苗、抗毒素、类毒素、免疫血清、诊断菌液 基因工程中的应用：作为基因工程宿主菌、质粒提取基因工程中的应用：作为基因工程宿主菌、质粒提取基因工程中的应用：作为基因工程宿主菌、质粒提取基因工程中的应用：作为基因工程宿主菌、质粒提取在工农业生产中的应用在工农业生产中的应用在工农业生产中的应用在工农业生产中的应用 酒、
24、酱油、味精等饮食品酒、酱油、味精等饮食品酒、酱油、味精等饮食品酒、酱油、味精等饮食品 抗生素、维生素等医疗保健品抗生素、维生素等医疗保健品抗生素、维生素等医疗保健品抗生素、维生素等医疗保健品 处理城市垃圾、工业废水处理城市垃圾、工业废水处理城市垃圾、工业废水处理城市垃圾、工业废水 制造菌肥和农药制造菌肥和农药制造菌肥和农药制造菌肥和农药SummaryKey Words:Key Words:Binary fissionBinary fissionGeneration timeGeneration timeGrowth curveGrowth curveIMViCIMViC test testPy
25、rogenPyrogenCulture mediumCulture mediumColony (S, R, M)Colony (S, R, M)Pathogenic bacteria are Pathogenic bacteria are heterotrophheterotroph, most of , most of them are facultative them are facultative anaerobes, but some anaerobes, but some obligate aerobes, obligate aerobes, microaerophilicmicroaerophilic bacteria bacteria and anaerobes can also and anaerobes can also cause certain diseases.cause certain diseases.
