微生态学讲义20129

1、微生态学讲义(本科用)大连医科大学微生态学教研室第一章 绪 论教学内容第1节 微生态学的概念 包括微生态学及正常微生物两个基本概念及与宏观生态学、医学微生物学、微生物生态学等近缘学科的关系第2节 微生态学的历史 包括学科成立前历史及学科成立后历史第3节 微生态学的用途 包括理论用途与实际用途教学要求1 理解与掌握微生态学及正常微生物两个基本概念同时分清微生态学 与宏观生态学、医学微生物学、微生物生态学的区别与联系2 理解与掌握微生态学的用途3 了解微生态学的历史教学方法结合日常生活和病例分析，用举例、图表、对比等方法进行启发式教学。采取多媒体教学方式。 课时分配 2学时具体内容第1节 微生态学

2、的概念一、宏观生态学的定义宏观生态学，简称生态学(Ecology)，1866年，由Haeckel提出。几经科学家们定义，1979年中国的生态学家马世骏提出了一个比较全面的定义：生态学是一门多学科性的生态科学，它是研究生命系统与环境系统之间的相互作用规律及其机理的科学。更明确地说：生态学是一门研究生物与生物、生物与环境的相互依赖和相互制约的科学。二、微观生态学的定义微观生态学，简称微生态学(Microecology)，1977年，由西德的Volker Rush首先提出。1985年Volker Rush提出：微生态学是细胞水平或分子水平的生态.学。更明确地说：微生态学是研究正常微生物群的结构、功能

3、以及与其宿主相互关系的生命科学分支。三、正常微生物群的定义正常微生物群(normal microbiota或normal flora)是微生物与其宿主在共同的历史进化过程中形成的微生态系，即寄居在特定个体体内的非但无害而且有益的微生物群落(microcommunity)。第2节 微生态学的历史微生态学作为一门独立的学科，只有十几年的历史，但是作为以正常微生物群为研究对象的微生态学，已具有悠久的历史。它的起源，与微生物学(细菌学)是同时期的，甚至早于微生物学。概括起来分为以下4个时期。一、启蒙时期(16761910)1. 直接制片 荷兰人Antony Van Leeuwenhoek用他自己研制的

4、世界上第一台显微镜，以扩大300倍的倍数直接或在暗视野下观察人、动物的粪便、人的唾液、污水、胡椒种子等标本上的微生物，并将看到的形态一一描绘下来。这些形态几乎囊括了现在的细菌形态。因此，Leeuwenhoek是世界上第一个以直接制片法观察人、动物及植物标本的正常微生物群的人。可以认为，他是微生物、微生态学的创始人。2. 混合培养 由于当时人们没有建立起纯培养的技术，只能在液体中对标本里的细菌进行混合培养。混合培养对微生态学研究是必要的，因为在自然条件下微生物本来就是混合的，并不是单独存在的。由于当时没有建立起微生物种的鉴定标准，尽管混合培养对微生态学有重要意义，但不能发挥其真正优势。初级的混合

5、培养是科学发展的必然历史阶段。3. 纯培养 纯培养技术的创建是微生物学发展的重要里程碑。它的核心是德国细菌学家Robert Koch(18431910)发明了固体培养基。纯培养技术对微生物学的发展来说是一场革命。正如Koch的学生F.Loeffler所说：“我老师的纯培养技术的发明，就象结满硕果的大树，只要你站在树下，把树轻轻一摇，就会有大批果实落在你的口袋里。”因为有了纯培养技术，才能进行科学的生物学与分类学的研究。的确，从19世纪末到20世纪初，几乎大部分的病原茵都相继发现了。对微生态学来说，纯培养技术同样具有重要意义，但它忽视了微生物在自然生境中的混合状态，所以不能揭示微生物与微生物之间

6、的相互关系。4. 对正常微生物群的初步认识 根据上述手段进行的研究，使我们对正常微生物群有了初步认识。主要有二种看法：1)Pasteur的观点：法国的Louis Pasteur(18221895)从他从事的发酵工业所取得的知识出发，认为正常菌群是有益的。人或动物的食物消化，需要通过微生物的发酵起作用。2)梅契尼柯夫(18451916)的观点：他认为肠道菌群特别是大肠杆菌是有害的，它们能分解未消化的食物，产生大量的靛基质、硫化氢、胺类等，从而使机体发生慢性中毒，引起动脉硬化，促进衰老。为此他提倡喝酸牛奶，以抑制大肠杆菌等腐败菌的生长。从现代观点来看，上述两种看法都只强调了一方，忽视了另一方。有益

7、及有害是正常微生物对其宿主作用客观存在的二个方面，当正常微生物群与宿主保持微生态平衡时，它对宿主是有益的，当发生微生态失调时，它对宿主是有害的。二、停滞时期(19101945)这段时期，对正常微生物群的研究一方面处于停滞时期，另一方面又蕴酿着新的发展。1. 停滞的原因 1)烈性传染病的大流行：霍乱、鼠疫、天花、流感、肠伤寒等在全球发生大流行，夺去了亿万人民的生命。严酷的现实，迫使科学家把视线集中在病原微生物的研究方面，使对正常微生物群的研究暂处于停滞状态。2)认识的片面性：对病原微生物的研究和揭示，使人们形成了一种观念：“微生物主要是有害的”。由于观念上的错误，在很大程度上阻碍了人们对正常菌群

8、的研究。3)方法学的缺陷：自Leeuwenhoek以来，人们就已发现人的大便内存在着大量的微生物，粪便的1/3是细菌。但是，采用普通的细菌培养，只有少数能培养出来，所以，认为粪便中的大多数细菌是死的。由于方法学的缺陷，人们对正常菌群的知识是贫乏的。直到1957年德国的Haenel利用现代化的厌氧培养法发现：粪便中90%以上的微生物是活的，而且其中的95%以上是厌氧菌，过去普通培养出来的需氧菌及兼性厌氧菌，如大肠杆菌、葡萄球菌、变形杆菌等总数仅占15%。2. 新发展的准备 微生物学、免疫学及现代技术的发展为微生态学的发展做了准备。三、发展时期(19451970)在这一时期，有二件大事促进了对正常

9、微生物群的研究。1. 抗生素的问世 1929年英国的Fleming(18881955)发现了青霉素，1945年美国投入工业生产，开创了抗生素工业。目前，已有数以千计的抗生素问世。抗生素在人们与各种传染病的斗争中，立下了不朽的功勋，挽救了众多人民的生命。然而，在广泛应用的同时，它的弊端也显露出来，即引起微生态失调及耐药性菌株增加。1950年，我国著名的微生物学家魏曦教授与其助手康白医生就遇到一个病例。一名18岁的男青年，因鼠型链丝杆菌(Streptobacillus moniliformis)感染，患上了鼠咬热。此种病原菌对青链霉素敏感。大剂量用药后，病情一度好转，继续巩固治疗后，病人突然死亡。

10、究其原因，病人是死于肺炎杆菌败血症，是抗生素大量使用引起的一种菌群失调症或称二重感染。当时，魏曦教授就指出：“在光辉的抗生素降临以后，我们必须注意其给人类带来的阴影：扰乱正常微生物群和引起菌群失调。”2. 无菌动物的饲养 1945年美国印第安那州圣母大学(Notre Dame University)的博士成功地实现了无菌动物(germ free)的饲养。近年来英国的教授又研制出耐高温的透明薄膜塑料动物室，造价低，便于推广。现在几乎所有的动物均可培养成无菌动物。无菌动物是研究正常微生物群不可缺少的实验模型，通过与普通动物相比较，可以发现正常微生物群的生理作用、营养作用、生物拮抗作用及其与宿主的关

11、系，解决正常微生物群有益说和有害说的问题。上述二件大事，唤醒了人们对正常微生物群、微生态平衡和微生态失调问题的注意，同时为人们进行深入研究创造了良好的技术手段。四、现代化时期(1970 )微生态学的现代化特征有以下几个方面：1. 与现代生命科学分支的融合 微生态学与细胞学、分子生物学、基因工程学、免疫学、系统论、信息论、自动控制等学科互相渗透，互为基础，互为联系，从而使微生态学进入现代化行列。2. 电镜技术 微生态学研究，最需要在原位观察微生物与宿主细胞的分布状态，观察它们相互联系的直接征象。电镜技术能满足这一需要，促进微生态学的发展。3. 悉生生物学 由博士1945年提出，主要是对无菌技术或

12、由无菌技术取得的科学信息的概括。国际悉生生物学会，每隔3年召开一次，悉生生物学学术讨论会，涌现出大量的微生态学研究的宝贵资料。4. 微生物分类学的新发展 现代分类技术包括原核细胞分类、数据分类、核酸分类、遗传学分类以及血清学与化学分类，它们为微生物分类提供了前所未有的条件。明确了宿主携带的正常微生物群成员，才能进一步研究其生态学作用。5. 生态学观点的引入 美国哈佛大学的等人在进行系列研究的基础上，把大量的生态学观点和术语引入了正常微生物群研究领域。提出了“正常微生物群在固有生境内是不致病的，只有转移到外籍生境才能致病”的生态学观点。这些观点大大促进了微生态学发展。第3节 与其他学科的关系作为

13、一门边缘的科学，微生态学与其他学科密切相关。一、微生态学与其他边缘学科的关系1. 与宏观生态学的关系 1)宏观生态学是研究生物圈与地球本身的相互关系的生物科学，是研究生物与环境(有生命和无生命的)的相互关系的学科。从这个意义上讲，微生态学应包括在生态学中，它与宏观生态学具有共同的生态学规律。2)它们是不同层次上的生态学，由于研究对象不同，其在理论、方法及一些规律方面必然有自己的特性。2. 与微生物生态学的关系 1)微生物生态学是生态学按生物类型分出的生态学分支，属各论性质，而微生态学与宏观生态学是不同层次的等位分工，属总论性质。2)微生物生态学的对象是微生物与外环境的关系，特别着重于非生命环境

14、中的关系。而微生态学的对象则主要是有生命的宿主。3)对微生物与环境的侧重点不同，微生物生态学侧重于微生物，而微生态学侧重于生物环境宏生物(植物、动物及人类宿主)。一个是微生物的微生态学，另一个是宿主的微生态学。3. 与医学微生物学的关系 1)医学微生物学是研究微生物的分离、培养、鉴定和致病作用等的科学，是生物学；微生态学是生态学。2)医学微生物学侧重于研究微生物的致病作用，而微生态学侧重于研究微生物对宿主的正常的或生理的作用、微生态平衡、微生态失调和微生态防治。3)微生物学是微生态学 的基础。二、微生态学与其他现代生命科学的关系微生态学与生理学、生化学、分子生物学、组织胚胎学、遗传学、悉生生物

15、学等都是生物学的基础分科，均以生命现象为研究对象。因此各学科之间有着横向联系，在另一方面，又与各分类学科，如鸟类微生态学、植物微生态学等有着纵向联系。第4节 微生态学的用途一、认识生命的本质生命不是孤立的，是与其环境的统一体。生命不仅与外环境是统一体，与内环境也是统一体。宏观生态的无生命环境如大气、水、食物、土壤等和有生命环境如动物、植物及微生物等，都会对人类的生存有影响，而微观生态的正常微生物群对宿主也有影响，而且宏观影响必然通过微观影响而起作用。一个成年人大约有1013个细胞，而其体表与体内所携带的正常微生物细胞竟有个1014个之多。这些微生物大部分与细胞密切接触，交换能量、物质，甚至互相

16、传递遗传信息。据估计，微生物的酶大约35%可为宿主利用。正常微生物群对宿主具有营养、免疫、生物拮抗等作用。微生态学必将与其他现代生命科学相配合，揭示生命的奥秘。二、认识疾病的本质一切干扰宿主的因素，不论是物理的、化学的、还是生物的都会引起微生态失调；一切疾病，都存在着正常微生物群的紊乱，不是原因，也是结果，或者互为因果。通过对正常微生物群的定性、定量和定位检查，就可以判断微生态平衡与否，正常微生物群由宿主转移、定位转移就可以从不致病到致病。传统的感染论，单一的，孤立的，绝对的或纯种的感染机制，在微生态学的研究进程中必将予以修正。三、生理学监测正常微生物群是动物、植物及人类个体重要的生理学组成部

17、分。任何个体反应都可能在正常微生物群的定性、定量及定位方面表现出来。因此，正常微生物群、正常微生物群的代谢产物，以及正常微生物群与其宿主相互作用的反应，都可以作为植物、动物及人类个体生理功能检测指标。现代化的医疗措施，都或多或少地影响机体的微生态平衡。因此，除了对人体本身的生理性或病理性指标检测外，还必须监测各系统正常微生物群的指标。目前急需进行监测的几个方面有：1)抗生素的应用：抗生素直接干扰微生态平衡，大量长期用后，若不进行监测，不采取生态调整方法，势必治甲病，引起乙病。2)外科手术：各种手术特别是胃肠手术，常常引起严重的微生态失调。3)放射：放射线直接影响微生态平衡。4)应用各种药物：各

18、种药物可能直接或间接影响微生态平衡。5)疾病：一切疾病都存在着正常微生物群的紊乱，不是原因，也是结果，或者互为因果。6)保健措施：各种保健措施如体育锻炼、气功、生活习惯等对微生态平衡都可能引起良性或恶性影响。7)中医中药：中药对正常微生物群产生作用，通过这方面的监测，可以揭示中医的奥秘。8)健康长寿：国内外都有对长寿老人菌群的研究，现已发现长寿老人肠道内双歧杆菌较对照组明显增高。9)宇航员及极地人员健康监测：由于环境的极端变化，引起宇航人员及极地人员正常微生物群的变化。四、微生态工程的建立和基因工程一样，微生态工程也是现代生命科学的重要组成部分，在动物、植物及人类的微生态防治中，国内外已出现一

19、批为调整微观生态平衡而研制的活菌制剂，并已取得较好效果。第二章 微生态学基础主要内容第1节 微生态系统 包括微生态系统的组成、微群落的结构与功能第2节 微生态动力学 主要讲述正常微生物群在数量、种类、位置等方面发生的变化。包括微生态演替、易主、移位教学要求1 重要概念 微群落、微生态演替、易主、移位2 理解与掌握微群落的结构与功能3 理解与掌握易主的结局及易主、移位的意义4 熟悉3种不同的微生态演替过程，掌握不同年龄肠道微生物群特点。5 了解微生态系的组成教学方法结合日常生活和病例分析，用举例、图表、对比等方法进行启发式教学。采取多媒体教学方式。 课时分配 2学时具体内容第1节 微生态空间生物

20、圈是生物与环境的统一体，环境一般可认为是空间的同意语，生物圈是指地球上的生物体加上这些生物体所寄居的外环境的总和。如果把生物圈的生物体除外，剩下来的就是环境或生态空间，地球上的生态空间包括空气、水和土壤。以上是宏观生态学中的概念。微观生态学的生态空间概念与上述概念有所不同，宏观生态以地球以下、个体以上的各个层次为对象，而微观生态学则以个体以下，细胞以上为对象，其生态空间是生物体的个体、系统、器官、组织和细胞的各个层次环境。一、微生态空间的概念微生态空间是正常微生物群赖以生存的宿主个体、系统、器官、组织和细胞的各层次环境。正常微生物群以生物体宿主为环境，而宿主又以其个体所处的宏观因素为环境。正常

21、微生物群以宿主为直接环境，以宿主的外环境为间接环境。宏观因素通过宿主间接影响正常微生物群。二、微生态空间层次微生态空间分为五个层次：宿主个体、生态区、生境、生态点及生态位。1. 宿主个体 相当于宏观生态学中的地球，是微生态学中最大的生态空间，在这个微生态空间中，包括许多亚结构，如皮肤、粘膜、消化系统、呼吸系统等等，总体来说，它们构成了一个统一体的生态空间。2. 生态区 在宿主体内，有许多区域的理化环境相近，但又含有许多性质相异的亚结构系统或器官，称为生态区。如呼吸系统、泌尿系统等。生态区是相对的，它的范围取决于宿主解剖结构、理化性质及正常微生物群的生态特点。3. 生境 又称栖境、栖息地。是生物

22、在进化过程中一定生态组织层次与环境相互适应，相互影响的统一体的空间侧面。生境是相对的，具有特异性，对一些微生物是原籍生境对另一些微生物就是外籍生境。生境的特异性是生物与环境共同进化过程中形成的。4. 生态点 是生境的亚结构。例如舌面是一个生境，而舌尖、舌根、舌中心部及舌缘部却是不同的生态点，因为这些部位的正常微生物群彼此并不相同。5. 生态位 是一种正常微生物群成员的功能和作用在时间和空间上的位置。在生态位内，相异的微生物可以共存，相似的微生物产生强烈的竞争，即Gause的占有权原则，或叫作竞争排出原理。第2节 微生态组织一、微生态组织的概念微生态组织是存在于一定微生态空间内的正常微生物群与部

23、分过路的环境微生物群构成的统一体的全部内涵。二、微生态组织层次微生态组织分为五个层次：总微生态系、大微生态系、微生态系、微群落及微种群。1. 微生态系的概念 在一定结构的空间内，正常微生物群，以其宿主(人、动物、植物)的组织和细胞及其代谢产物为环境，在长期进化过程中形成的能独立进行物质、能量及基因相互交流的统一的生物系统。这个定义的核心是正常微生物群与其生存环境的对立统一。2. 微群落1)概念 微群落是具有特殊结构和功能，占据特异微生态空间，并能保持相对独立性的微生态系的亚结构。2)微群落的结构 确定微群落的结构，要从以下三方面进行。定性 即确定微群落内，含有多少个微生物种群，即微群落的丰度。

24、种的多少，决定微群落的稳定性。稳定性是指微群落在一段时间过程中维持种群的群间数量的正常关系的能力，维持受扰乱情况下恢复到原来平衡状态的能力以及抗变力。稳定性与种群的多样性成正比。定量 确定微群落中各种群的数量及总数量，即总菌数及活菌数。数量指标是微生态平衡与微生态失调的重要指标。定位 确定微群落占据的微生态空间，每个种群都有其特定的生态位。3)微群落的功能“三流”运转 正常微生物群内部、正常微生物群与其宿主之间发生能源流、物质流、基因流的运转。生物拮抗 微群落具有拮抗外来微生物定居繁殖能力。免疫刺激 正常微生物群刺激宿主产生广泛的免疫屏障。如普通动物的血清较无菌动物具有较高的针对许多微生物的免

25、疫水平。3. 微种群的概念 微种群是一定数量的同种微生物个体与其所占据的二维或多维微生态空间构成的统一体。目前进行的正常菌群调查就是微种群的调查。这项调查是测量菌群失调的重要指标之一。第3节 微生态动力学一、微生态演替(Succession)1. 概念 微生态演替是指正常微生物群，在自然和人工因素影响下，在宿主机体解剖部位的微生态空间中的发生、发展和消亡的过程。2. 微生态演替的过程1)初级演替 宿主从出生时的无菌到其体表体内正常微生物群达到第一次高峰的阶段。2)次级演替 微生态系或微群落，如因自然的或社会的因素影响，正常微生物群被全部或部分排除，因而出现的微生态系或微群落的重建过程。自然次级

26、演替，如一恶劣的自然环境(极地考察、外空飞行)条件下，引起正常微生物群的微生态失调和这种失调的恢复过程。社会次级演替(人工次级演替)，如一切不利于动植物及人类的社会干预，都可引起正常微生物的演替。这些不利的社会干预如：使用农药、抗生素、同位素、机械作用等。3)生理性演替 人、动物及植物的一切生理变化，都会引起其正常微生物群的变化，这种变化就叫作生理性演替。生理性演替是研究病理性演替的基础。3. 演替峰顶(Succession Climax)演替峰顶是在一个单一的生境内微生物群落由初级演替、次级演替或生理性演替形成的，在一定时间内持续的稳定状态。峰顶是微生物群在一定时空中的持续和稳定的定性及定量

27、结构，以及因而表现出来的功能结构的总和。在微生态学中有生理性峰顶(physiological climax)及病理性峰顶(pathological climax)之分。以宿主解剖部位为生境的正常微生物群，在宿主机体正常时，就表现为生理性峰顶；在宿主机体异常时，就表现为病理性峰顶。例如，正常人类宿主机体的结构菌群多表现为生理性峰顶，如果患了慢性结肠炎，其肠菌群就形成了病理性峰顶。峰顶是演替到最后阶段，微生物群落与其生境达到平衡，趋于稳定的动态状态。生理性峰顶群落有以下特点：种群多；与群落初建阶段或峰顶前期相比，种群数多，即多样性高。质量增加：峰顶前期质量低，而峰顶期质量高。负反馈占主导地位：峰顶

28、前期正反馈占主导地位，因而不稳定，峰顶期负反馈占主导地位，所以稳定。生理功能最佳：对宿主的营养、免疫及生物拮抗等作用都处于最佳状态。高度结构化和复杂程序：峰顶群落处于高度结构化，并且复杂而有程序。峰顶是演替不是衰退：峰顶的演进与衰退可概括为两个方向的箭头。演进不成熟成熟简单复杂单纯多样脆弱稳定紊乱组织贫乏富饶数量质量衰退二、宿主转换(Host Transversion)宿主转换亦叫易主，是正常微生物群的重要动态表现。宿主是有种属特异性的，不同种属宿主都有各自独特的正常微生物群。因此，没有抽象的微生物群，只有具体的微生物群。对甲种属是正常微生物群，对乙种属就可能不是，甚至是致病的。但是，都存在着

29、正常微生物群的宿主转移现象。这种现象，在微生态学中具有重要理论与实际意义。1. 转换方向主要的、经常发生的外环境正常微生物群的宿主次要的、偶然发生的由于食物链的关系，外环境微生物转移到植物，植物转移到草食动物，草食动物转移到肉食动物，或者通过节肢动物，在植物与动物之间，在不同种属动物之间，都存在着正常微生物群转移宿主现象。人类的正常微生物群的组成中，除了其自身的、特异的正常微生物群外，还包含着一部分由动物或植物正常微生物群转来的，并且与人类宿主取得微生态平衡状态的成员，反之也有可能，只是偶然发生而已。例如在人类肠道内，经常可以分离出的禽类正常菌群成员弯曲菌(Campylobacter)、啮齿类

30、动物正常菌耶尔森氏菌(Yersinia)。2. 转换方式 正常微生物群更换宿主与其宿主和其他宿主的密切程度有关，愈密切，转换的机率愈大，而且由于宿主的近缘性，其功能可能性愈大。反刍动物之间，与反刍动物和非反刍动物之间相比较，前者更易发生转移。宿主转换方式如下：虫媒方式 节肢动物通过叮咬其他动物，把存在于其体内的正常微生物群传递给它们。在自然疫源地广泛存在着这种方式，节肢动物体内存在着细菌、螺旋体、立克次氏体和病毒，这些微生物在节肢动物体内可长期存在，并不致病，而且对宿主的生长发育和繁衍有益，甚至是必需的。如蚊子能长期保留乙型脑炎病毒(Japanese B Encephalitis)。经口方式

31、草食动物吃植物，肉食动物吃草食动物，人吃动、植物，即通过口，使正常微生物群转换宿主。除了上述两种宿主转移方式外，尚有如直接接触及呼吸等方式，使不同的正常微生物群在不同宿主间转换。3. 转换的结局 正常微生物群是指一定宿主和一定定位的微生物群在一定宿主生境内的微生物群有原籍菌群(autochthonous flora)与外籍菌群(allochthonous flora)之分。宿主对前者是特异性的，对后者是非特异性的，外籍菌在非特异性宿主体内要适应环境、耐受免疫屏障和生物拮抗等作用才能存在和发展，否则将被排除。如表所示。正常微生物群宿主转换的结局类型宿主转换结局结 局微生物宿 主定 居繁殖死亡活存

32、患病死亡1+-+-微生态平衡(健康)2+-+-微生态平衡(带菌)3+-+-微生态失调(患病)4-+-微生态崩溃(主活)5+-+微生态崩溃(主死)4. 宿主转换的意义 宿主转换现象的存在，使我们更加认清了正常微生物群的本质，同时也认清了致病菌的本质。正常微生物群的本质 正常微生物群是指特定种属，甚至特定种的，特定解剖部位的，在长期进化过程中形成的微生物与其宿主互利的统一体。所以说，正常微生物群是具体的，相对的。对植物是正常微生物群，对动物则可能是致病的，对动物是正常微生物群，对人就可能是致病的，这种现象是受遗传和进化的生态学规律支配的。致病性微生物的本质 微生物与宿主是对立的统一体，在外环境的影

33、响下，其矛盾的双方各向其相反的方向转化，或微生物死亡，或宿主死亡，或两者处于对峙状态。致病性微生物导致的感染，是微生物与宿主相互作用，相互制约的对立统一体的一种表现。康白教授认为，世界上没有的真正的、万能的、对任何宿主都是致病痛的微生物，现有的致病性微生物都是正常微生物群在宿主转换过程中的一种微生态学现象。三、定位转移(Translocation)定位转移或称易位，是指微生物由原籍生境转移到外籍生境或本来无微生物生存的位置上的一种现象。1. 定位转移的机制1)定植或定居：定植是指微生物在宿主体内一定生境或解剖位置落脚或活存状态。定植的条件包括：适宜的微生态空间及微生物的粘附性，粘附性是微生物与

34、宿主双方共同的遗传学机制决定的。粘附是特异的。2)繁殖性：微生物定居下来后，即开始繁殖，增加数量。3)拮抗性：微生态空间是有限的，微生物之间存在着相互拮抗、相互制约的关系。易位的微生物要在新的微生物群落中具有一定的拮抗其他微生物的能力，才能易位成功。微生物群落的拮抗性后面将详细介绍。4)易位的双相性：实验证明，易位也象初级演替一样，是按顺序进行的，首先有需氧或兼性厌氧菌生长，消耗局部过多的氧气，待pH与Eh下降到一定程度时，厌氧菌再定植，并与先定植的微生物构成统一的感染群落，即厌氧菌的感染是双时相的。2. 定位转换的诱因定位转移的诱因来源于宿主及微生物两个方面。1)宿主方面 a.免疫力低下，如

35、长期应用激素、同位素、免疫制剂、衰老、患慢性病等。b.物理因素，如解剖结构的畸形、外科手术、外伤等使微生态空间的结构发生变化。c.化学因素，如胆汁分泌、胃酸分泌异常等。上述宿主方面的因素，均能成为定位转移的诱因。2)微生物方面 a.抗生素的作用，抗生素消灭了敏感的正常菌群成员，留下耐药性菌群成员大量繁殖，扰乱了微生态平衡，从而引起易位。如消化道的正常菌群成员受到抗生素控制后，耐药性细菌可以转移到呼吸道，引起呼吸道感染。医院感染(hospital infection)或称医院获得性感染，就是携带对各种抗生素敏感的正常菌群成员的病人，入院后，在抗生素的作用下，敏感菌被杀灭，取而代之的是医院内存在的

36、耐菌性细菌，从而诱发出血行、深部组织及内脏的感染。这些感染即是正常菌群易位的结果。b.遗传性的改变，在各种因素如抗生素、外环境等影响下，由于质粒在正常菌群中传递，使其遗传性发生改变，如耐药性、产毒性的改变，使本来不能易位的细菌转变为能易位的细菌。3. 定位转移的分类定位转移可以分为两大类。1)老区转移 老区是指本来有正常微生物群定植的地方，如口腔、呼吸道、消化道、泌尿生殖道、皮肤。老区转移，即正常菌群在这些部位的定位转移。其中包括横向易位及纵向易位。横向易位：即正常微生物从水平的位置向四周转移。如肠道菌转向呼吸道或泌尿道。纵向易位即正常微生物在原定位向纵深转移，如肠道菌引起的急慢性肠炎，鼻咽部

37、引起的鼻部感染。2)新区转移 新区是指本来无微生物定植的解剖部位或组织，如血行、内脏、组织及腹腔等。正常微生物群向这些部位的转移即新区转移。第三章微生物与微生物的关系主要内容第1节 微生物种群内个体间的相互关系 包括竞争与协作关系第2节 不同微生物种群间的相互关系 包括中生、栖生、助生、互生，竞争、偏生、寄生、吞噬8种关系教学要求1 重要概念 中生、栖生、助生、互生，竞争、偏生、寄生、吞噬2 理解在微生态系中微生物之间的关系是复杂的，多种关系并存并相互转化3 在理解掌握不同微生物种群间的8种相互关系的基础上，学会利用这些关系教学方法结合日常生活和病例分析，用举例、图表、对比等方法进行启发式教学

38、。采取多媒体教学方式。 课时分配 1学时具体内容微生态系统中的各种微生物间会发生各种不同的相互关系，有的使一方或双方受益，称正性相互关系(positive interaction)；有的使一方或双方受害，称负性相互关系(negative interaction)。正是这种正性或负性的相互关系维持了群落内部的生态平衡。第1节 微生物种群内个体间的相互关系在一个微生物种群的个体间也会发生正性或负性的相互关系。微生物种群内的正性相互关系叫协作(cooperation)。是由单个微生物互相提供必要营养物质或生物因子而产生的。致病微生物引起疾病时协作尤为重要。致病微生物依靠相互间的协作才能战胜宿主的抵抗

39、力，并繁殖自身达到感染剂量，从而引起疾病。感染剂量系指致病微生物引起疾病所需的最低数量。微生物种群内的负性相互关系叫竞争(competion)。此处竞争是一个广义的概念包括微生物间对于营养物质、光线、氧、栖息地等的竞争及其它，如有毒代谢产物积聚对生长的影响。微生物种群内的各种相互作用是有机联系的，受到种群密度的影响。随着种群密度的增加，微生物间的正性相互关系使生长率在一定范围内增加，而负性相互关系使生长率降低。但是，在微生物密度极低时，不存在任何一种相互影响。只有达到一定密度时才有可能发生微生物间的相互作用。一般来说，在低密度时正性相互关系占优势；高密度时负性相互关系占优势。最适种群密度指适应

40、于最大生长率的种群密度。低于最适密度时生长率主要受正性相互作用的影响，高于最适密度时则主要受负性相互作用影响。第2节 不同微生物种群间的相互关系确定不同种群微生物的相互关系是根据其同处于一个环境时相互间发生的使一方或双方受益，一方或双方受害或双方互不影响的后果人为划分的。微生物间相互关系的类型名 称相互影响A 群B 群中 立00栖 生0+互 生+助 生+/-竞 争-偏 生0/+-寄 生+-吞 噬+- 0：无影响 ：有益 ：有害一、中立中立(neutralism)指两种或两种以上的微生物处于同一环境时不发生任何相互影响。常见于对营养要求根本不同的微生物，如人体上呼吸道各种微生物形成的正常菌群，或

41、当生长密度很低时。微生物间的中立关系不是一成不变的。处于生长静止期的微生物与其它微生物之间多为中立关系。因为此时代谢活动低下，营养要求极少，故很少与其它微生物就能量发生竞争。而一旦环境改善，细菌由芽胞转变为生长体，相互间原有的中立关系就可能被竞争或其它关系所代替。二、栖生栖生(commensalism)(或叫单利共生)是微生物间常见的一种相互关系，系指两种微生物共同生长时，一方受益，另一方不受任何影响。对受益方来说，另一方可能为其提供一些基本的生存条件，但它还能从其它方面获得这些条件，对另一方来说它既不从中受益，也不会受到损害。所以说栖生是一种单向的，非固定的相互关系。兼性厌氧菌与专性厌氧菌的

42、生长是栖生关系中典型的例子。兼性厌氧菌在生产过程中消耗氧，使氧气压力下降，从而为专性厌氧菌的生长提供了理想的生活环境。专性厌氧菌从对方受益，而兼性厌氧菌则不受任何有害影响。另一些栖生关系的建立，包括一方向另一方提供生长因子；一些微生物产生的细胞外酶为另一些微生物提供新的代谢物质；排除和中和有毒物质等类型。共同代谢（Cometabolism）指一种微生物利用某物质进行代谢过程中，产生另一种微生物需要而又不能直接从周围环境中获得的产物。三、互生互生（Synergism）指两种微生物共同生存时可互相受益。互生不是一种固定的关系，即互生双方在自然界均可单独存在，形成互生关系时又可从对方受益。形成互生关

43、系可使微生物产生一些特殊的代谢活动，如合成一些新的产物，进行旁路代谢等。共养(Syntrophism)指两种或两种以上的微生物协同进行某一代谢过程，并互相提供所需的营养物质。如甲群微生物能利用化合物A生成化合物B，但其本身因缺乏必需的酶而无法完成这个代谢过程，只有在乙群微生物的协作下，利用后者产生的酶才能完成。乙群微生物不能利用化合物A，只能利用化合物B，形成化合物C。微生物间的互生关系还表现在共同排除有毒产物，以产生可利用的物质方面。四、助生助生(Mutualism)或互惠共生(Symbiosis)是指两种或两种以上共同生长的微生物互相受益的专性关系。助生是有选择的，任何一方都不能由其它微生

44、物所取代。微生物的助生关系使其作为一个整体而共同活动。如溶原性噬菌体和相应细菌的关系就是一种助生关系。噬菌体将其遗传物质结合到细菌的染色体上，从而为其长期潜伏创造了有利条件。溶原性细菌则可产生一些特殊的酶类，为其本身的生长提供了有利条件。如白喉杆菌只有与噬菌体结合形成溶原性细菌，才能产生白喉毒素，引起疾病，否则将不致病。五、竞争竞争(Competition)或叫拮抗共生(Antagonistic Symbiosis)是指两种微生物共同生存时为获得能源、空间或有限的生长因子而发生的争夺现象。竞争的双方都受到不利的影响。微生物的竞争关系，又有两种表现，一种是竞争排斥，另一种是和平共处(Coexis

45、t)。竞争排斥是指竞争的双方不能长期共同在某一环境中生长。如双方争夺同一生长环境或营养物质，一方必须战胜另一方。失利者将被排斥出这个环境。例如将小核草履虫(Paramecium Caudatum)和大核草履虫(Paramecium Aurelia)两种纤毛虫共同培养，16天后培养液中前者消失，只有后者单独存在。自然界中竞争双方出现和平共处的条件是使竞争双方及时分离，如昼夜交替和季节变化为竞争双方和平共处创造了条件。然而竞争的优势并不仅仅建立在能更迅速有效地利用营养成分的基础上。对恶劣条件的耐受性也是重要条件之一。六、偏生偏生(Amensalism)又叫单害共生，指两种微生物共同生长时，一方产生

46、抑制对方生长的因子，前者本身不受不利影响或反受益，后者的生长受到不利影响。如某些真菌能产生抗生素。抗生素能抑制或杀死其它微生物如细菌，但真菌的生长不受不利影响。许多由微生物产生的抗生素，如青霉素已被医学上广泛应用于治疗感染性疾病。七、寄生寄生(Parasitism)由宿主和寄生物两方面组成。一般来说，寄生物比宿主小，有的进入宿主体内叫内寄生(Endoparasites)，有的不进入宿主体内叫外寄生(Ectoparasites)微生物中的寄生现象非常多见，常见的宿主有细菌、真菌、原虫、海藻等。病毒是上述宿主体内最常见的一种寄生物。八、吞噬吞噬(Predation)系指一种微生物吞入并消化另一种微

47、生物。前者称吞噬者(Predator)，后者称牺牲者(Prey)。前者从后者获取营养成分。吞噬者常见的有原虫、海藻、真菌等。被吞噬的牺牲者有细菌、真菌、海藻、原虫等。以上列举了数种微生物与微生物之间的关系。学习本章的目的是进一步了解微生态系统，并更好地利用微生物间的各种关系造福于人类。目前在许多科学领域中已开始进行了这方面的摸索，并取得了可喜的成果。第四章正常微生物群与其宿主的相互关系主要内容第1节 统一性 讲述正常微生物群与其宿主形成一个统一体，在这个统一体内部，当达到平衡时，正常微生物群对宿主具有许多生理作用。第2节 参与代谢 包括参与碳水化合物代谢、维生素代谢、蛋白质代谢、胆固醇代谢 第

48、3节 免疫作用 包括原籍菌群的免疫作用与外籍菌群的免疫作用第4节 生物拮抗 讲述正常微生物群生物拮抗作用及其机制，包括代谢产物作用、占位保护、营养竞争、免疫刺激教学要求1 理解与掌握正常微生物群生物拮抗作用及其机制2 熟悉微生物参与碳水化合物代谢、维生素代谢、蛋白质代谢、胆固醇代谢过程，重点掌握微生物在其中所起作用 教学方法结合日常生活和病例分析，用举例、图表、对比等方法进行启发式教学。采取多媒体教学方式。课时分配 3学时具体内容正常微生物群与其宿主的相互关系，包括许多层次。从生态系、生物群落、种群及个体各层次都存在着不同层次的相互关系。本章将深入到个体以下各个层次的正常微生物群与其宿主的相互

49、关系。从正常微生物群与宿主的统一性，与宿主的营养及与宿主的免疫方面讨论微生物群与宿主的关系。第1节 统一性微生物与其宿主的统一性是不同层次普遍存在的共同的微生态学规律。一、分子水平的微生物与其宿主的关系质粒与温和噬菌体就是很好的实例：1. 质粒(Plasmid) 质粒是染色体外的遗传物质。它可以与宿主染色体相结合，也可以脱离染色体独立复制。质粒的作用很多，主要有自我复制，决定宿主生物学性状和传递遗传信息。如：白喉杆菌是否产生外毒素，金黄色葡萄球菌是否产生表皮剥脱性毒素(exfoliative toxin)，某些细菌是否产生菌毛（特别是性菌毛）等等，都决定于是否存在某种质粒。质粒还在同类细菌中传

50、递耐性因子（resistance factor），使对某些抗生素敏感的菌株变成耐药性菌株。从微生态学出发，这些质粒与其相应的宿主细胞的染色体，也是一种在分子水平上的微生物与其宿主的关系。2.温和噬菌体（temperate phage）温和噬体和前噬体（prophage）实际也是一种质粒。噬菌体是细菌、真菌或其它微生物的病毒。温和噬菌体，也可称为溶原性噬菌体（Lysogenic phage）。这种噬菌体深入宿主细胞后，并不使宿主细胞裂解，而是与宿主细胞基因整合在一起，并随宿主的正常繁殖而传给后代。这就是溶原状态，处于溶原状态的细菌称溶原菌。整合在溶原染色体核酸即基因组上的噬菌体就是前噬菌体（pr

51、ophage）或附加体（episome）。这种前噬菌体或附加体可以在外环境作用下，如紫外线照射或烷化剂处理转化为毒性噬菌体，使宿主细胞溶解。这一过程是可逆的，在一定条件下又可恢复溶原状态，世代传下去。因此，温和噬菌体的生物学性状显示其与正常微生物群的特点是一致的。一切正常微生物群都是在正常情况下对宿主是有益的，在异常情况下对宿主有害。温和噬菌体可转化为毒性噬菌体，毒性噬菌体也可转化为温和噬菌体，噬菌体有宿主转移，但有明显特异性，可以作为细菌分型。宿主特异性也是正常微生物群的重要特征之一。二、细胞水平微生物与其宿主的关系凡是有细胞的地方，就会有病毒。只要采取了适宜的物理或化学的方法都可能使正常细

52、胞诱导出病毒来，特别是内源性病毒。病毒的普遍存在，说明微生物与其宿主细胞就必须存在一定的生态学的相互关系。这种关系，我们叫做细胞水平的微生物与其宿主的相互关系。1.病毒裂解细胞的条件性 一切微生物的致病性都是有条件的,无条件的病原微生物是下存在的。许多病毒可以长期潜伏在宿主细胞内，只在一定条件下，才可以致病。例如疱疹病毒；这是一个无所不在的病毒。因为在多种情况下，或在正常情况下不致病，因而叫做潜伏病毒。这种潜伏的机制是动力学平衡或自稳平衡。这种状态对病毒的生物种的保存是必需的。如果致病，细胞死亡，病毒亦随之死亡。生态平衡亦随之崩溃。保持这种潜伏状态的因素很多，其中主要有个体的抗体，细胞的干扰素

53、，很多病毒的DI颗粒(defective interfering particles)及其它物理的与化学的因素。病毒的致病有严格的宿主特异性。疱疹病毒的潜伏形式，可能以基因形式整合于宿主细胞的基因之中，病毒与细胞构成统一体。病毒基因成为细胞基因一部分，病毒基因复制生存，已成为细胞基因复制生存的正常部分了。疱疹病毒与其宿主细胞生态学上的统一体，也与其他生态学统一体一样，在一定条件下向相反方向转化，引起宿主细胞的损害。上述情况表明，广泛存在的疱疹病毒的生态学特征与正常微生物群的生态学特征基本是一致的。可以说不致病是主流，致病是支流；不致病是必然的，致病是偶然的。向近敏教授早在1979年就指出：“现

54、在已经证明有许多种内源性病毒，都是以这种潜伏状态存在的，形成了所谓正常病毒群的概念，疱疹病毒的潜伏阶段，就是正常病毒的阶段。”2. 内源性病毒 在逆转录病毒或RNA病毒的研究中发现，有很多动物的细胞内整合有内源性病毒的基因。这些基因在物理的如紫外线照射和化学的如诱变剂的诱导下可以诱生出病毒分子，这就是内源性病毒。内源性病毒，应该看作是正常病毒群。正常病毒群在生态平衡时，对宿主的细胞有生理作用，在异常情况下可发生生态失调，引起各种感染及致癌。三、组织水平的微生物与其宿主的相互关系正常微生物群分为原籍菌(autochthonous flora 或autochthony)与外籍菌(allochtho

55、nous flora或allochthony)。原籍菌亦称固有菌群(indigenous flora)或常住菌(resident flora)。外籍菌群亦称过路菌(transient flora)1. 原籍菌群的确定标准 人和动物正常肠道菌群的确定标准至少有以下七点：能在厌氧条件下生长；经常可在成年人或成年动物体内发现；在特定部位定植；在初级演替过程中定植于生境内；在成年人或成年动物的峰顶群落中保持一定的种群水平；与定植区域的粘膜上皮细胞有着极为密切的联系；在正常情况下对宿主健康有益，具有免疫、营养及生物拮抗作用。2. 原籍菌群的定植 在人或动物的各个解剖部位都具有明显的微生物生境。在成年人或

56、成年动物的每个生境都被由许多种群组成的峰顶群落(Climax Community)定植。这些群落，因宿主的种属、营养和环境而各异。原籍菌群定植在其生境的上皮细胞表面。从婴儿及幼畜的初级演替到次级演替开始，形成成年的峰顶群落，并保持终生，这是生理过程。现在已有大量的电镜照片证明，许多微生物与胃肠道粘膜上皮表面有着极为密切的联系。 而且甚至与上皮细胞膜结为一体或插入细胞间隙。这样的联系，有的是紧密接触，有的是粘附，很难分开。早在1940年就发现乳杆菌与正常大鼠胃上皮细胞有密切联系。在大鼠的胃粘膜上，乳杆菌定植在非分泌区的鳞状上皮细胞上，而酵母菌则定植在分泌区的柱状上皮细胞上。不同的微生物在不同的上皮细胞区域定植的部位正是不同微生境的区分界线。3. 外籍菌群的定植 外籍菌群一般不能定植在上皮细胞表面。如果发生了定植必然发生对宿主的不利影响。外籍菌定植需要具有以下条件：宿主条件 宿主患病、外伤、免疫容忍性(Compromised host)及老衰等。此时，原籍菌的定植可能受到影响，因而使外籍菌定植有了可乘之机。菌体因素 菌体因素主要包括粘附因素和糖须（glycocalyx）。细菌的粘附结构：革