《病原生物学》word版

1、 绪论 病原生物学(pathogenic biology)是研究病原生物的生物学特性、致病性、免疫性及机体和周围环境相互作用关系的一门学科。也是基础医学中的一门重要学科。(传染性疾病、寄生虫病、肿瘤等) 病原生物(pathogenic organism)是指在自然界中能够给人类和动、植物造成危害的微小生物。存在于土壤、空气、水、织物表面、人类和动物的体表及与外界相通的腔道中。(胃和腹腔中有微生物吗?) 病原生物包括病原微生物与寄生虫两大部分。 第一节微生物与微生物学 1、概念： 微生物(microorganism, microbe)是存在与自然界的一类体积微小、结构简单、肉眼直接看不到，必须借

2、助显微镜放大几百倍后才能观察到的微小生物的总称，包括细菌、病毒、真菌等。 微生物的特点:个体微小、结构简单、繁殖迅速、容易变异、种类繁多、分布广泛等。 2、 微生物的分类:(三型八大类) 按其细胞的结构特点可将微生物分为三种类型即以病毒为代表的非细胞型微生物，属病毒界;以细菌为代表的原核细胞型微生物，属原核生物界;以真菌为代表的真核细胞型微生物，属真菌界。 原核细胞型微生物(prokaryotic microbe)细胞分化程度较低，仅有呈环状裸DNA团块结构的原始核质，无核膜和核仁;胞浆内细胞器不完整，只有核糖体。包括1衣原体、支原体、立克次体、螺旋体和放线菌。(二菌四体) 真核细胞型微生物(

3、eukaryotic microbe)细胞分化程度高，有核膜和核仁;胞浆内细胞器完整。夏鱼(fungus)属于此类微生物。 非细胞型微生物(a cellular microbe)是最小的一类微生物，无典型的细胞结构，由核心和蛋白质衣壳组成，核心中只有RNA或DNA一种核酸;无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长繁殖。应直(virus)为其代表。 3、微生物与人类的关系: 自然界界中绝大多数的微生物对人类和动植物的生存是无害的、甚至是必不可少的。微生物对地球上其他各种生物的生存和繁殖以及在食物链的形成都起了很重要的作用。微生物将有机物降解成无机物并产生大量的二氧化碳，如果不是这样的话，其结果将是

4、地球上有机废物堆积如山，新的有机物又无法合成，这样生态环境中的一切生物都将无法生存。 在人体中也存在着一些微生物:正常菌群:人和动物机体内正常情况下存在的微生物群。 微生物学(microbiology)主要研究微生物的基本结构、代谢、遗传与免疫及其与人类、动植物、自然界的相互关系，使一门重要的学科。 4、医学微生物学的发展： 医学微生物学(medical microbiology)是人类在探讨感染性疾病的病因、流行规律以及防治措施的过程中，通过长期的反复实践、认识，并随着科学的进步逐渐发展和完善起来的学科。主要研究与人类疾病有关的病原微生物的分类、分布、形态、结构、代谢活动、遗传和变异、致病机

5、制、机体的抗感染免疫、实验室诊断及特异性预防等。学习目的:了解病原微生物的生物学特性与致病性;认识人体对病原微生物的免疫作用，感染与免疫的相互关系及其规律;了解感染性疾病的实验室诊断方法和防治原则。 微生物学的经验时期公元前二千多年的夏禹时代，就有仪狄酿酒的记载。北魏(公元386-534年)齐民要术一书中详细记载了制醋的方法。在11世纪初是，我国北宋末年刘真人就提出肺痛是由小虫引起的。意大利Fracadtoro(1483-1553)提出了传染生物学说，认为传染病的传播由直接传播、间接传播和通过空气传播等几种途径。明朝李时珍在本草纲目中指出，将病人的衣服蒸过后再穿就不会传染上疾病，说明已有消毒的

6、记载。 实验微生物学时期1674年荷兰人吕文虎克用自制的能放大40-270倍的显微镜第一次观察到各种形态的微生物，对微生物的存在给予了肯定的客观证实巴斯德(1822-1895年)法国化学家，在解决葡萄酒变质原因中的研究中，证实了有机物的发酵与腐败是由微生物引起的;此外巴斯德还首次研制成了炭疽菌苗、狂犬病疫苗，成为微生物学和免疫学的奠基人。德国柯赫(1843-1910)创建了固体培养基和细菌染色技术，使得病原菌的分离培养和坚定成为可能。柯赫先后发现了炭疽芽胞杆菌(1876年)、结核分枝杆菌(1882年)和霍乱弧菌(1883年)，并提出确定病原微生物的标准，即柯赫法则。1892年俄国学者伊凡诺夫斯

7、基发现比细胞更为微小的烟草花叶病毒。1901年美国科学家Walter Reed首先分离出黄热病毒。1929年英国人弗莱发现青霉素的代谢产物青霉素能抑制金黄色葡萄球菌的生长，给感染性疾病的临床治疗带来了一次大的革命。抗生素的发现是具有划时代意义的重大科学成果。现代微生物学时期1983年法国Montagnier等从艾滋病患者分离出人类免疫缺陷病毒(HIV )，从而弄清了艾滋病的病因学，为解决艾滋病的防治法下了坚实的基础。1982年美国Prusiner等人分离出一种只含蛋白质，与核酸组分的传染性蛋白因子，称肮粒( pr ion )，可引起慢性致死性中枢神经系统疾病(疯牛病)。新型疫苗的研究发展迅速，

8、应用基因工程技术已构建出乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg )等疫苗，1993年Ulmer等开创核酸疫苗被誉为疫苗学的新纪元，具有广阔的发展前景。第二章细菌的基本性状第一节细菌的形态与结构一、细菌的形态与大小细菌(bacterium)是一种单细胞的原核细胞型微生物，体积微小、结构简单，有细胞壁和原始核质，无核膜和核仁。细菌按照外形可分为球形、杆型和螺旋三种基本的形态，febbie称为球菌、杆菌和螺旋菌(一)球菌(coccus) 外形呈球形或近似球形，直径0.8-1.2mo 根据细菌的分裂的平面和军体之间排列方式可分为双球菌、链球菌和葡萄球菌等。 1.双球菌(diplococcus)细菌在一个平面

9、上分裂后两个菌体成双排列，如淋病奈瑟 菌。 2.链球菌(streptococcus)细菌在一个平面上分裂后多个菌体相立案排列成链状， 如化脓性链球菌。 3.四联球菌(tetrad)及八叠球菌(sarcina)细菌在2个或3个相互垂直的平面 上分裂。4个排列在一起呈正方形者称四联球菌;8个重叠在一起称为八叠球菌。 4.葡萄球菌(staphyloccus)细菌在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体堆积呈 葡萄串状，如金黄色葡萄球菌。(二)杆菌(bacillus)外形呈杆状，各种杆菌大小、长短与粗细差异较大。大杆菌长约4-10 m，如炭疽牙胞杆菌;中等大小杆菌长约2-3m，如大肠埃希菌;小杆菌长约0.

10、6-1.Sm，如布鲁斯菌。球杆菌(coccobacillus)菌体较短棒状杆菌:末端膨大呈棒状链杆菌:杆菌呈链状(三)螺旋菌(spirilla bacterium)根据菌体的弯曲分为三类:弧菌、螺菌、螺杆菌。 弧菌(vibrio)菌体只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，如霍乱弧菌。.螺菌(spirillum)菌体有几个弯曲较僵硬，如鼠咬热螺菌。螺杆菌(helicobacterium)菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，如幽门螺旋杆菌。、细菌的基本结构各种细菌都有的细胞壁、细胞膜、细胞质、核质等成分，称为细菌的基本结构。芙膜、鞭毛、牙胞、菌毛等，称为细菌的特殊结构。(一)细胞壁 细胞壁的介绍和其主要的功能 细

11、胞壁(cell wall)位于细菌细胞膜的外侧，是一种膜性结构，坚韧有弹性，厚度 随菌体而异，平均为12-20nm，占菌体干重的10%-25%0 主要的功能: (1)维持细菌固有的外形; (2)保护细菌免遭渗透作用的破坏和有毒物质的损害; (3)与细胞膜一起参与细胞内外物质交换(细胞壁上有许多小孔，可容 许水分子及一些营养物质自由通过); (4)细胞壁上带有多种抗原表位，决定菌体的抗原性; (5)是多种抗生素的作用靶点。革兰阳性菌和革兰阴性菌的共有组分:肤聚糖1.肤聚糖(preptidoglycan)又称钻肤或胞壁质，是细菌细胞壁的主要成分，为原核生物细胞所特有的物质。革兰阳性菌的肤聚糖由聚糖

12、骨架、四肤侧链和五肤交联桥三部分组成。革兰阴性菌肤聚糖仅有聚糖骨架和四肤侧链两部分组成。2.革兰阳性菌细胞壁特殊组分3.革兰阴性菌细胞壁特殊组分外膜(outer membrane)是革兰阴性菌细胞壁的主要结构，占细胞壁干重的80%。外膜由脂质双层、脂蛋白和脂多糖三部分构成。外膜的功能:(1)保护屏障，可阻止或减缓胆汁盐、抗体及其他可能杀伤或损害细菌的 有毒物质进入。 (2)可阻止周质酶等一些细胞组分的损失。 (3)具有较高的渗透性，允许葡萄糖和其他单糖等小分子进入。 G+菌和G一菌的细胞壁的比较(二)细胞膜细胞膜(cell membrane)又称细胞质膜(cytoplasmic membran

13、e)位于细胞壁内侧，紧密包绕在细胞浆的外面，是一层半透性薄膜。主要的化学成分为脂类、蛋白质及少量的多糖。主要的功能:(1)渗透和运输作用; (2)细胞呼吸作用; (3)生物合成作用; (4)参与细菌分裂。(三)细胞质细胞质(cytoplasm)或称细胞质基质(cytoplasmic matrix)是存在于细胞膜和拟核之间的物质。主要成分是水(占细胞质重量的70% )、无机盐、核酸、蛋白质和脂类。细胞质内RNA含量较高，有较强的嗜碱性，易被碱性染料着色。细胞质的功能:细胞质是细菌新陈代谢的重要场所，胞质内含有核酸和多种酶系统，参与细菌体内物质的合成代谢和分解代谢。胞浆内含有的主要结构:(1)核糖

14、体(ribosome)是细菌合成蛋白质的场所，主要由 蛋白质和核糖核酸(RNA)组成。 2)质粒plasmil)是细菌染色体外的遗传物质，为双股 闭合环状DNA分子，可独立染色体外并自行复制，也可 整合到染色体上。 (3)胞质颗粒( cytoplamsmic granules)又称内含物 (inclusion)它不是细菌的恒定结构，自由存在于细胞 质中，通常储存一些营养物质(如碳水化合物、无机盐、 糖原、淀粉等)和能量。这些颗粒可用蓝色染料甲基兰 或甲苯胺兰进行染色，染成红色和不同深浅的蓝色。(四)核质细菌不具有膜界定的细胞核，亦无核仁或有丝分裂器，其遗传物质称为核质(nuclear mate

15、rial)或拟核(nucleoid)形状不规则。拟核具有 染色体的功能，控制细菌的各种遗传形状，称之为细菌 染色体(bacterial chromosome)三、细菌的特殊结构细菌的特殊结构主要包括芙膜、鞭毛、菌毛和牙胞，主要功能是保护菌体、钻附物质和运动。(一)芙膜某些细菌的细胞壁外包裹着一层排列有序且不易洗脱的钻液性物质，厚度约200nm，称为芙膜(capsule )o厚度小于200 nm者称微芙膜(microcapsule)o若钻液性物质结构松散、排列无序且易清除者则称为钻液层(slim layer) 1.芙膜的组成大多数由多糖组成，少数细菌为多肤或糖与蛋白质复合物。 对碱性染料亲和力低

16、，不易着色。 芙膜具有抗原性，可帮助鉴别细菌及作为分型的依据。 2.芙膜的功能 (1)抗吞噬的作用; (2)抗有害物质损伤的作用; (3)抗干燥的作用;假膜中含有的水分可使细菌具有一定的抗干燥的能力。 (4)附作用;芙膜多糖可使细菌彼此相连，在钻膜细胞表面形成生物被膜 (biofilm)，是引起感染的重要因素。(二)鞭毛鞭毛(flagellum)在许多细菌的菌体上附有细长并呈波浪状弯曲俄丝状物称为鞭毛。鞭毛是细菌的运动器官，长5-20微米边贸的化学成分为蛋白质，是一种弹性纤维蛋白，其氨基酸的组成与骨骼肌的肌动蛋白相似，这点可能与鞭毛的运动有关。鞭毛具有特殊的抗原性，通称H抗原。1.鞭毛的种类根

17、据鞭毛的数量、排列和位置的不同可分为(1)单鞭毛(monotrichous)细菌，只有一根鞭毛，如霍乱弧菌;(2)双鞭毛(amphitrichous)细菌，细菌的每一端均有一根鞭毛，如空肠弯曲菌;(3)丛鞭毛(lophotrichous)细菌，在细菌的一端或两端有一簇鞭毛，如铜绿假单胞菌;(4)周鞭毛(peritrichous)细菌，在细菌整个表面都均匀地覆盖有鞭毛，如伤寒沙门菌。2.鞭毛的功能(1)鞭毛是细菌的运动器官，有鞭毛的细菌在液体环境中能快速泳动，趋向营养物质，避开有害物质。(2)鞭毛与致病性有关:如霍乱孤菌、空肠弯曲菌等通过鞭毛运动穿越小肠钻膜表面的粘液层，使细菌到达并钻附于宿主细

18、胞。(3)鞭毛动力和鞭毛抗原性可用于鉴定细菌。(4)证实细菌鞭毛蛋白有诱导炎症、钻附宿主细胞的功能。(三)菌毛许多革兰阴性细菌和少数革兰阳性菌体表具有数量众多比鞭毛更细、短、直，类似毛发样的丝状物，称为菌毛(filmbria或pilus )菌毛的个体微小，只能在电子显微镜下才能看到。菌毛呈细管状，直径约3-lOmm，长度可达数微米，化学组成为蛋白质，称菌毛蛋白。菌毛是细菌的一种钻附结构，与细菌的致病性有关。菌毛根据功能可分为普通菌毛(ordinary pili)和性菌毛(sex pili )普通菌毛:数目较多，遍布菌体的表面。细菌借助普通菌毛钻附在人和动物的红细胞以及消化道、呼吸道、泌尿生殖道

19、的钻膜上皮细胞表面受体上，并在该处定植 (colonization).性菌毛仅见于少数G一菌，数量少，比普通菌毛长而粗，中空呈管状。在遗传上由接合质粒携带的致育因子(feritlity factor,F factor)基因编码，是细菌间进行接合所必需的，因此性菌毛又称为F菌毛。(三)芽胞革兰阳性菌在一定条件下，胞浆脱水浓缩，在菌体内部形成具有多层膜包裹的圆形或卵圆形的小体，称为芽胞(spore )，是细菌代谢处于静止状态、维持生存、具有特殊抗性休眠结构。1.芽胞的形成与特性(1)芽胞的形成:细菌芽胞形成的能力与细菌体内的芽胞基因决定，一般只在动物体外 才能形成。当营养缺乏，特别是碳源缺乏时，细

20、菌生长繁殖速度减慢，启动芽胞形 成基因。(2)芽胞的特点:a.芽胞带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌 的全部生命必须物质。 b.芽胞的折光性强，壁厚，不易着色。2.芽胞的功能a.芽胞对热、紫外线、Y辐射、化学消毒剂和赶在等环境压力有超强的抵抗力。 b.芽胞并不直接引起疾病，但当其一、发芽转化为繁殖体后，大量繁殖而致病，如破伤风梭菌。 c.杀灭芽胞的方法是高压灭菌。第二节细菌的生理学一、细菌的理化性质(一)细菌的化学组成细菌是由多种化学成分组成的，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等，此外还含有原核细胞型微生物所特有的化学成分，如肤聚糖、胞壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸

21、、咄咤二梭酸等。(二)细菌的物理性状1.带电现象革兰阳性菌等电点(PI)为2-3，革兰阴性菌为4-5，在进中性或弱碱性 环境中，细菌均带负电荷。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用等有密切的关系。2.光学性质细菌为半透明体，当光线照射至细菌时，部分被吸收，部分被折射，故细菌 悬液呈混浊状态。菌数越多浊度越大。3.表面积细菌体极微小，相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。4.渗透压细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，革兰阴性菌的渗透压高达 20-25atm，革兰阴性菌为5-6 atm5.半透性细菌的细胞膜和细胞壁都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有 利于吸收营养物质

22、和排除代谢产物。二、细菌的生长代谢(一)细菌的能量代谢细菌能量代谢活动中主要涉及ATP形式的化学能。细菌的有机物分解或无机物氧化过程中释放的能量通过底物磷酸化或氧化磷酸化合成ATPo生物体能量代谢的基本生化反应是生物氧化，包括加氧、脱氢和脱电子反应。(二)细菌的营养类型根据细菌所利用的能源和碳源的不同，可将细菌分为两大营养类型:自养菌和异养菌。(三)细菌的营养物质细菌生长繁殖时，必须获得各种营养成分，包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。(四)细菌社区营养物质的机制营养物质进入菌体内的方式有被动扩散和主动转运两类。目前已知细菌有三种主要的主动转运系统。1.依赖于周浆间隙接合蛋白的转运系统.2

23、.化学渗透驱动转运系统.3.基因转移.(五)细菌的代谢产物1.分解代谢产物和生化反应 (1)糖的分解:营养物质中的多糖类物质，先经细菌分泌的胞外酶作用，分解 为单糖(葡萄糖)，再被吸收利用。 (2)蛋白质和氨基酸的分解:细菌分泌的胞外酶先将复杂的蛋白质分解为短肤， 吸收入菌细胞，再由胞内酶将短肤分解为氨基酸。 (3)细菌的生化反应:不同种类的细菌所具有的酶系统不同，其产生的代谢产 物也不同，检测细菌对各种机制的代谢作用及代谢产物，借以区别和鉴别细菌的 种类的生化试验，称为细菌的生化反应(biochemical reaction). 下面六种试验就是利用了细菌的生化反应来鉴别细菌的:糖发酵试验、

24、引朵试验、 甲基红试验、VP试验、桔椽酸盐利用试验、尿素酶试验和硫化氢试验。2.合成代谢产物及其在医学上的意义细菌利用分解代谢中的产物和能量不断合成菌体自身成分，如细胞壁、多糖、蛋白质、脂肪酸、核酸等还合成一些在医学上具有重要意义的代谢产物。(1)致热原:是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，细菌 大多为革兰阴性菌。(2)毒素与侵袭性酶:细菌在生长繁殖过程中可产生的外毒素和内毒素两种毒素， 在其致病过程中具有重要作用。 外毒素(exotoxin)是多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中是释 放到菌体外的蛋白质; 内毒素(endotoxin)是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，

25、当菌体死亡崩解后游离出 来。外毒素毒性强于内毒素。(3)色素:某些细菌能产生不同颜色的色素，有助于鉴别细菌。色素可分为水溶性 和脂溶性的两类。(4)抗生素: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:某些细菌产生的一类具有抗菌作用的蛋白质称为细菌素(bactericin ).(6)维生素:细菌合成某些维生素，如人体肠道内的大肠埃希菌合成的B族维生素 和维生素K0(六)细菌生长繁殖的条件1.充足的营养物质主要包括水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。2.适宜的酸碱度大多数细菌的最适酸碱度为中性或弱碱性，即PH7. 2-7. 6 03.合适的

26、温度病原体菌的最适生长温度与人类的体温相同，即35-37 0C 04.必要的气体环境一般细菌生长繁殖时需要C02，细菌对C02的需求因菌而异，据 此将细菌分为4类: (1)专性需氧菌( obligate aerobe)具有完善的呼吸酶系统，需要分子 氧作为最后的受氢体，以完成呼吸作用，如结核分枝杆菌。 (2)微需氧菌:在5%左右的低氧环境中生长最好，氧浓度10%对其有 抑制作用，如弯曲菌属和螺杆菌属。 (3)兼性仄氧菌:酶系统完善，既能进行有氧氧化又能进行无氧酵解， 这类细菌在有氧或无氧环境中均能生长良好，大多数属于此种。 (4)专性仄氧菌:缺乏完善的呼吸酶系统，不能利用分子氧，且游离氧对 其

27、有毒性作用，如破伤风梭菌、产气芙膜杆菌等。(七)细菌生长繁殖的规律1.细菌生长繁殖的方式细菌以简单的二分裂法进行无性繁殖.2细菌的生长曲线生长曲线可人为地分4个期:(1)迟缓期是细菌被接种到培养基后最初的一段时间，也是细菌为适应新环境，并为持 续不断的增值做准备所需要的时间.(2)对数期是细菌分裂繁殖较快的时期，细菌以几何级数增长.(3)稳定期生长曲线趋于平稳，活菌数保持稳定.(4)衰亡期稳定期后，细菌繁殖速度越来越慢，死亡菌数越来越多，死菌数超过活菌数. 第三章细菌的遗传与变异 遗传与变异是所有生物的共同生命特征。在一定条件下，若子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现差异称变异(v

28、ariation)。变异可使细菌产生新变种，变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以发展与进化。细菌的变异分为遗传性与非遗传性变异，第一节细菌的变异现象 一、形态结构的变异 细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境条件的影响也可发生变异。如鼠疫耶尔森菌在陈旧的培养物或含30gL NaCI的培养基上，形态可从典型的两极浓染的椭圆形小杆菌变为多形态性。细菌的一些特殊结构，如芙膜、芽胞、鞭毛等也可发生变异。 二、毒力变异 细菌的毒力变异包括毒力的增强和减弱。 三、耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称耐药性变异。从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界

29、范围内的普遍趋势。 四、菌落变异 细菌的菌落主要有光滑( smooth , S)型和粗糙(rough, R)型两种。 变异时不仅菌落的特征发生改变，而且细菌的理化性状、抗原性、代谢酶活性及毒力等也发生改变。一般而言，S型菌的致病性强。但有少数细菌是R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌等。第二节细菌遗传变异的物质基础 细菌的遗传物质是DNA, DNA靠其构成的特定基因来传递遗传信息。细菌的基因组是指细菌染色体和染色体以外遗传物质所携带基因的总称。染色体外的遗传物质是指质粒DNA和转位因子等。 细菌染色体细菌染色体是单一的环状双螺旋DNA长链，附着在横隔中介体上或细胞膜上。细菌染色体缺乏组蛋白，外无核

30、膜包围。基因是具有一定生物学功能的核普酸序列，如编码蛋白质结构基因的作用子(oistron)，编码核糖体RNA CrRNA)的基因以及识别和附着另一分子部位的启动基因(promoter)和操纵基因(operators)等。 质粒质粒是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA，经人工抽提后可变成开环状或线状。质粒有大小两类，质粒基因可编码很多重要的生物学性状，如致育质粒或称F质粒(fertility plasmid)耐药性质粒毒力质粒或Vi质粒(virulence plasmid)细菌素质粒代谢质粒 质粒DNA的特征有: 1.质粒具有自我复制的能力。 2.质粒DNA所编码的基因产物赋予细

31、菌某些性状特征，如致育性、耐药性、致病性、某些生化特性等。 3.质粒可自行丢失与消除。 4.质粒的转移性。 5.质粒可分为相容性与不相容性两种。 转位因子转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核普酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。转位因子主要有三类。(1)插入序列(insertion seuenoa, LS ) (2)转座子(transposon, Tn) (3)转座噬菌体或前噬菌体(prophage) 噬菌体(bacteriophage, phage)是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒一、噬菌体的生

32、物学性状 形态与结构噬菌体很小，三种形态，即蟒鲜形、微球形和丝形。化学组成噬菌体主要由核酸和蛋白质组成。噬菌体的核酸为DNA或RNA，并由此将噬菌体分成DNA噬菌体和 RNA噬菌体两大类。大多数DNA噬菌体的DNA为线状双链，但一些微小DNA噬菌体的DNA为环状单链。 抗原性噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌，但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用，噬菌体仍能复制增殖。 抵抗力噬菌体对理化因素与多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和X射线敏感。二、毒性噬菌体 根据与宿主菌的相互关系，噬菌体可分成两种类型:一

33、种是能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体(virulent phage)。另一种是噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体(temperate phage)或溶原性噬菌体(lysogenic phage)。 吸附是噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。 穿入有尾噬菌体吸附宿主菌后，借助尾部末端含有的一种类似溶菌酶的物质，在细菌胞壁上溶一小孔，然后通过尾鞘的收缩，将头部DNA注入细菌体内，而蛋白质衣壳留在菌细胞外。 生

34、物合成:噬菌体核酸进入菌细胞后，一方面通过转录形成mRNA，再由此转译成噬菌体所需的，与生物合成有关的酶、调节蛋白和结构蛋白。另一方面，以噬菌体核酸为模板，通过核酸多聚酶的催化作用，大量复制子代噬菌体的基因核酸。 成熟与释放:待噬菌体的蛋白质与基因核酸分别合成后，立即在细菌胞质内按一定程序装配成完整的成熟噬菌体。当子代噬菌体达到一定数目时，菌细胞突然裂解，释放出的噬菌体又可感染新的敏感细菌。但有些丝形噬菌体是以出芽的方式逐个释放。三、温和噬菌体 温和噬菌体可有三种存在状态:游离的具有感染性的噬菌体颗粒;宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸;前噬菌体。溶原性细菌具有抵抗同种或有亲缘关系噬菌体重复

35、感染的能力，即使得宿主菌处在一种噬菌体免疫状态。 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶原性转换(lysogenicconversion)。四、噬菌体的应用 细菌的鉴定与分型噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性，即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌，故可用于未知细菌的鉴定和分型。 分子生物学研究的重要工具噬菌体对基因工程理论与技术的发展已经发挥了重要作用。噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，而且容易获得大量的突变体，因此成为研究基因复制、转录、重组、表达调控机制等的重要工具，噬菌体成为分子生物学研究中的重要载体。 细菌感染的诊断与治疗应用噬菌体效价增长试验可检测标本中

36、的相应细菌。即在疑有某种细菌存在的标本中，加入一定数量的已知的相应噬菌体，3 7 0C孵育6-8 h，再进行该噬菌体的效价测定。在有些局部感染时可用噬菌体作为一种辅助治疗，如应用铜绿假单胞菌噬菌体治疗创口感染。但由于噬菌体的特异性过于专一，限制了噬菌体在临床上的广泛应用。第三节细菌变异的机制 遗传性变异是由基因结构发生改变所致，而非遗传性变异则是细菌在环境因素等影响下出现的变化，这种变化并非基因结构的改变。基因结构的改变主要通过基因突变、基因损伤后的修复、基因的转移与重组等来实现的。 一、基因的突变与损伤后修复 突变(mutation)是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗

37、传性变异。若细菌DNA上核普酸序列的改变仅为一个或几个碱基的置换、插入或丢失，出现的突变只影响到一个或几个基因，引起较少的性状变异，称为小突变或点突变(point mutation);若涉及大段的DNA发生改变，称为大突变或染色体畸变 (chromosome aberration)。 DNA序列的改变包括碱基的置换和移码。碱基置换可分为转换(transition)和颠换(transversion)两种类型，如不同嘿吟之间或不同喀咤之间的替代称为转换，若是嘿吟与喀咤之间的相互交换则称为颠换。当DNA序列中一对或几对核普酸发生插入或丢失，必将引起该部位其后的序列移位，由于遗传信息是以三联密码子的形

38、式表达，移位必导致密码的意义发生错误，此称移码突变(traneshift mutation)。 基因突变规律 1.突变率在细菌生长繁殖过程中，突变经常自发发生，但自然突变率(10-6-10一9)极低。 2.突变与选择突变是随机的，不定向的。 3.回复突变某种细菌在自然环境下具有的表现型称野生型(wild type)，发生突变后的菌株称突变株(mutant )。细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复野生型的性状，这一过程称回复突变(backward mutation)。回复突变并不一定恢复原来的基因型，再一次突变可以是一个抑制基因突变代偿了第一次突变在性状上的改变。若再

39、次回复突变发生在同一基因的不同部分，称为基因内抑制;若回复突变发生在不同的基因，则称为基因间抑制。 DNA的损伤修复当细菌DNA受到损伤时，细胞会用有效的DNA修复系统进行细致的修复，以使损伤降为最小，修复机制对细胞的维持生命极其重要。但损伤修复本身也会出现错误，如对损伤DNA片段进行切除修复时可能附带将正常DNA序列切掉;或在DNA损伤之后，或在DNA复制的休止期，DNA应急修复的SOS反应(SOS response )能产生许多(约15个)基因;或在细菌死亡之前，细菌的DNA模板对直接准确的修复已不能利用时，菌细胞只能利用差误倾向的修复(error-prone repair)，在以上这些修

40、复过程中都会发生错误而造成细菌的变异。 二、基因的转移与重组 与上述内在基因发生突变不同，外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞内的过程称为基因转移(gene transfer )。转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组(recombination)，使受体菌获得供体菌某些特性。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和细胞融合等方式进行。 转化(transformation)是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。 在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子(transforming principle)。受体菌只有处于感受态(competen

41、ce)时，才能摄取转化因子。细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附DNA的受体。在转化时，转化因子首先吸附在受体菌表面受体上，然后再被摄入。在摄入前，供体菌的双链DNA片段被受体菌表面的核酸内切酶切开，其中一链进入受体菌，另一链为进入提供能量。进入的供体菌DNA片段与受体菌相应DNA进行重组，重组后受体菌两DNA序列不完全一样。当重组菌繁殖，DNA复制时，与原型菌一样的DNA序列链仍保持原来的性状，而比原型菌多一段外来的供体菌DNA序列链的则获得新的性状，成为称作转化菌突变株。 接合(conjugation)是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质(主要是质粒DNA)从供体菌转移给受体菌 1.

42、F质粒的接合:带有F质粒的细菌有性菌毛，相当于雄菌(F+ );无性菌毛的无F质粒，相当于雌菌(F- )。当F+ xF一菌杂交时，F+菌性菌毛末端与F一菌表面受体接合时，性菌毛逐渐缩短使两菌之间靠近并形成通道，F+菌的质粒DNA中的一条链断开并通过性菌毛通道进入F一菌内。 Hf r菌中的F质粒有时会从染色体上脱离下来，终止其Hf r状态。从染色体上脱离的有时可带有染色体上几个邻近的基因，这种质粒称为F。 F+, Hfr, F三种菌都有性菌毛，都为雄菌。在性菌毛表面有一种雄性特异性噬菌体(male specific phage)受体，在电镜下可见相应噬菌体粘附在性菌毛表面。 2o R质粒的结合细菌

43、的耐药性与耐药性的基因突变及R质粒的接合转移等有关。 R质粒由耐药传递因子(resistance transfer factor,RTF)和耐药决定子(r-dir )两部分组成，这两部分可以单独存在，也可结合在一起，但单独存在时不能发生质粒的接合性传递。 R质粒决定耐药的机制是:使细菌产生灭活抗生素的酶类，OOR质粒控制细菌改变药物作用的靶部位。OOR质粒可控制细菌细胞对药物的通透性。 转导(transduction)是以转导噬菌体(transducting phage)为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围可分为以下两种转导。 1。普遍性转导

44、(generalized transduction)前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，在噬菌体DNA装入外壳蛋白组成新的噬菌体时，在105一107次装配中会发生一次装配错误，误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。因被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。普遍性转导也能转导质粒，金黄色葡萄球菌中R质粒的转导在医学上具有重要意义。转导比转化可转移更大片段的DNA，而且由于包装在噬菌体的头部受到保护，不被DNA酶降解，故比转化的效率高。 2

45、。局限性转导(restricted transduction)或称特异性转导(specializedtransduction)，所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如A噬菌体进入大肠埃希菌K12时，当处于溶原期时，噬菌体DNA整合在大肠埃希菌染色体的特定部位，即在半乳糖基因(gal )和生物素基因(bio)之间。当噬菌体DNA从细菌染色体上分离，将有10一6机率发生偏差分离。即噬菌体将其本身DNA上的一段留在细菌染色体上，却带走了细菌DNA上两侧的gal或bio基因。这样的噬菌体基因转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。由于所转导的只限于供体菌DNA上个别的特定基因(如g

46、al或bio )，故称局限性转导。在局限性转导中的噬菌体由于缺少某些本身的基因，因而影响其相应功能，属于缺陷性噬菌体。第四节细菌遗传变异在医学中的作用 在疾病的诊断、治疗与预防中的应用由于细菌的变异可发生在形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面，故在临床细菌学检查中不仅要熟悉细菌的典型特性，还要了解细菌的变异规律， 由于抗生素的广泛应用，临床分离的细菌中耐药株日益增多，更发现有对多种抗生素多重耐药的菌株，以致于感到新药开发研究的速度跟不上细菌耐药性变异的变化。而且有些耐药质粒同时带有编码毒力的基因，使其致病性增强，这些变异的后果给疾病的治疗带来很大的困难。为此，对临床分离的致病菌，必

47、须在细菌药物敏感试验的指导下正确选择用药，不能滥用抗生素。为提高抗生素的疗效，防止耐药菌株的扩散，应考虑合理的联合用药原则，尤其在治疗慢性疾病需长期用药时，除联合使用抗生素外，还要考虑使用免疫调节剂。 为预防传染病的发生，用人工的方法减弱细菌的毒力，用遗传变异的原理使其诱变成保留原有免疫原性的减毒株或无毒株，制备成预防疾病的各种疫苗。 在测定致癌物质中的应用肿瘤的发生一般认为是细胞内遗传物质发生了改变，使正常细胞变为转化细胞，因此凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。 在流行病学中的应用近年来的分子生物学分析方法已被用于流行病学调查。如用质粒指纹图( plasmid fingerpri

48、nting ,PFP)的方法来检测不同来源细菌所带质粒的大小，比较质粒的各种酶切图，其产生片段的数目、大小、位置引起某一疾病暴发流行的流行菌株与非流行菌株，也可用于调查医院感染的各种细菌的某种耐药质粒的传播扩散情况。另外，从对噬菌体敏感性及溶原性，对细菌素的敏感性等也可研究流行菌株的同源性等。 在基因工程中的应用基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的。基因工程的主要步骤是 从供体细胞(细菌或其他生物细胞)的DNA上切取一段需要表达的基因，即所谓目的基因; 将目的基因结合在合适的载体(质粒或噬菌体)上; 通过载体将目的基因转移到工程菌(受体菌)内，随着细菌的大量繁

49、殖表达出大量的目的基因产物。目前通过基因工程已能使工程菌大量生产胰岛素、干扰素、各种生长激素、r工L-2等细胞因子和rHBs乙肝疫苗等生物制品。并已探索用基因工程技术治疗基因缺陷性疾病等。今后，基因工程在医学领域和生命科学中必将得到更广泛的应用。第四章消毒与灭菌 消毒(disinfection)杀死物体上病原微生物的方法，并不一定能杀死含芽胞的细菌或非病原微生物。 灭菌(sterilization)杀灭物体上所有微生物的方法。灭菌比消毒要求高，包括杀灭细菌芽胞在内的全部病原微生物和非病原微生物。 抑菌(bacteriostasis)抑制体内或体外细菌的生长繁殖。常用的抑菌剂( bacterio

50、stat )为各种抗生素，可在体内抑制细菌的繁殖，或在体外用于抑菌试验以检测细菌对抗生素的敏感性。 防腐(antisepsis)防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法。细菌一般不死亡。使用同一种化学药品在高浓度时为消毒剂，低浓度时常为防腐剂。 无菌(asepsis)不存在活菌的意思。防止细菌进入人体或其它物品的操作技术，称为无菌操作。例如进行外科手术时需防止细菌进入创口，微生物学实验中要注意防止污染和感染。第一节物理消毒灭菌法用于消毒灭菌的物理因素有热力、紫外线、辐射、超声波、滤过、干燥和低温等。 一、热力灭菌法 热力灭菌法分干热灭菌和湿热灭菌两大类，在同一温度下，后者的效力比前者大。这是因为:湿热

51、中细菌菌体蛋白较易凝固;湿热的穿透力比干热大;湿热的蒸气有潜热存在。水由气态变为液态时放出的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。 干热灭菌法干热的杀菌作用是通过脱水干燥和大分子变性。一般细菌繁殖体在干燥状态下，80 - 100经h可被杀死;芽胞则需160 - 170经2h才死亡。 1.焚烧直接点燃或在焚烧炉内焚烧2.烧灼直接用火焰灭菌3.干烤利用干烤箱灭菌4.红外线红外线是一种0. 7 7一1000 m波长的电磁波，尤以1一10m波长的热效应最强。 湿热灭菌法 1.巴氏消毒法(pasteurization)用较低温度杀灭液体中的病原菌或特定微生物，而仍保持物品中所需的不耐热成分不被破坏的消毒方法

52、。此法由巴斯德创用以消毒酒类，故名。目前主要用于牛乳等消毒。方法有两种:一是加热至61. 1一62. 8 0C min;另一是71. 7经15一30s钟，今广泛采用后法。 2.煮沸法3.流动蒸气消毒法4.间歇蒸气灭菌法5.高压蒸气灭菌法是一种最有效的灭菌方法。灭菌的温度取决于蒸气的压力。在一个大气压下，蒸气的温度是10 0 0C 0如果蒸气被限制在密闭的容器中，随着压力升高，蒸气的温度也相应升高。在103. 4kPa (1. OSkg/cm2)蒸气压下，温度达到121. 30C，维持15一20min，可杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物。高压蒸汽灭菌器(autoclave)就是根据这一原理制成的

53、，常用于一般培养基、生理盐水、手术敷料等耐高温、耐湿物品的灭菌。 二、辐射杀菌法 三、滤过除菌法 滤过除菌法(filtration)是用物理阻留的方法将液体或空气中的细菌除去，以达到无菌目的。 四、超声波杀菌法 五、干燥与低温抑菌法第二节化学消毒灭菌法 根据化学消毒剂的杀菌机制不同，主要分以下几类:促进菌体蛋白质变性或凝固，干扰细菌的酶系统和代谢，损伤菌细胞膜 一、消毒剂的主要种类 酚类石炭酸、来苏、洗必泰等酚类化合物，醇类、重金属盐类高浓度时易与带阴电荷的菌体蛋白质结合，使之发生变性或沉淀，又可与细菌酶蛋白的一SH基结合，使其丧失酶活性。 氧化剂常用的有过氧化氢、过氧乙酸、高锰酸钾与卤素等。

54、表面活性剂又称去污剂，易溶于水，能减低液体的表面张力，使物品表面油脂乳化易于除去，故具清洁作用。烷化剂杀菌机制在于对细菌蛋白质和核酸的烷化作用，杀菌谱广，杀菌力强。常用的有甲醛、环氧乙烷和戊二醛等。 二、消毒剂的应用 病人排泄物与分泌物粪、尿、脓、痰等，一般多用等量的20%漂白粉、5%石炭酸或2%来苏，搅拌均匀，作用2h再倾去。 皮肤2. 5%碘酒、70%乙醇、2%红汞均可应用。 粘膜新生儿预防淋病奈瑟菌性眼结膜炎可用1%硝酸银或2%蛋白银滴眼;口腔粘膜消毒可用3%过氧化氢;冲洗尿道、阴道、膀耽等可用0. O1%一0. 1洗必泰或0.1%高锰酸钾。 饮水自来水用氯气，少量的饮用水可用漂白粉。

55、厕所、阴沟可用生石灰，其有效成分是氢氧化钙。 手一般用2%来苏。当疑有肝炎病毒污染时，用0. 2%一0. 4%过氧乙酸浸泡1一2min后，流水冲洗。或用2%碘配涂擦后用70%乙醇擦洗。第五章细菌感染第一节细菌感染的类型 细菌侵入宿主机体后，进行生长繁殖、释放毒性物质等引起不同程度的病理过程，称为细菌的感染(bacterial infection)或传染。能使宿主致病的为致病菌或病原菌(pathogenic bacterium, pathogen)，不能造成宿主感染的为非致病菌或非病原菌(nonpathogenic bacterium, nonpathogen)。 正常菌群自然界中广泛存在着大量

56、的，多种多样的微生物。人类与自然环境接触密切，因而正常人的体表和同外界相通的口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道等腔道中都寄居着不同种类和数量的微生物。当人体免疫功能正常时，这些微生物对宿主无害，有些对人还有利，是为正常微生物群，通称正常菌群(normal flora)。 正常菌群对构成生态平衡起重要作用，其生理学意义有: 1.生物拮抗致病菌侵犯宿主，首先需突破皮肤和粘膜的生理屏障作用。 2.营养作用正常菌群参与宿主的物质代谢、营养转化和合成。 3.免疫作用正常菌群能促进宿主免疫器官的发育;亦可刺激其免疫系统发生免疫应答，产生的免疫物质对具有交叉抗原组分的致病菌有一定程度的抑制或杀灭作用 4.抗衰老

57、作用肠道正常菌群中的双歧杆菌有抗衰老作用。 条件致病菌正常菌群与宿主间的生态平衡在某些情况下可被打破，形成生态失调而导致疾病。这样，原来在正常时不致病的正常菌群就成了条件致病菌。 一、感染的来源 感染来源于宿主体外的称外源性感染(exogenous infection);若来自患者自身体内或体表的称为内源性感染(endogenous infection) o 外源性感染 1.病人大多数人类感染是通过人与人之间的传播。 2.带菌者有些健康人携带有某种致病菌但不产生临床症状，也有些传染病患者恢复后在一段时间内仍继续排菌。 3.病畜和带菌动物有些细菌是人畜共患病的致病菌，因而病畜或带菌动物的致病菌也

58、可传播给人类。例如鼠疫耶菌、炭疽杆菌、布鲁菌、牛分枝杆菌，以及引起食物中毒的沙门菌等。 内源性感染这类感染的致病菌大多是体内的正常菌群，少数是以隐伏状态存在于体内的致病菌。正常菌群在特定条件下成为条件性致病菌后再致病。 二、传播方式与途径 呼吸道感染致病菌从病人或带菌者的痰液、唾沫等散布到周围空气中，经呼吸道途径感染他人。例如咳嗽等。 消化道感染伤寒、菌痢、霍乱、食物中毒等胃肠道传染病，大多是摄入粪污染的饮食物所致。水、手指和苍蝇等昆虫是消化道传染病传播的重要媒介。 创伤感染皮肤、粘膜的细小破损，致病性葡萄球菌、链球菌等常可侵入引起化脓性感染。泥土、人类和动物粪便中，可有破伤风梭菌、产气芙膜梭

59、菌等芽胞存在。这些芽胞若进入深部伤口，微环境适宜时就会发芽、繁殖，产生外毒素而致病。 接触感染淋病奈瑟菌、苍白密螺旋体、麻风分枝杆菌、钩端螺旋体等，可通过人-人或动物一人的密切接触而感染。其方式可为直接接触，或通过用具等间接受染。 节肢动物叮咬感染有些传染病是通过吸血昆虫传播的。例如人类鼠疫由鼠蚕传播，恙虫病由恙瞒幼虫传播等。 多途径感染有些致病菌的传播可有呼吸道、消化道、皮肤创伤等多种途径。例如结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌等。 三、感染的类型 感染的发生、发展和结局是宿主体和致病菌相互作用的复杂过程。根据两者力量对比，感染类型可以出现不感染、隐性感染(inapparent infection)

60、、潜伏感染(latentinfection)、显性感染(apparent infection)和带菌状态(carrier state)等不同临床表现。这几种类型并非一成不变，随着两方力量的增减，可以移行、转化或交替出现的动态变化。 显性感染当宿主体抗感染的免疫力较弱，或侵入的致病菌数量较多、毒力较强，以致机体的组织细胞受到不同程度的损害，生理功能也发生改变，并出现一系列的临床症状和体征，是为显性感染，通称传染病。由于每一病例的宿主体抗病能力和病菌毒力等存在着差异，因此，显性感染又有轻、重、缓、急等不同模式。 临床上按病情缓急不同，分为: 1.急性感染(acute infection)发作突然，