医学微生物学-细菌的形态学

1、细菌的形态学病原生物学系 微生物（microorganisms或microbes） 存在于自然界的一大群个体微小、结构简单、肉眼直接看不到、必须借助于显微镜放大数百、数千倍甚至数万倍才能观察到的微小生物。绪 论微生物的种类与分布三型八大类： 1非细胞型微生物：无典型细胞结构，无能量 产生酶系 统，只能在活细胞内增殖；核酸类型为DNA或RNA （病毒 ） 2原核细胞型微生物：核呈环状裸DNA团块，无核膜、 核仁；细胞器不完善，只有核糖体；DNA 和 RNA 同 时存在（细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体、 放线菌） 3真核细胞型微生物：细胞核分化程度高，有核膜和核 仁；细胞器完整（真菌）微生

2、物与人类的关系从宏观上看 自然界中物质循环依赖微生物的存在来运行，如果没有微生物的合成与分解代谢作用，物质循环则不能进行，人类将无法生存。 农业方面 医药工业方面 工业生产方面 环境治理方面 遗传工程方面的应用从微观上看栖息在人体内的微生物与宿主之间构成微生态关系 绝大多数微生物对人和动、植物是有益的，而且有些是必需的。正常情况下，寄生在人类和动物中微生物是无害的。 少数微生物能引起人类和动、植物的病害，称为病原微生物。 有些微生物在正常情况下不致病，只在特定情况下导致疾病，称为机会致病菌。医学微生物学（medical microbiology） 研究与医学有关的病原微生物的生物学特性、致病机

3、制、机体的抗感染免疫、特异性检测方法以及相关感染性疾病的防治措施等，以控制和消灭感染性疾病，保障和提高人类健康水平。 1996年，WHO公布全球当年死亡总人数为5200万，其中： 感染性疾病 1730万 结核病：300万 艾滋病：150万 乙型肝炎：120万 心血管疾病 720万 癌症 630万 感染性疾病位于威胁人类健康的三大杀手之首！ 2003年，SARS 2010年， H1N1流感 席卷全球 2013年，H7N9流感 禽流感、SARS、疯牛病、结核病等令人担忧！我们处在微生物包围之中！1676年，荷兰人列文虎克(Antony Leewenhoek 1632-1723) 发明了显微镜。第一

4、个发现微生物，揭开了人类与传染病战斗的序幕。因为这个伟大的发现，他当上了英国皇家学会的会员。 1860年，巴斯德 (Louis Pasteur 1822-1895)率先提出传染病的病因学说，即“传染病是由微生物引起的”。法巴斯德( Louis Pasteur 1822-1895 ) 生物学家、化学家、微生物学之父 巴斯德对人类的贡献彻底否定了生命“自然发生”的学说解决了当时生产中提出的许多难题，证实发酵由微生物引起建立了一套独特的研究方法,寻找各种传染病病原菌,开创了寻找病原微生物的黄金时期把研究从形态描述推进到生理学研究水平奠定了微生物学的理论，微生物学以独立的学科形式开始形成创造了一些微生

5、物学实验方法：巴氏消毒法1876年， 德科赫 (Robert Koch 1843-1910)建立了细菌纯培养技术和染色技术，第一个分离到病原菌-炭疽芽胞杆菌。发现传染病由不同的病原菌引起。“病原菌传染病”1905年获得了诺贝尔医学和生理学奖 科赫对人类的贡献发明了固体培养基用于纯化微生物实验动物感染创造了细菌染色方法发现了许多病原菌，发现传染病由不同的病原菌引起，为研究药物和寻找治疗方法提供依据证实炭疽病因炭疽杆菌，发现结核结核杆菌提出了判断特定疾病病原菌的 “科赫原则” 从同一特定疾病的宿主中常能发现同一种病原体；科赫定理（科赫原则）： 能从患病宿主中分离出相同的病原体，并获得纯培养物； 将

6、纯培养物接种到易感动物，必然出现相同的疾病； 从人工感染的实验动物中，必定能重新分离获得该病原体的纯培养物。 巴斯德提出了“传染病的病因学说”，科赫建立了病原菌的诊断方法，两人成为微生物学的奠基人。之后，科赫因分离培养出结核杆菌，开创了结核病研究的新纪元而获得诺贝尔医学生理学奖。英Joseph Lister无菌操作奠基人外科消毒术(石炭酸喷）（1865）中国许多疾病是由微生物引起的：11世纪肺痨我国17世纪初，吴有性医生在瘟疫论中认为传染病是“乃天地间别有一种异气所感”，并且指出“气即是物，物即是气”，肯定地预见有某种实体是传染病的病原体我国18世纪，描述鼠疫。余贺（1903-1988）医学微

7、生物学家医学教育家汤飞凡(1897-1958) 医学微生物学家 谢少文（1903-1995）医学微生物学家不断发现新的病原微生物自1973年以来，新发现的病原微生物已有30多种。例如：军团菌、幽门螺杆菌、霍乱弧菌O139血清群、空肠弯曲菌、大肠埃希菌O157:H7血清型、肺炎衣原体、伯氏疏螺旋体、人类疱疹病毒6、7、8型、人类免疫缺陷病毒、丙、丁、戊、己、庚型肝炎病毒、汉坦病毒、轮状病毒、西尼罗病毒、尼帕病毒、SARS冠状病毒、甲型H1N1流感病毒等。亚病毒（1967）；朊粒（1982）微生物基因组研究取得重要进展1990年，人巨细胞病毒全基因组测序完成；1995年，流感嗜血杆菌全基因组DNA

8、测序完成；目前已有150多种细菌完成测序；已发现的病毒基本上都完成了基因测序病原微生物基因组序列测定的重大意义：更好地了解致病机制及其与宿主的相互关系，发现更敏感、特异的致病分子标记供诊断、分型，为临床筛选有效药物和疫苗开发提供基础。微生物学研究和诊断技术不断进步传统的细菌鉴定和分类以细菌表型为主，现在侧重于采用分子生物学方法来分析细菌遗传学特征，包括DNA的G+C mol%测定、DNA杂交、16S rRNA序列分析、氨基酸序列分析、质粒指纹图分析、PCR、限制性片段长度多态性分析等。临床微生物学检验中，传统的细菌生化反应鉴别方法已逐步被自动化检测仪器或试剂盒所取代；免疫荧光技术、酶联免疫技术

9、、PCR技术等免疫学和分子生物学技术已被广泛应用。疫苗研制不断取得新突破随着人们对病原微生物基因和蛋白的结构与功能的认识不断深入，以及微生物学、免疫学、分子生物学等理论和实验技术的不断发展，新型疫苗的研制开发工作进展很快。一些新的或改进的病原微生物疫苗研制成功；疫苗的类型从最初的灭活疫苗，经历了减毒活疫苗、亚单位疫苗、基因工程疫苗以及核酸疫苗（DNA疫苗）等发展阶段；多联疫苗、黏膜疫苗、缓释疫苗等新型疫苗以及新的疫苗佐剂不断被开发出来。启示、问题及展望回顾发展历史，可以得到以下启示1）人类在认识自然和与自然共处中遇到的问题是学科发展的源泉和动力。2）在解决实际问题过程中会引发一些涉及基础理论的

10、问题，通过研究创立新的基础理论是学科飞跃发展的基石。3）技术方法的改革与创新是推动学科发展的一个重要方面，科学和技术的密切相关性决定了两者均不可偏废。4）科技工作者的献身精神、敏锐观察力、持之以恒的工作态度以及主动加强与相关学科的联系与合作是取得成功的关键。要有清醒认识由病原微生物引起的感染疾病特别是多种传染病仍是对人类健康与生命威胁最大、最重要的一类疾病。 传染病的发病率和病死率在所有疾病中仍居首位。 新现和再现的传染病不断发生。 迄今仍有一些感染性疾病的病原体未发现或未明确。 某些病原微生物的致病和免疫机制还未阐明。 细菌耐药的问题日益严重。 某些微生物快速变异给疫苗设计和治疗造成很大障碍

11、。展望（需继续进一步加强的研究领域） 1）新现和再现病原微生物的研究2）病原微生物致病机制的研究3）建立规范化的微生物学诊断方法和技术4）抗感染免疫的基础理论及其应用的研究，研制新疫苗、有效地预防传染病的发生5）抗感染药物的研制与开发最终达到控制和消灭感染性疾病第一篇 细菌学总论 第一章 细菌形态学 第一节 细菌的大小与形态1.大小：个体微小，通常以微米 (m)为 测量单位2.基本形态：三种：球状、杆状、螺旋状， 分别称为球菌、杆菌和螺形菌3.染色性：革兰阳性菌、革兰阴性菌 球菌 (coccus）葡萄球菌 双球菌 链球菌 双球菌 链球菌 葡萄球菌杆菌（bacillus） 螺形菌（spiral

12、bacterium）弧菌螺菌螺杆菌 第二节 细菌的结构 基本结构：细胞壁 细胞膜 细胞质 核质 特殊结构：荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞(一）细菌的基本结构: 细胞壁、细胞膜、细胞质、核质 1、 细胞壁 定义：包绕在细胞膜外的一层坚韧结构，成分 因不同细菌而异。 肽聚糖（Peptidoglycan），又称粘肽。 多糖骨架（聚糖支架）：各种细菌均相同。 N-乙酰胞壁酸、N-乙酰葡糖氨 四肽侧链：与N-乙酰胞壁酸相连 五肽交联桥：链接两个相邻四肽侧链，G-没有磷壁酸（techoic acid） 革兰阳性菌特有成分 壁磷壁酸（wall teichoic acid） 膜磷壁酸(membrane teichoi

13、c acid, 黏附素) 作用： (1)调节离子通过粘肽层，有保存和输送镁离子的作用； (2)为 的特异性受体； (3)与细菌的致病性有关； (4)具有抗原性可用于细菌的分型蛋白质:表面特殊蛋白质(如A族链球菌M蛋白；金葡菌A蛋白) 外膜 G-细菌在肽聚糖层外面还有三层结构 脂蛋白：由脂质和蛋白质构成外膜 脂质双层 类脂A 内毒素的毒性部分,无特异性 脂多糖 核心多糖 有属或组的特异性 寡糖重复单位 由3-5个单糖组成， 有种或型的特异性 脂质双层 是G-菌细胞壁的主要结构，占细胞壁干重的80%，结构类似细胞膜，为液态的脂质双层，又称外膜 脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS

14、): 即菌的内毒素（endotoxin）功能： (1)的主要致病物质； (2)所带的负电荷可吸附钙、镁离子 以提高其浓度； (3)具有抗原性； (4)是噬菌体吸附的受体； (5)选择性屏障功能。革兰阳性菌及革兰阴性菌细胞壁结构及意义的比较 细胞壁 结构 革兰阳性菌 革兰阴性菌细胞壁强度 较坚硬 较疏松肽聚糖层数 可达50层 12层肽聚糖含量 5080% 520%磷壁酸 有 无外膜 无 有五肽交联桥 有（三维结构） 无（二维结构）革兰染色 阳性（紫色） 阴性（红色）青霉素和溶菌酶 敏感 不敏感 细胞壁主要功能 1、维持细菌固有形态 2、保护细菌抵抗低渗环境 3、完成菌体内外物质交换 4、决定菌体

15、的抗原性 5、某些成分与致病性有关 6、抗生素作用 细菌细胞壁缺陷型（细菌L型） (1) 形态：多形态性(2) 培养：须在高渗低琼脂含血清的培养 基中生长，多呈油煎蛋状菌落(3) 原生质体：G+、原球体：G-(4) 对作用于细胞壁的抗生素无效(5) 常规细菌培养阴性(6) 细菌L型仍有一定的致病能力 2、细胞膜(cell membrane) 细胞壁与细胞质之间 半渗透性的生物膜 脂类双层，镶有蛋白质 功能：渗透和运输、生物合成（肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等）、呼吸作用、参与细菌分裂。另外，细胞膜是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位。中介体 (mesosome)： 细胞膜向细胞浆内凹陷，折叠形成

16、的囊状物。 G+多见，其功能类似真核细胞线粒体，故有拟线粒体之称。 参与细菌的分裂（细菌分裂时一分为二） 加强了细胞呼吸（扩大了细胞膜的表面积） 白喉棒状杆菌中介体 透射电镜图130 000 3、细胞质 是细菌进行新陈代谢的主要场所。含有以下颗粒： 核糖体(ribosome)：合成蛋白质的 场所 核蛋白体：由50S和30S两个亚基组成。红霉素杀菌机理：与50S亚基结合，干扰细菌蛋白质的合成。 胞浆颗粒(cytoplasmic granules):储藏营养。异染颗粒：染成与细菌其他部分不同的颜色，如：白喉棒状杆菌-鉴别 质粒(plasmid)：染色体外的遗传物质、双股环状DNA、携带某些遗传信息

17、，控制某些遗传性状 R质粒（resistance plasmid): 耐药性质粒 F质粒（fertility plasmid)： 致育性质粒 Vi质粒 (virulence plasmid): 毒力质粒4、核质(nuclear material) 是细菌的遗传物质，亦称细菌染色体 大多数细菌为单一的闭合环状双股DNA分子，少有细菌为线性或有多个DNA分子控制各种遗传性状 （二）细菌的特殊结构 荚膜、芽胞、鞭毛、菌毛 1.荚膜(capsule)：定义：某些细菌胞壁外围绕一层较厚的粘液性物 质，称为荚膜。形成条件：动物体内、营养丰富的培养基内化学成分：多糖分类：荚膜、微荚膜、粘液层(糖被)功能：鉴

18、别细菌、分型依据（因有抗原性） 致病性有关（抵抗吞噬、消化等） 2. 鞭毛（flagellum） 定义：为附着在某些菌体上的细长而 呈波状弯曲的丝状物 种类：单毛菌：如霍乱弧菌 双毛菌：如空肠弯曲菌 丛毛菌：如铜绿假单胞菌 周毛菌：如伤寒沙门菌 化学成分：蛋白质 性质：是运动器官 电镜下：基础小体 钩状体 丝状体 鞭毛的功能： 鉴别细菌：鞭毛（动力）的有无、数目、位置、排列、抗原性 与致病性有关：粘附性 3.菌毛(fimbria or pili)定义：某些细菌表面遍布着比鞭毛纤细、短而直的丝状物。只有在电镜下才能观察。化学成分：主要是蛋白质菌毛的种类与作用：普通菌毛：数量多，粘附于受体上-致病性性菌毛：少，雄性菌（F+)，雌性菌（F-)-接合；噬菌体吸附受体4.芽胞(endospore or spore)：定义:细菌在一定环境条件下，胞浆脱水浓缩，在菌体内形成的多层膜状结构的圆形或卵圆形小体。形成条件：缺乏营养物质，有害代谢产物堆积性质：是休眠状态，不是繁殖方式芽胞的形状、大小和位置芽胞的功能: 鉴别细菌：大小、形状、菌体内的位置 对细菌起保护作用：多层膜包绕，通透性降低 作为灭菌是否彻底的指标：抵抗力强 （三）细菌形态与结构检查法 1.显微镜放大法 光学显微镜 电子显微镜 暗视野显微镜等