第2章细菌的生理-2014.ppt

1、第二章 细菌的生理,第一节 细菌的理化性状,细菌的化学组成：包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等。 细菌的物理性状： 菌体半透明：悬液呈一定浊度 表面积大：有利于与外界物质交换 带电现象: 均带负电荷(中性及弱碱性环境) 半透性：水和小分子物质通过 内部渗透压高：坚韧细胞壁的保护,一、细菌的营养物质 水：营养物质必须先溶于水，营养的吸收与代谢均需有水才能进行。 碳源：来源于糖类，提供能量。 氮源：来源于氨基酸、蛋白质等，合成菌体成分。 无机盐：钾、钠、钙、镁、磷、硫等。 生长因子：生长必需但自身不能合成的物质，如维生素、氨基酸等。,第二节 细菌的营养与生长繁殖,二、细菌摄取营养物质的机制

2、,被动扩散 : 主动转运系统 : 1.依赖于周浆间隙结合蛋白的转运系统 2.化学渗透驱使转运系统 3.基团转移,三、细菌营养类型,自养菌(autotroph): 以无机物或通过光合作用获取能源。 异养菌(heterotroph): 以有机物为原料合成菌体成分，大部分病原菌都是异养菌。 腐生菌：以动植物尸体、腐败食物作为营养物。 寄生菌：从宿主(人或动物)体内的有机物质中获得 营养和能量。,四、影响细菌生长的环境因素,营养物质： 氢离子浓度(pH)：多数病原菌最适pH为7.27.6。 温度：多数病原菌最适37。 气体条件：依据对氧气的需求分4类。 渗透压:嗜盐菌(副溶血弧菌),五、细菌的生长繁殖

3、,1.细菌个体的生长繁殖 繁殖方式：二分裂繁殖，速度一般20-30分钟一代。结核分支杆菌生长缓慢，18-20h一代。,2.细菌群体的生长繁殖 将一定量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，细菌的生长过程具有规律性。 以培养物中活菌的对数为纵坐标，培养时间为横坐标，绘制的曲线叫生长曲线(Growth curve) 。,迟缓期 对数期 稳定期 衰退期,Lag phase: production of new enzymes needed for growth Log phase: maximum growth Stationary phase: growth = death; n

4、utrients or waste products limiting growth Death phase: death growth; lack of nutrients or accumulation of waste products killing cells,细菌生长曲线,迟缓期(lag phase)： 细菌的适应阶段。 2. 对数期(logarithmic phase)：生长迅速，菌数以几何级数增长，细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型。 3. 稳定期(stationary phase)：细菌的繁殖数与死亡数几乎相等，活菌数保持稳定；细菌的芽胞、外毒素和抗生素等大多在该期产生。

5、 4. 衰亡期(decline phase)：死菌数活菌数。,学习细菌生长曲线的意义,研究生物学性状取对数生长期细菌。 发酵生产中不断更新营养液， 通气保持细菌于对数生长期。 细菌芽胞、外毒素、抗生素产生于稳定期。,第三节 细菌的新陈代谢,细菌的生化反应 分解代谢:营养物质分解和转化为能量的过程。细菌对糖、蛋白质的分解能力的不同，因而代谢产物各异，利用生物化学方法检测代谢产物，可用以鉴别不同细菌称为细菌的生化反应。 合成代谢:所产生的能量用于菌细胞组分的合成。,（一）分解代谢产物和生化反应 糖发酵试验：大肠埃希菌分解乳糖，产酸产气； 伤寒沙门菌不分解乳糖。 糖 甲酸 CO2+H2 糖 甲酸,二

6、、细菌的代谢产物,1. 热原质： 细菌合成的一种注入人体内引起发热反应的物质。大多数是G-菌的脂多糖。热原质耐高温，高压蒸汽灭菌不能破坏(121，20 min)，250 高温干烤才能破坏。为导致输液反应的主要原因。,（二）合成代谢产物及其医学意义,内毒素：G菌的脂多糖(LPS) 外毒素：G菌和少数G菌产生的蛋白质 侵袭性酶：损伤机体组织，促进细菌侵袭和扩散，如卵磷脂酶 (产气荚膜梭菌)、透明质酸酶(链球菌)。,2.毒素和侵袭性酶,脂溶性 ：金黄色葡萄球菌金黄色色素。 水溶性： 铜绿假单胞菌-绿色色素。可用于细菌鉴别,3.色素,4. 抗生素(antibiotics)：放线菌和真菌产生，能抑制或杀

7、死其他微生物或肿瘤细胞的物质。 5. 维生素(vitamine)：维生素B、K 6. 细菌素(bactericin)：某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质，只对有近缘关系的细菌有杀伤作用。,第四节 细菌的人工培养,一、培养基(culture medium)：是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。配置后灭菌 基础培养基 增菌培养基 选择培养基 鉴别培养基 厌氧培养基,根据不同的标本或不同的培养目的和方法，可采用不同的接种和培养方法，常用的有细菌的分离培养和纯培养。 菌落：单个细菌分裂繁殖形成的肉眼可见的细菌集团,二、细菌在培养基中的生长现象,1.液体培养基中生长现象 混浊

8、：大多数细菌 沉淀：链状生长的细菌 菌膜：专性需氧菌，如结核杆菌、枯草杆菌,分离培养：将标本或培养物划线接种在固体培养基的表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开。 菌落(colony)：单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团。,2.固体培养基中生长情况,有鞭毛细菌：扩散生长，周围浑浊。 无鞭毛细菌：沿穿刺线生长，周围透明。,半固体培养基中生长情况,第五节 抑制或杀灭微生物的理化因素,灭菌(sterilization): 杀死物体上所有微生物的方法，包括杀灭细菌芽胞、病毒和真菌在内的全部病原和非病原微生物。“无菌物品” 消毒(disinfection)： 杀灭物体表面

9、或环境中的病原微生物，并不一定能杀死含芽孢的细菌或非病原微生物。用于消毒的化学药物称消毒剂(disinfectant)，如“消毒灵”，“新洁尔灭”。,一、消毒与灭菌的常用术语,防腐 (antisepsis)：防止或抑制微生物生长繁殖的方法。 细菌一般不死亡。 无菌 (asepsis)：不含活菌的意思 ，多为灭菌的结果。 无菌操作(aseptic technique)：防止微生物进入人体或其他物品的操作技术。 清洁(cleaning)： 通过除去尘埃和一切污秽以减少微生物数量的过程。,无菌操作,二、 物理消毒灭菌法,（一）热力灭菌法 高温对细菌有明显的致死作用：蛋白质变性，核酸断裂。 热力灭菌

10、干热灭菌（热空气灭菌） 湿热灭菌（热蒸汽灭菌） 在同一温度下，后者比前者的效力大。 湿热中菌体蛋白较易凝固。 湿热的穿透力比干热大。 湿热的蒸汽有潜热存在。,干热的杀菌作用是通过脱水干燥和大分子变性。 焚烧：直接点燃或在焚烧炉内焚烧。是一种彻底的灭菌方法。 适用于废弃物品或动物尸体。 烧灼：直接用火焰灭菌。适用于接种环，试管口等的灭菌。 干烤：将物品置干烤箱内，加热至160-170 ，2h。 适用于高温下不变质、不损坏、不蒸发的物品。 红外线：利用电磁波的热效应灭菌。1 10m波长的热效应 最强。适用于医疗器械的灭菌。,干热灭菌方法,巴氏消毒法(pasteurization) ：用较低温度杀灭

11、液体中的病原微生物或特定的微生物，而仍保持物品中不耐热成分不被破坏的消毒方法。61.162.8oC ，30min; 71.7 oC , 1530s。用于牛乳制品、酒类等的消毒。 煮沸法: 100oC 水浴，10min。食具、刀剪等消毒。 流动蒸气消毒法： 100oC 气浴，30min。 间歇蒸气灭菌法： 100oC 气浴，30min/次。 高压蒸气灭菌法：121.3oC （103.4kPa)，1520min。培养基、生理盐水、手术敷料等 。耐高温、耐湿物品的灭菌。,湿热灭菌方法,（二）辐射杀菌法 1.紫外线： 波长240-300nm的紫外线有杀菌作用，其中以265-266nm最强。 杀菌机制：

12、形成嘧啶二聚体,干扰DNA复制与转录。 作用特点：穿透力弱，表面消毒。 适用范围：手术室、传染病房、实验室的空气消毒,或不耐热物品的表面消毒。,无菌室紫外线消毒,紫外线杀菌车,紫外灯,紫外线杀菌效果,2. 电离辐射: 高速电子、射线、射线等。 杀菌机制：产生游离基，破坏DNA。 应用范围：一次性医用塑料制品；食品。 3.微波（1-1000mm 电磁波）： 杀菌机制：主要热效应杀菌(需要水分子的快速运动)。 应用范围：食品、非金属器械、餐具、药具等,（三）滤过除菌法 用细菌滤器滤去液体或气体中的细菌、真菌，达到无菌目的。 用于不耐高温的血清、细胞培养液、抗生素等的除菌。,抽气,过滤除菌装置 正压

13、抽滤装置 负压抽滤装置 一次性微孔滤膜滤器 滤膜的孔径0.8m、0.45m、0.22m和0.1m等几种，除菌需要采用0.22m滤膜。,正压滤器,负压过滤装置,一次性针式滤器,生物洁净技术： 通过初、中、高三级高效分子空气过滤器(high-efficiency particulate air HEPA filters)，除掉空气中0.5-5m的尘埃微粒，并采用合理的气流方式来达到空气洁净的目的。,（四）干燥与低温抑菌法 干燥：使菌体内的水分逸出，使细菌生命 活动停止。 低温：使细菌的新陈代谢减慢，影响细菌 的生长。 冷冻真空干燥法：保存菌种。,在低温状态下真空抽去水份,冷冻真空干燥,三、化学消毒

14、灭菌法,（一）消毒剂的作用机制： 1.菌体蛋白变性或凝固： 酚类、醇类、重金属盐类、酸碱类、醛类等。 2.干扰细菌酶系统和代谢，破坏蛋白和核酸基团。如氧化剂、重金属盐类。 3.损伤细菌细胞膜，降低菌细胞的表面张力并加其通透 性，胞外液体内渗，致使细胞破裂。 如酚类表面活性剂、脂溶剂等。如酚类表面活性剂、脂溶剂等。,（二）消毒剂的分类 1.高效消毒剂：杀灭所有种类的微生物。 2.中效消毒剂：杀灭除细菌芽孢以外的微生物，包括TB在内的细菌繁殖体，有包膜病毒和部分真菌。 3.低效消毒剂：杀灭大多数细菌繁殖体和有包膜病毒，对真菌也有一定作用，但不能杀灭TB和亲水性病毒。,四、消毒灭菌的运用,医疗器械物

15、品(快速周转器械) 室内空气 手/皮肤 粘膜 病人排泄物与分泌物 病人污染物 饮水 环境,根据不同的目的选用不同的消毒灭菌方法,微生物的种类 微生物的生理状态 微生物的数量 消毒剂的化学性质、浓度作用、时间 环境温度 酸碱度 有机物,五. 影响消毒灭菌效果的因素,D 值(Decimal reduction velue)： 在一定的条件下杀灭90%微生物所需要的时间。D值越大，作用越慢。,附录 病原微生物实验室生物安全,生物安全(biosafety),广义概念：与生物有关的各种因素对社会、经济、人来健康及生态环境产生的危害或潜在风险。 狭义概念：现代生物技术研究、开发、应用及转基因生物可能对生物

16、多样性、生态环境和人类健康产生的潜在危害。 病原微生物学实验室生物安全的核心是保护操作人员、防止病原微生物防扩散至外环境。,一、病原微生物危害程度分类,类： 指能够引起人类或者动物非常严重疾病的微生物，以及我国尚未发现或者已经宣布消灭的微生物。 主要包括29种病毒，如克里米亚-刚果出血热病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、猴痘病毒等。 目前尚无疫苗可预防。,类： 指能够引起人类或者动物严重疾病，比较容易直接或者间接在人与人、动物与人、动物与动物间传播的微生物。 主要包括51种病毒，朊粒，10种细菌，4种真菌。如汉坦病毒、HIV、高致病性禽流感病毒、炭疽芽胞杆菌、结核分枝杆菌、霍乱弧菌等。 部分已有疫

17、苗可用。 类和类病原微生物又被称为高致病性病原微生物。,类： 指能够引起人类或者动物疾病，但一般情况下对人、动物或者环境不构成严重危害的微生物。 人类已经有了可行的治疗和预防措施。 类： 指在通常情况下不会引起人类或者动物疾病的微生物。,二 、病原微生物实验室的分级,生物安全防护水平(biosafety level，BSL)： 代表了从事体外(in vitro)操作生物因子的实验室的相应生物安全防护水平。 在BSL-1和BSL-2实验室内不得从事高致病性病原微生物实验活动。 在BSL-3和BSL-4实验室才能从事高致病性病原微生物的实验活动。,BSL-1实验室: 处理对象为对人类、动、植物危害

18、低，不具有对正常人、动植物致病的微生物。 无需特殊选址，普通建筑结构即可，但要有防止节肢动物和啮齿类动物进入的设计或装置。实验室的墙面、地面应可以清洗、消毒。室内安装有洗手池。 BSL-2实验室: 处理对象为中等危害或潜在致病，对正常人、动植物不造成严重危害可有效防治。 条件与要求同BSL-1实验室，但要求配备高压灭菌设备，专用焚烧炉、应急喷淋设备。工作人员要求着专用工作服，戴乳胶手套操作。操作应在生物安全柜内进行。,BSL-3实验室：处理对象为对人、动、植物高度危险性， 通过气溶胶传播，造成严重疾病甚至死亡，有防治措施。 建筑物中的可隔离区域或独立建筑物；污染区应设有安全门。实验室的内部表面

19、可清洗，消毒。门、窗均应采用气密或水密设计。出口处要有明显发光标志。 要有独立的负压保护通风系统。污染区内气压与生物安全柜内的气压也应保持稳定的压差，以防止柜内空气泄漏到污染区环境中。 污染区、半污染区内不得安装独立的空调、电扇等。 污染区与半污染区出口处设自动供水的洗手设备。下水道通往独立的消毒系统。 配备双电路应急系统。,BSL-4实验室：高度危险性或传播途径不明或未知致病因子。无有效防治措施。 远离人口密集地区独立建筑物，周围有封闭的安全隔离带。布局与BSL- 3实验室基本相同，但排风装置必须双重过滤。气流及压力梯度的要求同BSL-3实验室。 污染区和半污染区之间有化学消毒喷淋装置。工作

20、完毕后用此装置对正压防护服表面进行消毒。 进入实验室的工作人员穿着正压防护服，其供气装置可保证工作服内气压相对于外环境为持续正压，并配有应急供气罐和双电源。 混合型BSL- 4实验室属于最高防护级别，即在前述条件基础上，同时使用级生物安全柜和正压防护服。,典型的一级生物安全水平实验室（图片由CUH2A，Princeton，NJ，USA 提供）,典型的二级生物安全水平实验室（图片由CUH2A，Princeton， NJ，USA 提供）。在生物安全柜中进行可能发生气溶胶的操作程序。 门保持关闭并贴上适当的危险标志。潜在被污染的废弃物同普通废弃物隔开。,典型的三级生物安全水平实验室（图片由CUH2A，Princeton，NJ，USA 提供）。 实验室与公共通道分开并通过缓冲间或气锁室进入。处理废弃物前，在实验室内先进行高压灭菌以清除污染。应有非手控的水槽。形成向内气流而且涉及感染性材料的全部工作应在生物安全柜中进行。,个人生物安全防护装备,防护服 ：材质应致密但维持一定的透气性。对于可能以液态溅射污染的危险物质，还应加穿防水的围裙或长罩服。 面部防护： 应采用安全护目镜、防护面罩或其他防护装置。 手套：最常用的是乳胶手套，应无破损，可覆盖防护服的袖口，为实验室专用，用后消毒再摘下，最后作安全处理。 呼