第1章 细菌的形态与结构-胡.ppt

1、主讲教师：胡四海,MEDICAL MICROBIOLGY 医学微生物学,Department of Microbiology and Immunology，College of medicine,第一篇 细菌学,1. 广义细菌：,Bacteria, mycoplasmas, chlamydiae, rickettsiae, spirochete, actinomyces.,狭义细菌： Bacteria,专指其中数量最大、种类最多、 具有典型代表性的细菌。 有细胞壁和原始核质、无核仁和核膜、除核糖体外无其他细胞器。,第1章 细菌的形态与结构,Chapter1 Bacterial shape an

2、d structure,80个杆菌肩并肩,总宽度=1根头发丝的宽度,第一节 细菌的大小与形态,一、细菌的大小与形态 大小:,测量单位：m(微米)，油镜观察,Bacterial size and shape,基本形态：球菌；杆菌；螺形菌,球 菌（coccus）,脑膜炎奈瑟菌 双球菌,链球菌 (streptococcus),葡萄球菌 (straphylococcus),四叠球菌,八联球菌,杆菌（bacillus）,多数呈直杆状,双歧杆菌,棒状杆菌,分枝杆菌,链杆菌/ 炭疽杆菌,螺形菌（spiral bacterium）,弧菌,螺菌,螺杆菌,细菌基本结构 Essential structures 细

3、胞壁 cell wall 细胞膜 cell membrane 细胞质 cytoplasm 核质 nuclear material 细菌特殊结构 荚膜 capsule 鞭毛 flagella 菌毛 pili 芽胞 spore,第二节 细菌的结构 Structure of Bacteria,Gram negative bacteria , G-菌,Gram stain(革兰染色),Gram positive bacteria, G+菌,一、细菌的基本结构： Essential structures,(一) 细胞壁 Cell wall,1.肽聚糖 peptidoglycan,革兰阳性菌肽聚糖 聚糖骨

4、架 四肽侧链 五肽交联桥,* 聚糖骨架：,G：N-乙酰葡糖胺,M：N-乙酰胞壁酸（原核生物特有的己糖）,（溶菌酶裂解1，4糖苷键）,* 四肽侧链 ：按L型与D型交替方式连接,G,M,a: L-Ala(丙氨酸）,b: D-Glu（谷氨酸）,c: L-Lys（赖氨酸）,d: D-Ala,金黄色葡萄球菌(G+)细胞壁的肽聚糖结构,G：N-乙酰葡糖胺,M：N-乙酰胞壁酸,X：甘氨酸五肽交联桥,1550层，构成机械强度十分坚韧的三维立体结构,抑制四肽侧链与五肽桥的连接,革兰阴性菌肽聚糖结构 聚糖骨架 四肽侧链,特点： * 仅12层，含量低（约占细胞壁总重的10%），机械强度低 * 没有五肽交联桥，故只形

5、成单层平面网络的二维结构,2.磷壁酸(teichoic acid)：+菌特有成分 膜磷壁酸/脂磷壁酸(lipoteichoic acid，LTA) 与细胞膜外层的糖脂结合 壁磷壁酸 与细胞壁上N-乙酰胞壁酸结合,3、外膜 (outer membrane)：-菌特有成分 位于G-菌最外层，是细胞壁主要成分 结构： 脂多糖 脂质双层 脂蛋白,细胞膜与外膜脂质双层间的空隙，含多种水解酶,(1)脂多糖（ lipopolysaccharide, LPS ）,结构 脂质A（lipid A） 内毒素毒性和生物学活性中心 核心多糖 有属特异性 特异多糖 是革兰阴性菌的菌体抗原/O抗原 具有种特异性,（2）脂质

6、双层： 类似于细胞膜结构，双层内镶嵌着多种蛋白质称为外膜蛋白 （3）脂蛋白： 位于肽聚糖和脂质双层之间，稳定外膜,4.细胞壁的功能 Functions of Cell Wall,维持菌体固有形态，承受细胞内高渗透压525个大气压; 参与菌体内外的物质交换; 带有多种抗原表位，可以诱发机体的免疫应答; 细胞壁的某些成分与细菌致病性有关： 乙链（G+菌）M蛋白与LTA结合，介导菌体与宿主细胞的粘附； 外膜是G-菌的一种保护性屏障：抵抗体液杀菌物质、抗菌药物等 LPS（内毒素）是G-菌的重要致病物质,5.细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）,概念：细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑

7、制，这种细胞壁受损的细菌在高渗环境下仍可存活者称为细菌细胞壁缺陷型。 诱因： 溶菌酶、青霉素、溶葡萄球菌素、抗体、补体 、胆汁等 形成：体内/体外，人工诱导/自然形成,原生质体(protoplast)：革兰阳性菌细胞壁缺失后，原生质仅被一层细胞膜包绕，称为原生质体 。即 G+菌L型 原生质球 (spheroplast)：革兰阴性菌肽聚糖受损后，还有外膜保护，称为原生质球 。 即G-菌L型,原生质体,原生质球,特点： 形态：高度多形性 染色： G- 培养： 高渗低琼脂含血清培基荷包蛋样细小菌落（生长缓慢）,A.葡萄球菌的L型 B.葡萄球菌L型回复后,A. 原细菌型菌落 B. 荷包蛋样L型菌落 C

8、. 颗粒型L型菌落 D. 丝状L型菌落,特点： 诱发因素除去后，有些L型可回复为原菌 某些L型细菌仍有一定的致病力，常引起慢性感染（如：尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等） 常在使用作用于细胞壁的抗菌药物（-内酰胺类抗生素等）治疗过程中发生 临床上遇有症状明显而标本常规细菌培养阴性者，应考虑L型细菌感染的可能，更换抗菌药物并作L型细菌的专门分离培养。,（二）细胞膜 cell membrane/cytoplasmic membrane,功能 物质转运 呼吸和分泌：细胞色素及组成呼吸链的酶类； G菌合成蛋白质的分泌系统 生物合成：含多种酶类，参与细胞结构/肽聚糖、鞭毛、荚膜合成 参与细菌分裂：中介体,组

9、成：脂质双层，蛋白质（无胆固醇）,中介体（mesosome） 细胞膜内陷、折叠形成的囊状物，多见于G+菌 功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体,cell membrane,白喉棒状杆菌的中介体，透射电镜130,000,（三）细胞质 cytoplasm,1.定义：细胞膜包裹的溶胶状物质，或称原生质 2.主要内容物: 核糖体 (ribosome) 质粒 (plasmid) 胞质颗粒/内含物 (inclusion),cytoplasm,核糖体（ribosome）：RNA和蛋白质组成 沉降系数：70s 50s+30s （真核生物为80s）,红霉素,链霉素,细菌核糖体(电镜照片),质粒(plas

10、mid)： 染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。 为闭合环状的双链DNA，控制细菌某些特定的 遗传特性,cytoplasm,特性： 自行复制 随细菌分裂到子代细胞,质粒(电镜照片),异染颗粒(metachromatic granule) 大多为贮藏的营养物质。其中主要成分是RNA和多偏磷酸盐嗜碱性强，常见于白喉棒状杆菌,胞质颗粒(cytoplasmic granules),cytoplasm,（四）核质 nuclear material,特点： 原始核（无核膜、核仁和有丝分裂器） 为单倍体 分裂时有完全相同的多拷贝 由环状DNA构成超螺旋结构 与真核细胞的染色体功能相似 （故核质又称：细菌染色

11、体）,拟核/细菌染色体,肺炎链球菌,二、细菌特殊结构 Particular structures,荚膜（capsule） 定义： 某些细菌在其细胞壁外包绕一层粘液性物质。 0.2m 荚膜 0.2m 微荚膜 如：伤寒沙门菌的Vi抗原 大肠埃希菌的K抗原 边界不明显易被洗脱者黏液层 荚膜和黏液层称为糖萼,荚膜的形成,营养丰富的培养基（含糖、血清）/动物体内 有荚膜菌形成粘液型（M）、光滑型（S）菌落 失去荚膜后菌落变为粗糙型（R）,1.化学组成： 多数细菌：多糖 少数细菌：多肽（炭疽杆菌）、透明质酸（链球菌） 荚膜肿胀反应细菌分型/鉴定 染色：墨汁负染、特殊染色法,capsule,2. 荚膜的功能

12、：,抗吞噬作用：能抵抗宿主吞噬细胞的吞噬及消化作用， 是病原菌的重要毒力因子 如：肺炎链球菌有荚膜菌株，几个菌就可致实验小鼠死亡，而无荚膜菌株则需上亿个菌。 粘附作用：荚膜多糖可使细菌彼此相互粘附，也可粘附于组织细胞或无生命物体表面，形成生物被膜（biofilm）,是引起感染的重要因素,荚膜菌株在住院患者的各种导管内粘附定植，是引起医院内感染的重要因素。,变异链球菌依靠荚膜黏附在牙齿表面，利用口腔中的蔗糖产生大量乳酸，积聚在附着部位，导致牙齿珐琅质的破坏，形成龋齿。,抗有害物质的损伤作用 ：荚膜位于细菌细胞的最外层，保护菌体避免或减少受溶菌酶、补体、抗体、抗菌药物等有害物质的损伤。 结论：有荚

13、膜的细菌致病力强,鞭 毛 flagellum,1.定义 许多细菌菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物。,2.化学组成：蛋白质； 鞭毛（H）抗原,观察：电镜 特殊染色法（使鞭毛增粗后用光镜观察）。,鞭毛的分类,单毛菌,双毛菌,丛毛菌,周毛菌,细菌分类鉴定的重要指标；所有弧菌和螺菌都有鞭毛,伤寒沙门菌的鞭毛,（鞭毛染色1900),破伤风梭菌的周身鞭毛(16000，透射电镜),细菌鞭毛的类型,鞭毛的结构 基础小体 钩状体 丝状体,鞭毛丝,鞭毛钩,鞭毛杆,外膜,肽聚糖层,细胞质膜,革兰阴性菌,革兰阳性菌,基 体,flagellum,鞭毛的功能 运动器官 有些细菌的鞭毛与致病性有关： 霍乱弧菌、空肠弯曲菌

14、 细菌鉴定和分类： 鞭毛的有无、数量、部位、H抗原特异性,菌 毛 pilin,许多G菌 和少数G菌 菌体表面存在着一种直的比鞭毛更细、更短的丝状物菌毛 与运动无关 为蛋白质 须用电镜观察,1、普通菌毛（ordinarypilus） 遍布细菌细胞表面，数目可达数百根,大肠杆菌菌毛 （电镜44780）,粘附结构，与细菌致病性密切相关 细菌借此与宿主呼吸道、消化道或泌尿道黏膜细胞表面的相应受体结合，侵入宿主细胞引起感染。 细菌的这种粘附作用可抵抗肠蠕动或尿液的冲洗而有利于细菌定植，一旦失去菌毛，其致病力亦随之消失。 菌毛受体：糖蛋白或糖脂与菌毛结合的特异性 决定了对宿主感染的易感部位 编码基因：质粒

15、或染色体,2、性菌毛（sex pilus） 仅见于少数G菌 比普通菌毛长而粗，中空呈管状，仅有14根 由F因子(致育因子) /质粒编码 有性菌毛的称为雄性菌（F+菌） 无性菌毛的称为雌性菌（F菌） 通过性菌毛以接合的方式传递遗传物质/特性：耐药性、毒力,大肠埃希菌的普通菌毛和性菌毛,（透射电镜 42500),芽 胞 spore,定义 某些细菌在一定环境条件下，胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个圆形或卵圆形的小体，是细菌的休眠形式，称为芽胞。,1、芽胞的形成与发芽 形成受遗传因素的控制 受环境因素影响： 营养缺乏启动芽胞形成基因 芽胞可发芽形成新的菌体 一个细菌只能形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生

16、成一个菌体芽胞不是细菌的繁殖方式 繁殖体：未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体,芽胞的形态、大小和位置,破伤风梭菌,* 芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别价值,2.医学意义 芽胞的抵抗力强：热、干燥、辐射、消毒剂 含吡啶二羧酸耐热 杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。 高压蒸汽灭菌法是杀灭芽胞最有效的方法 芽胞并不直接引起疾病,spore,芽胞的特点：,是细菌的休眠状态，保存有细菌全部生命活性。 对理化因素抵抗力强 芽胞可发芽，形成新的菌体： 一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只生成一个菌体芽胞不是细菌的繁殖方式。 芽胞是灭菌指标。,第三节 细菌形态与结构检查法,一、显微镜放大法 1、普通光学显微镜： 分辨率0.25m 油镜/1000倍 0.25 mm 2、电子显微镜： 放大数十万倍，分辨率1nm 观察微生物外形、结构 二、染色法： 单染法 复染法/鉴别染色法革兰染色法（最常用） 抗酸染色法,革兰氏染色法 原理：未完全阐明 G+和G-菌细胞壁结构的差异； 步骤： 涂片固定结晶紫初染碘液媒染95%酒精脱色复红复染