细菌毒力与致病性

基本概念•细菌致病性：在一定条件下，一定种类的细菌对一定的宿主致病的能力。（种属遗传特征）•病原菌：引起宿主机体发病的细菌。•毒力：病原菌致病能力的强弱程度。（菌株个体特征）宿主—微生物关系与致病过程世界许多地方的人们无法挑剔当地市场的卫生状况。苍蝇，老鼠，缺乏冷藏设施...这些会造成疾病传播吗？肯定会!如果你觉得下图中的水果很脏，那么你真该去看看那些鱼摊和肉摊~~面对这些明显的污染，然而并不是每个人都会被感染。确实，有一些人会因此生病，这也是造成发展中国家居民平均寿命低的原因之一。发生感染的可能性就像是用来称量的托盘天平，天平的两端分别是机体的抵抗力和微生物的致病力。宿主—微生物关系共生（symbiosis）是指两种或两种以上的物种的种间关系。包括互利共生（mutualism）与偏利共生（commensalism）前者是共同生活两个物种互相共存，缺此失彼都不能正常生存甚至死亡的一类种间关系。后者只是对其中一方生物体有益，却对另一方没有影响。寄生（parasitism）两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害。宿主为寄生物提供住所与营养，通常会影响宿主的正常生活甚至导致宿主死亡。“大自然的本性就厌恶任何生物独占世界的现象，所以地球上绝对不会有单独存在的生物。”——琳·马古利斯病原体：共生企图失败后的产物“然而，在现实生活中，即使在最坏的情况下，庞大的微生物世界对我们的兴趣也是相对较小，致病并不是它们的初衷，确实，从自然界中数目巨大的细菌来看，致病的概率非常之低，致病菌的种类非常之少，这是一种奇特的现象。疾病通常是为共生所做的谈判失败后引发的，是其中一方越过了边境线，是对边界的生物学误解”——刘易斯·托马斯，1974正常微生物群微生物与宿主在共同的演化历程中形成的的生态系。正常微生物群对宿主非但无害，而且有益，并且对宿主是必需的。公共卫生犰狳：麻风病的培养罐引起麻风病的微生物很难培养。曾经有人尝试过很多种培养方法，结果都不尽人意，直到有人试着将这种微生物接种到九节犰狳的爪垫中。人类感染麻风，在症状出现前可有长达30年的潜伏期。在用犰狳培养麻风杆菌前，一直无法验证第三条柯赫定理。使用犰狳培养麻风杆菌让我们证实了柯赫定理——麻风分枝杆菌是造成麻风病的病原菌。这种细菌是由Hansen在1878年发现，它是第一个被分离的感染性致病微生物，也是最后才被证实符合科赫定理的病原菌。公共卫生细菌致病性的确定依据经典柯赫法则：1、病原菌应在同一疾病中查出，而健康者不存在。2、病原菌能够体外获得纯培养。3、此纯培养物接种易感动物能导致相同的病症。4、自感染动物体内能重新分离到该病原菌的纯培养。现代基因水平的科赫法则：1、在致病菌中检出某些基因或其产物，而无毒力菌株中无。2、毒力菌株的某个基因被损害，则毒株的毒力应减弱或消除，或者将此基因插入到无毒力菌株中，表现为有毒力菌株特性。3、将细菌接种动物时，该基因应在感染的过程得到表达。4、在接种动物检测到该基因表达产物的抗体或产生免疫保护。衡量毒力的指标•MLD:能使特定的动物在感染后一定时限内发生死亡的最小活微生物量或毒素量。•LD50：能使实验动物在感染后一定时限内发生半数死亡的活微生物量或毒素量。•MID:能引起特定实验动物感染的最小活菌量。•ID50：能引起半数实验动物感染的最小活菌量。毒力侵袭力毒素病原菌的致病因素是指病原菌突破机体防御功能，在机体内定居、繁殖和扩散的能力。是细菌在代谢过程中合成的有毒性作用的产物。粘附素荚膜和微荚膜侵袭性酶外毒素内毒素侵入数量侵入途径构成病原菌毒力的因素•【侵袭力】指病原性细菌突破机体的防卫屏障，在体内生长、繁殖、扩散的能力。侵袭性酶：属胞外酶,本身无毒性作用,但可破坏机体内的一些组织结构,从而在感染过程中协助病原菌在侵入机体后抗吞噬或扩散。粘附素:菌体表面具有粘附功能的结构成分。Ⅲ型分泌系统：许多G-病原菌毒力因子与此分泌系统有关。通过病原菌与宿主细胞接触，这一系统得以启动，具有接触介导的特征。启动后细菌分泌与毒力有关的多种蛋白质直接进入宿主细胞胞浆，发挥毒性作用。Ⅲ型分泌系统通常由30~40kb大小的基因组编码，以毒力岛的形式存在于细菌的大质粒或拟核区DNA。已确定具有Ⅲ型分泌系统的细菌有沙门氏菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌等。•粘附素：分为菌毛和非菌毛粘附物质。•菌毛•菌毛主要存在于革兰阴性菌，不同的细菌有不同的菌毛。细菌菌毛通过与宿主表面相应受体相互作用使细菌吸附于细胞表面而定居，故有些菌毛又称定居因子（colonizationfactor）。菌毛的粘附作用具有选择性，这与宿主细胞表面的特殊受体有关。•非菌毛粘附物质•某些外膜蛋白与膜磷壁酸。如A群链球菌的膜磷壁酸（LTA）等，它们也与宿主细胞膜上相应受体结合使细菌附于细胞。•致病机理：•①借助粘附，激活被粘附细胞的信号传导系统，使其不同程度释放不同种类的细胞因子，导致炎性反应性损伤。•②某些粘附因子与宿主细胞受体作用，激活细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD），引起细胞凋亡（apoptosis）。•炎性损伤和细胞凋亡有利于细菌生长、繁殖和扩散。其他细菌分泌系统除了Ⅲ型分泌系统之外，现阶段研究比较清楚的还有革兰阴性菌的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ型分泌系统。Ⅰ型分泌系统可将细菌分泌蛋白直接从胞浆送达细胞表面，如大肠杆菌溶血素。Ⅱ型分泌系统则是细菌将蛋白质分泌到周质间隙，经切割加工后通过微孔道蛋白穿越外膜分泌到细胞外。Ⅳ型分泌系统是一种主动运输系统，其分泌的蛋白质需剪切加工，而后形成一个孔道穿越外膜，分泌到细胞外。注：根据是否依赖信号肽(SignalSequence,Sec)的特点，可将其分为Sec依赖性和Sec不依赖性两类。Ⅰ、Ⅲ型分泌系统是Sec不依赖性,、Ⅱ、Ⅳ型分泌系统是Sec依赖性。实例：白喉棒状杆菌产生的白喉毒素通过作用于蛋白翻译系统而抑制蛋白合成,它可以诱导几种上皮细胞和骨髓细胞凋亡,运用基因突变手段已证明白喉毒素抑制蛋白合成是其诱导细胞凋亡所必需的。李斯特菌在体内外均可诱导肝细胞的凋亡,这是由李氏溶菌素O介导的,李氏溶菌素也是一类穿孔毒素,它可直接诱导细胞凋亡,该毒素基因突变后就不能诱导凋亡了。展望：1、进一步揭示细菌的致病机理以便于更好的预防和治疗各类细菌感染引起的疾病。2、未来可能通过基因工程改造某些细菌的相关特性制造工程菌，在肿瘤治疗和自体免疫疾病方面有所突破。（一）侵袭过程1.定殖（又称定居）黏附素2.干扰或逃避宿主的防御机制3.内化作用定义、意义4.在体内增殖5.在体内扩散胞外酶抗吞噬作用荚膜与微荚膜抗体液免疫机制透明质酸酶纤维蛋白酶血浆凝固酶卵磷脂酶作用胶原酶DNA酶•不与吞噬细胞接触•抑制吞噬细胞摄取•在吞噬细胞内生存•杀死或损伤吞噬细胞•抗原伪装或变异•分泌蛋白酶降解Ig•通过LPS、OPM、荚膜及S层逃避补体，抑制抗体•【毒素】细菌生命活动过程中产生的对宿主机体有毒性作用的化学物质。内毒素：革兰阴性菌细胞壁的结构成分。化学本质是脂多糖。外毒素：大多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌正常代谢产生并分泌到菌体外环境的一类毒性代谢产物。化学本质是蛋白质。（二）内毒素与外毒素的区别要点要点内毒素外毒素来源G－菌大多数G+及少数G－菌存在部位细胞壁成分，死亡崩解后释放胞浆内合成分泌至菌体外环境化学本质脂多糖蛋白质热稳定性耐热、80~100℃，1小时被破坏不耐热，60~80℃，30分钟破坏毒性作用较弱各菌的毒性效应大致相同致热，白细胞增多，微循环障碍休克，DIC等强对组织器官有选择性毒害效应引起特殊临床表现抗原性弱，能使机体产生保护性抗体尚未制成类内毒素强，能使机体产生抗毒素，可用甲醛脱毒成为类毒素检测方法鲎血试验及热原试验皮内试验、中和试验及动物试验鲎血试验鲎试剂是从栖生于海洋的节肢动物“鲎”的兰色血液中提取变形细胞溶解物，经低温冷冻干燥而成的生物试剂，专用于细菌内毒素检测。原理：血液及淋巴液中有一种有核的变形细胞，胞浆内有大量的致密颗粒，内含凝固酶及凝固蛋白原。当内毒素与鲎变形细胞冻融后的溶解物（鲎试剂）接触时，可激活凝固酶原，继而使可溶性的凝固蛋白原变成凝固蛋白而使鲎变形细胞冻融物呈凝胶状态。鲎血试验按方法分：凝胶法，用于定性分析，测定血液或其他样品中的微量内毒素。动态浊度法终点浊度法酶标仪或可见分光光度计进行定量分析动态显色法终点显色法（1）外毒素（Exotoxin）特性：（1）有菌种特异性。（2）毒性强。（3）作用具有高度的选择性。（4）良好的抗原性。（5）不耐热。（6）0.3%~0.4%甲醛作用下，可以脱毒成类毒素。（2）内毒素（Endotoxin）特性：（1）毒性较弱。（2）无特异致病作用。（3）抗原性弱。不能制成类毒素。（4）耐热。中毒表现基本相同：(A)发热反应(B)免疫调节作用(C)微循环损伤和休克外毒素的组成A亚单位：毒素活性中心，决定毒素的毒性效应B亚单位：结合单位，使毒素分子结合宿主细胞膜受体上，协助A亚单位穿过细胞膜外毒素的分类按细菌对宿主细胞的亲嗜性作用方式不同，可分成神经毒素（破伤风痉挛毒素、肉毒毒素等）、细胞毒素（白喉毒素、葡萄球菌毒性休克综合征毒素1、A群链球菌致热毒素等）和肠毒素（霍乱弧菌肠毒素、葡萄球菌肠毒素等）三类。•内毒素的组成脂质A是内毒素的主要毒性成分类型细菌外毒素疾病作用机制症状和体征神经毒素破伤风梭菌痉挛毒素破伤风阻断上下神经元间正常抑制性神经冲动传递骨骼肌强直肉毒梭菌肉毒毒素肉毒中毒抑制胆碱能运动神经释放乙酰胆碱肌肉松弛麻痹细胞毒素白喉杆菌白喉毒素白喉抑制细胞蛋白质合成肾上腺出血心肌损伤、外周神经麻痹葡萄球菌表皮剥脱毒素烫伤样皮肤综合征表皮与真皮脱离表皮剥脱性病变A型链球菌致热外毒素猩红热破坏毛细血管内皮细胞猩红热皮疹常见外毒素类型细菌外毒素疾病作用机制症状和体征肠毒素霍乱弧菌肠毒素霍乱激活肠黏膜腺苷环化酶,增高细胞内cAMP水平小肠上皮细胞内水分和Na+大量丢失、腹泻、呕吐产肠毒素大肠杆菌肠毒素腹泻不耐热肠毒素同霍乱肠毒素,耐热肠毒素使细胞内cGMP增高同霍乱肠毒素产气荚膜梭菌肠毒素食物中毒同霍乱肠毒素呕吐、腹泻金黄色葡萄球菌肠毒素食物中毒作用于呕吐中枢呕吐为主、腹泻人类在生产生活中的实践一、利用细菌毒力的相关性质或通过减毒处理制成疫苗抗毒素等其他药物治疗疾病，改善公共卫生状况，提高人类生存质量。二、利用细菌毒力的相关性质，制造生化武器用于战争及恐怖袭击。微生物毒力增强与减弱微生物的毒力--病原微生物所特有的一种生物学性状。自然条件，不同菌株，不同毒株不同条件，同一菌株，同一毒株流行初期毒力强，后期弱，经培养后毒力弱、感染后增强。•（一）增强微生物毒力的方法：•1.动物传代一只动物患病后将其体内的病原体传代到另一只易感健康动物体内，使其患病。如此重复若干次后，病原体的毒力会获得增强，但这个过程不会无限制的持续下去，微生物的毒力有其最大限度，接触的人群也可以获得免疫力。•猪丹毒—鸽子马鼻疽—海豚•猪瘟—猪•2.与其他微生物通过协同作用如魏氏梭菌与八叠球菌共生。•3.实验动物胸腔内置人工胶囊进行培养霍乱弧菌，胸膜肺炎支原体。•（二）减弱微生物毒力的方法病原体的毒力可以通过减毒处理而减轻，从而降低其致病能力。通过非易感动物传代培养或毒力转移获得。毒力转移是一种将正常宿主的病原体转移到新物种宿主，然后在新宿主的很多个体间连续转移，最终使这种病原体完全适应新宿主而不再对原宿主有害的实验技术。狂犬病毒在兔子间的不断转移使病毒不再对人类有致病力。因而能安全的用作人体疫苗。1882年巴斯德用这种方法制造狂犬疫苗，并在1885年救活了一个被疯狗咬得很厉害的9岁男孩，这个男孩日后成为了巴斯德研究所的守门人，在二战中为守卫实验室而死于纳粹枪下。•1．人工培养基上长期培养：菌毒种不同，减毒速度不一•2．在高于最适生长湿度下培养炭疽疫苗、鸡霍乱731•3．干燥处理•4．特殊培养基中培养：•①特殊化学物质甘油胆汁培养TBlctoviun——卡介苗•②特异抗血清、噬菌体、抗菌素•（三）保持微生物毒力的方法•1．低温保存•2．冷冻干燥肉毒杆菌产生