第1章微生物的分子分类

分子微生物学课时：32学时授课方式：讲授+读书报告＋讨论参考书：《分子微生物学前沿》饶贤才等，科学出版社，2013分子微生物学从分子水平上研究微生物生命现象物质基础的学科重点研究微生物细胞成分的物理、化学性质/变化，以及这些性质/变化与生命现象的相互关系e.g.遗传信息传递；基因结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能；细胞信号转导等微生物学：在分子、细胞或群体水平上研究微小生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学从分子水平上认识微生物个体和微生物群体分子生物学研究范围：核酸、蛋白质等分子形态、结构特征及规律性和相互关系研究范围：从分子水平上研究微生物生命现象物质基础（新进展、方法、研究手段及应用）分子微生物学免疫系统及与宿主相互作用对抗不利环境的分子原理膜囊泡和细菌纳管系统新的细菌毒力因子及鉴别应对外源有害物入侵的进化策略基因水平转移机制及安全性群体感应作用机制和原理生物钟、生物波及作用机制微生物交流群体行为微生物分类、鉴定、命名资源多样性分子微生物学分子微生物学—各章节内容和重点第1章微生物的分子分类、鉴定与命名重点：微生物分类依据、方法、细菌鉴定步骤和方案第3章细菌免疫系统及与宿主的相互作用（读书报告）重点：细菌免疫系统分类及群落与宿主免疫系统的关系第章细菌膜囊泡与纳管系统及其生物学意义重点：细菌膜囊泡组成、纳管功能及生物学意义第4章微生物对抗不利环境的分子基础重点：微生物对抗不利因子的分子机制分子微生物学—各章节重点第6章微生物群体感应系统及其应用重点：群体感应系统的分子机制及生物效应第7章微生物基因水平转移及其环境意义重点：水平基因转移方式、机制及在生物进化的应用第8章微生物生物钟、生物波及其调控机制（读书报告）重点：生物钟及生物波的分子调控机制第5章新的细菌毒力因子及其鉴别（读书报告）重点：新毒力因子的鉴定方法第一章微生物的分子分类、鉴定与命名课时：4学时授课方式：讲授＋讨论授课教师：王爱杰开课时间：2014年秋季学期主要内容细菌分类的研究历史细菌分类的依据和方法细菌的分类系统构成微生物的鉴定步骤与方案命名方法、参考菌株微生物的保存方法细菌分类研究历史17世纪：列文虎克－显微镜观察微生物，描述微生物的形态18世纪：林奈－“分类学之父”,《自然系统》,动物界---纤毛虫纲---微生物19世纪：科赫－四个族：球菌族，微杆菌族，丝状细菌族，螺旋杆菌族－族下为属－发明固体培养基，建立纯培养方法20世纪－Orla-Jensen：结合代谢进行细菌的分类－Robert-Buchanan：综合形态、染色反应、营养要求、生理生化以及病原性特征－《伯杰鉴定细菌学手册》《伯杰系统细菌学手册》－J.Watson&F.Crick---DNA双螺旋结构模型－Woese---三域学说细菌分类的依据和方法微生物亲缘关系安排成条理清楚的各种分类单元或分类群分类（classification）鉴定（identification）命名（nomenclature）鉴于微生物形体微小、结构较简单等特点，微生物分类和鉴定除了采用传统的形态学、生理学和生态学特征之外，还需寻找新的特征微生物分类(MicrobialTaxonomy)微生物分类鉴定依据七级分类单元界Kingdom(Regnum)门Phylum(phybum)纲Class(Classis)目Order(Ordo)科Family(Familia)属Gennus(Genus)种Species(Species)细菌分类的依据和方法经典分类鉴定依据微生物的形态学特征形态学特征被用作微生物分类和鉴定的重要依据--易于观察和比较，尤其特殊形态结构的细菌--形态学特征具有相对的稳定性－固体培养菌落特征：大小、侧面隆起、光泽、粘稠、颜色、边缘、表面状况、质地、水溶性色素（粘质沙雷氏菌产红色或紫红色色素）等－半固体培养特征：明胶液化、鞭毛运动情况－液体培养特征：表面菌膜、混浊，底部沉淀细菌分类的依据和方法微生物的形态学特征—-培养特征典型的微生物菌落特征细菌分类的依据和方法半固体培养基菌膜菌沉淀均匀浑浊对照液体培养基粘液型菌落固体培养基细菌分类的依据和方法微生物的形态学特征—-培养特征硫粒、异染颗粒、伴孢晶体、PHB、气泡等微生物的形态学特征—-细胞形态细菌分类的依据和方法形态：球形、杆状、弧形、螺旋形、丝状、分枝及特殊形状大小：其中最重要的是细胞的宽度或直径排列：单个、成对、成链或其他特殊排列方式鞭毛、芽孢、荚膜（糖被）、菌胶团孢子：形状、大小、颜色、着生位置、数量及排列细胞附属物：如柄、丝状物、鞘、异形胞等超微结构：壁、内膜系统、放线菌孢子表面特征等微生物的形态学特征—-特殊细胞结构微生物的形态学特征—-细胞内含物球菌，有鞭毛碳纤维上的杆菌内含磁性颗粒的各种形态的细菌细菌分类的依据和方法胞外形成的生物硫微生物合成的纳米钯（胞外）Electrochemicalactivebiofilmin-situsynthesizePdPotential/VvsSHE-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.4Current/mA-0.4-0.20.00.20.4BareBioBiofilm-Pd1Biofilm-Pd2Biofilm-Pd3Biofilm-Pd4Biofilm-Pd5Potential/VvsSHE-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.4Current/mA-0.4-0.20.00.20.4BareBiofilm-Pd1Biofilm-Pd2Biofilm-Pd3Biofilm-Pd4Biofilm-Pd5Geobactersp.Biofilmformation PdHydrogenevolutionNitrobenzeneReductionBio-Pdsynthesis&catalyticactivityPdnanoparticleswerewelldistributedonGeobacterbiofilmandshowedexcellentcatalyticactivityforhydrogenevolutionandNBreduction细菌分类的依据和方法Electrochemicalactivebiofilmin-suitsynthesizePdLikelycausedbyenhancedextracellularelectrontransferbyelectrodeprioraselectronacceptor Potential/VvsSHE-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.4Current/mA-0.4-0.20.00.20.4BareBioSPdDSPd1DSPd2BarePdBiofil-PdTime/h0123456Current/mA-0.10-0.08-0.06-0.04-0.020.00BareBioSPdDSPd1DSPd2BarePdBiofilm-PdBiofilm-PdSuspension-PdBiofilm-PdSuspension-PdCV:NBreductioni-t:NBreductionEa=-0.3VAveragePd:16%AveragePd:85%Biofilm-Pdvssuspension-Pd•DensePddistribution•Mostlyextracellular•Muchhighercatalyticactivity细菌分类的依据和方法微生物合成的纳米钯（胞外）鞭毛泳动、滑行、螺旋体运动方式革兰氏染色依赖鞭毛泳动细菌分类的依据和方法微生物的形态学特征—-染色反应革兰氏染色、抗酸性染色抗酸性染色：分枝杆菌属或诺卡氏菌属的一些菌，普通方法染不上色，须加温或长时间染色，染色后细胞用酸或碱处理不能脱色，把具有此性质的细菌称为抗酸性细菌微生物的形态学特征—-运动性生理生化特征与微生物酶及其调节蛋白的本质（活性）直接相关对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接比较测定生理生化特征比直接分析基因组要容易大量原核生物的属和种，仅根据形态学特征难以区分和鉴别是医学上或其他应用领域中重要细菌分类鉴定的主要依据细菌分类的依据和方法微生物的生理生化特征碳源利用：对多种单糖、双糖、多糖、醇类、有机酸等的利用氮源利用：对蛋白质、蛋白胨、氨基酸、含氮无机盐、N2等的利用代谢产物测定：是否产酸产气、是否分解色氨酸产酸吲哚、是否分解糖类、能否进行硝酸盐还原牛乳鉴定细菌分类的依据和方法微生物的生理生化特征氧的要求：好氧、微好氧、厌氧及兼性厌氧温度的适应性：最低、最适、最高、产物积累温度、致死温度pH的适应性：在一定pH条件下的生长能力及生长的pH范围（肠道细菌较宽；血液寄生微生物较窄，因循环系统pH一般稳定在7.3）与宿主关系：共生、寄生、致病性等温度细菌分类的依据和方法微生物的生态学特征细菌细胞和病毒等都含有抗原性物质，不同微生物的抗原性物质结构不同，抗原特征也不同。常借助特异性血清学反应来确定未知菌种、亚种或菌株通常对全细胞或者细胞壁、鞭毛、荚膜或粘液层的抗原性进行分析比较某些传染病与特定的血清型密切相关，血清学试验被广泛用于微生物分类鉴定，比较成功的应用是对种内（以及个别属内）不同菌株血清型的划分血清学反应细菌分类的依据和方法血清学反应与噬菌体分型凝集反应颗粒性抗原（如细菌、红血球）或吸附在乳胶、白陶土、离子交换树脂和红细胞的抗原与其特异性抗体结合后，在有电介质存在时，凝聚成肉眼可见的凝集小块血清学反应细菌分类的依据和方法血清学反应与噬菌体分型在原核生物中已普遍发现相应种类的噬菌体。噬菌体对宿主的感染和裂解作用具有高度的特异性，根据宿主范围可将细菌分为不同噬菌型，并利用噬菌体裂解作用的特异性进行细菌鉴定应用：－鼠疫耶尔森氏菌(Yersiniapestis)噬菌体可用于该菌的鉴定－在金黄色葡萄球菌引起的流行病调查中，噬菌体分型也发挥了作用－在工业生产中，噬菌体分型对防止噬菌体危害也有指导意义。噬菌体分型细菌分类的依据和方法血清学反应与噬菌体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，因此可用于未知细菌的鉴定和分型噬菌体分型细菌分类的依据和方法血清学反应与噬菌体分型API细菌数值鉴定系统:AnalytabProductsInc.的缩写，如法国生物-梅里埃集团的API/ATB，有750种反应，可鉴定几乎所有常见细菌Enterotube系统：可进行葡萄糖产酸产气、赖氨酸和鸟氨酸脱羧酶等15种试验Biolog全自动细菌鉴定系统：美国Biolog公司开发，可鉴定细菌、酵母、真菌在内的2000多种微生物优点：微量、操作简便、快速或自动化鉴定技术细菌分类的依据和方法数值鉴定的依据API细菌数值鉴定系统:分隔室由相连通的小管和小杯组成，各小管中含不同的脱水培养基、试剂，或底物等，每一分隔室可进行一种生化反应，个别分隔室可进行两种反应细菌分类的依据和方法数值鉴定的依据API细菌数值鉴定系统细菌分类的依据和方法数值鉴定的依据Enterotube系统：鉴定卡是由带有12个分隔室的一根塑料管组成，每个分隔室内装有不同的培养基琼脂斜面，能检验微生物的15种生理生化反应，一根接种丝穿过全部分隔室的各种培养基，并在塑料管的两端突出，被两个塑料帽盖着细菌分类的依据和方法数值鉴定的依据Enterotube系统鉴定未知菌时，将塑料管的两端帽子移去，用接种丝一端的突出尖端接触平板上待鉴定的菌落中心，然后在另一端拉出接种丝，通过全部分隔室，使所有培养基都被接种，再将一段接种丝插回到4个分隔室的培养基中，以保持其还原或厌氧条件细菌分类的依据和方法数值鉴定的依据Biolog全自动细菌鉴定系统：不同细菌会利用不同种类的碳源（或氮源）进行新陈代谢，在反应体系中加入指示剂（TTC，无色的氧化型转变为紫色的还原型），根据反应的阴阳性得到某一细菌的反应图谱鉴定菌种数量：＞2000种鉴定菌种