医学免疫学与微生物学辅导五

《医学免疫学与微生物学》辅导五第二篇医学微生物学概述【学习建议】这部分内容概括性地介绍了微生物和医学微生物学。它主要回答了什么是微生物、微生物有哪些共同特点、按结构不同可将微生物分为几大类型且每型各包括哪些具体的微生物种类等基本问题。同时还简单介绍了微生物与人类的关系、医学微生物学的研究范畴、以及学习医学微生物学的意义。学习这部分内容，需掌握微生物的基本概念、特点和种类；以及病原微生物、正常菌群、条件致病微生物的概念。熟悉微生物的分类及其与人类的关系，正常菌群对人体的益处，条件致病菌的致病条件。了解医学微生物学的研究范畴和学习本门课程的意义。【内容提要】一、微生物特点：1．个体微小：微生物一般指个体小于0.1μm的所有小生物,肉眼看不见,需借助显微镜才能观察到。微生物的测量单位是微米(1μm=1/1000mm)和纳米(1nm=1/1000μm)]。葡萄球菌的直径约1μm，在光学显微镜油镜头下放大1000倍看起来直径恰好是1mm。(链接：图1.葡萄球菌形态)2．结构简单：绝大多数微生物（除多细胞真菌）是单细胞生物，病毒甚至无细胞结构。3．繁殖迅速：如大肠埃希菌繁殖一代仅需20分钟左右。单个细菌虽然肉眼看不见，但经在人工培养基上培养18－24小时后可迅速长成一个肉眼可见的细菌集落称为菌落。（链接：图2.菌落）4．种类繁多，分布广泛：微生物的种类估计超过40万种，并广泛分布在土壤、水、空气和动植物及人体的体表及人体各种与外界相通的腔道如呼吸道、消化道和泌尿生殖道表面。(三)种类微生物按有无细胞结构及细胞结构的不同分为三类八种：1．真核细胞型微生物：如真菌。真核细胞有完整的细胞核，包括核膜、核仁和染色体；细胞浆里有细胞器，如线粒体、高尔基体、内质网等。2．原核细胞型微生物：包括“2菌4体”，即细菌、放线菌、螺旋体、支原体、衣原体和立克次体。3．非细胞型微生物：如病毒。病毒无细胞结构，仅由蛋白质包裹核酸组成，不能进行独立的新陈代谢，因此只能寄生在合适其生长的活细胞内生存。近年又发现了比病毒更小的感染因子，如类病毒和朊病毒。如引起疯牛病的感染因子即是一种朊病毒。二、微生物与人类的关系存在于正常人体表面以及与外界相通的腔道表面的一定种类和一定数量的微生物群。正常菌群在与人体之间和正常菌群之间保持平衡时，对人体有益。一旦平衡被打破，将转化为条件致病菌。细菌的形态结构与繁殖代谢【学习建议】第11章细菌的形态结构主要内容包括：细菌的大小和基本形态、基本结构和特殊结构、功能及其医学意义。第12章繁殖代谢主要内容包括：细菌生长繁殖所需的营养物质、培养条件及生长繁殖的方式和速度，以及细菌的代谢产物。通过学习这些章节，我们应掌握的重点和基本知识有：1.细菌的概念、基本形态、革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁构造的区别及其医学意义、细菌的特殊构造及其医学意义。2.细菌生长繁殖的方式、速度、细菌的合成代谢产物的种类和研究意义。应熟悉的基本知识有：1.细菌的测量单位、基本结构、革兰染色法。2.细菌的生长曲线分期及各期特点、细菌分解代谢产物的研究意义及常用检测方法。了解细菌的检查方法、人工培养细菌的基本条件和常用培养基。【重点难点】一.细菌的形态（一）细菌的基本形态1．球形－球菌：球菌呈球形，或类似球形。按其分裂后的排列特点可分为：（1）葡萄球菌（图1.葡萄球菌）。（2）链球菌（图2.链球菌）。（3）双球菌（图3.肺炎双球菌；图4.脑膜炎双球菌）。2．杆形―杆菌：各种杆菌的长短粗细差别很大，大多分散排列，如肠道杆菌（图5.肠道杆菌）。有些杆菌分裂后可以排列成字母状，如白喉杆菌（图6.白喉杆菌）。有些杆菌分裂后形成侧枝叫做分枝杆菌（图7.结核分枝杆菌）。有些杆菌可以呈链状排列，如炭疽杆菌（图8.炭疽杆菌）。3．螺形菌：螺形菌的菌体弯曲。分为：（1）弧菌：菌体只有一个弯曲，如霍乱弧菌（图9.霍乱弧菌）。（2）螺菌：菌体有多个弯曲或扭转，两端钝圆或尖细。螺菌和螺旋体不同，螺菌有坚韧的细胞壁。（3）弯曲菌：菌体呈螺旋状、S形或海鸥状。（图10.空肠弯曲菌电镜图）。三、细菌的结构（一）细菌的基本结构：基本结构指各种细菌必须具备的与生命活动密切相关的细胞结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质。细胞壁是重点。（图11.细菌结构示意图。）1．细胞壁：细胞壁是位于细菌最外面，紧贴在细胞膜外的一层结构，比较坚韧，有高度弹性。细胞壁的基本化学组成是肽聚糖。G+菌和G－菌细胞壁还含有各自独特的成份磷壁酸和外膜。G+菌和G－菌的细胞壁结构有很大不同，因此，使得这两类细菌对革兰染色的反应、对作用于细胞壁的抗生素的敏感性、以及两类细菌的致病性均有很大不同。（1）细胞壁的化学组成①基本成份―肽聚糖:是原核细胞生物特有的化学物质。由聚糖骨架、四肽侧链和肽桥或肽键(革兰阳性菌相邻聚糖骨架的四肽侧链通过五肽桥连接。葡萄球菌的五肽桥由五个甘氨酸组成。五肽桥的一端连在四肽侧链的第三位赖氨酸上，另一端连在相邻聚糖链上四肽侧链的第四位丙氨酸上，从而构成三维立体网状结构。青霉素、头孢菌素等可抑制五肽桥的连接。革兰阴性菌无五肽桥，相邻四肽侧链直接以肽键相连，构成二维片层结构。)组成。（图12.G+菌肽聚糖构造示意图。）②G+菌细胞壁特有的化学组成A.磷壁酸：分壁磷壁酸和膜磷壁酸，是G+菌细胞壁的特有物质，构成G+菌重要的表面抗原，与细菌分型有关。膜磷壁酸可以粘附宿主细胞，与细菌的致病性有关。B.表面蛋白：某些G+菌细胞壁表面的特殊蛋白，如链球菌的M蛋白，金黄色葡萄球菌的A蛋白（SPA），均与细菌的致病性有关。G+菌细胞壁的主要成分即由肽聚糖构成，可达到50层左右，占细胞壁干重的50%-80%。细胞壁的坚韧性主要与肽聚糖层有关。任何可以破坏肽聚糖结构或抑制肽聚糖合成的物质，如溶菌酶、青霉素、头孢菌素、万古霉素、杆菌肽等物质均可因干扰细菌细胞壁肽聚糖的合成而抑制或杀灭G+菌。人体细胞没有细胞壁，也不含肽聚糖，因此青霉素等抗生素对人体细胞无毒。③G－菌细胞壁特有的化学组成外膜:G－菌细胞壁肽聚糖含量较少，只有1-2层，只占细胞壁干重的5%-20%。因此，仅靠肽聚糖不足以保护G－细菌，甚至不能抵抗革兰染色时95%乙醇的渗入脱色。因此，必须依靠复杂的外膜来保护细菌。外膜由内向外依次又由脂蛋白、脂质双层和脂多糖组成。也有教科书将脂质双层称为外膜，那么，G－菌细胞壁的特有结构就包括脂蛋白、外膜和脂多糖。A．脂蛋白：由脂质和蛋白质构成。主要作用是连接脂质双层（外膜）并将其固定在肽聚糖层。B．脂质双层（外膜）：与细胞膜化学组成类似，与物质交换有关。C．脂多糖（LPS）：位于脂质双层外侧,是G－菌的内毒素，由内向外依次由脂类A、核心多糖和特异多糖组成。（2）细胞壁的功能①保护细菌。细菌细胞内由于浓集了大量营养物质和高浓度的无机盐，因此渗透压可以达到5-25个大气压，在外界相对低渗的环境中，如果没有坚韧的细胞壁保护，细菌细胞膜会破裂导致细菌死亡。②维持细菌的固有外形。如果以溶菌酶或低浓度青霉素抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成，可使细菌的细胞壁形成缺陷，原来的杆菌可以变为球形。细胞壁有缺陷的细菌也叫L型细菌，是细菌的一种变异现象。L型细菌在体内常常引起慢性感染。③参与物质交换。细胞壁上有许多微孔，允许水分子和小于1nm的小分子物质自由通过。④带有多种抗原决定簇。如磷壁酸是G+菌重要的表面抗原；特异多糖是G－菌重要的表面抗原。抗原的生物学意义主要有2点：A.在体内可刺激机体产生免疫应答，引起免疫保护或免疫损伤效应。B.在体外可以用来鉴别细菌、诊断细菌感染性疾病。⑤与细菌的致病性有关。如G+菌的膜磷壁酸可以粘附细胞；G－菌的内毒素可以引起机体发热、白细胞增多，甚至休克死亡。2．细胞膜：位于细胞壁内侧，是紧包在细胞质外面的一层柔软的、富有弹性和半渗透性的生物膜。和真核细胞膜类似，由脂质双层构成，膜里镶嵌着许多具有特殊功能的酶蛋白和载体蛋白。细胞膜是细菌赖以生存的重要结构。它的功能与真核细胞类似，主要有保护细菌、物质交换、生物合成等。3．细胞质：是细胞膜包裹的无色透明的溶胶状物质。(1)化学组成：主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类和无机盐。(2)内含物：细菌的细胞质里含有大量核糖体、胞浆颗粒以及质粒。①核蛋白体：又叫核糖体,是细菌合成蛋白质的场所。沉降系数与真核细胞不同，为70S，是抗生素的作用靶点。②质粒：是细菌染色体以外的遗传物质，由双股环状DNA构成。质粒不是细菌生存所必需的基因，但可编码细菌一些额外的有益于细菌的性状。质粒可在细菌间转移，这是细菌产生耐药性和毒力的重要机制之一。③胞浆颗粒：多数为细菌贮存的营养物质，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。与细菌鉴别有关的胞浆颗粒是异染颗粒。4．核质：由裸露的双股DNA盘绕组成，没有组蛋白包绕，也没有核膜包裹，因此叫核质，或称为拟核。（二）细菌的特殊构造：特殊结构不是所有细菌都具备，而是某些细菌所特有，一般都与细菌的致病性有关，同时可用于细菌的鉴定。1．芽胞：（1）概念：为某些革兰阳性菌如破伤风杆菌、肉毒杆菌等菌体内圆形或卵圆形的强折光性小体。芽胞是细菌在外界不利环境中所形成的有极强抵抗力的休眠体而不是繁殖结构。芽胞高度脱水，具有多层膜结构，在环境适宜时可发芽形成一个菌体。（2）医学意义：①芽胞可成为某些外源性感染的传染源，如破伤风。②芽胞高度耐热，灭菌应以杀灭芽胞为标准。2。荚膜：（1）概念：某些细菌如肺炎球菌在营养状况好时分泌的包饶在菌细胞表面的粘液状物质。荚膜可帮助细菌抵抗环境中不利因素，如体内吞噬细胞的吞噬杀灭作用。（2）医学意义：①抗吞噬作用，增强细菌的致病性。②细菌鉴定。通过血清学检测荚膜的抗原性，也可通过形态上的特征鉴定。荚膜一般不易着色，普通染色时可见到菌细胞周围有一个透明圈。3．鞭毛：（1）概念：某些弧菌、螺菌、和部分杆菌细胞壁表面的细长弯曲的蛋白丝状物,数量可以少到一根，也可以多到数百根。鞭毛是细菌的运动器官，构成细菌的H抗原。（2）医学意义：①某些细菌如霍乱弧菌的鞭毛可增强其致病性，帮助细菌穿过肠黏膜表面的粘液层,到达肠黏膜上皮细胞定居、繁殖而致病。②通过观察细菌的动力、检测H抗原等方法对细菌进行鉴定、分型。4．菌毛：（1）概念：某些细菌菌体表面由蛋白质构成的极其纤细的、短而直的丝状物。按功能分为普通菌毛和性菌毛。普通菌毛是细菌的黏附结构。性菌毛是细菌传递遗传物质的结构。（2）医学意义：①与细菌的致病性有关。如淋球菌依靠菌毛黏附在尿道上皮细胞表面，可抵抗尿液的冲刷在局部定居进而繁殖致病。②菌毛在电镜下才能观察。四、细菌的生长繁殖与代谢（一）熟悉人工培养细菌需提供的条件1．营养物质：（1）水。水是一切生命的源泉，菌细胞的含水量高达80％，所以配制培养基需用水，而保持干燥可有效防止细菌生长。（2）碳源。致病菌主要从各种糖中获取碳来合成细胞的原生质，并提供能量。（3）氮源。致病菌主要利用有机氮如氨基酸、蛋白胨获得氮源，用于合成菌细胞内的蛋白质、酶和核酸。（4）无机盐类,主要包括钾、钠、钙、镁、硫、磷、铁、氯等。（5）生长因子。2．合适的酸碱度：病原菌生长的最适pH值为pH7.2～7.6。结核杆菌为pH6.5～6.8时生长最好。霍乱弧菌在pH8.4～9.2时生长最好。3．合适的温度：病原菌一般最适生长温度为37℃。4．气体：主要是氧气和二氧化碳。根据细菌生长对氧气需求的不同将细菌分为：（1）专性需氧菌：必须在有氧条件下生存，如结核杆菌、绿脓杆菌、霍乱弧菌等。（2）专性厌氧菌：只能在无氧条件下生存，如破伤风杆菌、肉毒杆菌等。专性厌氧菌不能在有氧条件下生存是因为其缺乏某些呼吸酶和超氧化物歧化酶，因此不能氧化有氧环境中氧化还原电势高的物质，同时不能分解有氧代谢时产生的超氧离子和过氧化氢等有毒氧基团。（3）兼性厌氧菌：大多数细菌在有氧和无氧环境中都能生长。如大肠杆菌、葡萄球菌等，既可以在有氧时通过氧化获得能量,也可在无氧时通过发酵获取能量。（4）微需氧菌：如空肠弯曲菌,只能在含5%O2,5～10%CO2时可以生长。(二)掌握细菌生长繁殖的方式和速度1.细菌的繁殖方式：无性二分裂法