病原生物学与免疫学-第一章

第一篇医学微生物学第一章细菌的形态与结构第一章细菌（bacterium）是一类个体微小、结构简单、具有细胞壁和核质的单细胞微生物。了解细菌的形态与结构，对于研究其生理活动、致病性、免疫性，以及鉴别细菌、诊断和防治细菌性感染等具有重要的意义。第一节细菌的大小与形态第一节细菌的大小与形态一、细菌的大小细菌个体微小，通常以微米（μm）为测量单位。不同种类的细菌大小不一，同一种类的细菌也可因菌龄和环境因素的不同有所差异。第一节细菌的大小与形态二、细菌的形态球菌杆菌螺形菌第一节细菌的大小与形态（一）球菌球菌（coccus）呈球形或近似球形。按其分裂平面、分裂后排列方式和分裂后菌体间相互黏附程度，可分为双球菌、链球菌、葡萄球菌等。第一节细菌的大小与形态（一）球菌细菌在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成双排列，如脑膜炎奈瑟菌。1．双球菌第一节细菌的大小与形态（一）球菌细菌在一个平面上分裂，分裂后多个菌体粘连呈链状，如溶血性链球菌。2．链球菌第一节细菌的大小与形态（一）球菌细菌在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体无规则地粘连在一起呈葡萄串状，如金黄色葡萄球菌。3．葡萄球菌第一节细菌的大小与形态（一）球菌此外，还有在两个相互垂直的平面上分裂为四个菌体排列成正方形的四联球菌；在三个相互垂直的平面上分裂成八个菌体排列在一起的八叠球菌。第一节细菌的大小与形态（二）杆菌杆菌（bacillus）呈杆状或近似杆状。不同杆菌的大小、长短、粗细差别较大。杆菌大多呈直杆状，有的菌体稍有弯曲。菌体两端多呈钝圆形，少数两端平齐（如炭疽芽胞杆菌）或两端尖细（如梭杆菌）。多数杆菌分散存在，有的呈链状排列，称为链杆菌。有的菌体末端膨大呈棒状，称为棒状杆菌；有的菌体短小，近似椭圆形，称为球杆菌；有的呈分枝生长趋势，称为分枝杆菌。第一节细菌的大小与形态（三）螺形菌螺形菌（spiralbacterium）菌体弯曲，有的菌体只有一个弯曲，呈弧形或逗点状，称为弧菌，如霍乱弧菌；有的菌体有数个弯曲，称为螺菌，如鼠咬热螺菌；也有的菌体细长弯曲，呈弧形或螺旋形，称为螺杆菌，如幽门螺杆菌。第一节细菌的大小与形态二、细菌的形态细菌的形态易受温度、pH、培养基成分和培养时间等环境因素影响，仅在合适的生长条件下才呈现典型细菌形态，当环境发生变化时可能出现多形态。第二节细菌的结构第二节细菌的结构概述细菌的结构分为基本结构和特殊结构。基本结构是所有细菌都具有的结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、核质、核糖体、质粒等；特殊结构仅某些细菌具有，如荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞等。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（一）细胞壁细胞壁（cellwall）位于细菌细胞的最外层，是紧贴在细胞膜外的一层无色透明、坚韧而有弹性的膜结构。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构细胞壁的主要功能包括：维持细菌固有形态，保护细菌抵抗低渗外环境，与细胞膜共同完成细胞内外的物质交换，决定细菌抗原特性。1．细胞壁的功能细胞壁的化学组成较为复杂，用革兰氏染色法可将细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类，其细胞壁的组成有较大差异。2．主要成分第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（1）革兰氏阳性菌细胞壁革兰氏阳性菌细胞壁是由肽聚糖和穿插于其内的磷壁酸组成。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构①肽聚糖：是一类复杂的多聚体，为原核细胞型微生物所特有，又称为黏肽。革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁中肽聚糖的含量与结构有较大差异。革兰氏阳性菌的肽聚糖约占细胞壁干重的50%～80%，可达50层之多，其结构由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构①肽聚糖：聚糖骨架由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替间隔排列，经β-1，4糖苷键连接而成。四肽侧链的氨基酸组成和连接方式随菌种不同而异，如金黄色葡萄球菌四肽侧链连接在聚糖骨架胞壁酸上，由L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸和D-丙氨酸依序构成。第3位的L-赖氨酸通过一个由五个甘氨酸组成的交联桥连接到相邻聚糖骨架四肽侧链第4位的D-丙氨酸上，构成机械强度十分坚韧的三维立体框架结构。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构②磷壁酸：是革兰氏阳性菌细胞壁的特有成分。磷壁酸按其结合部位分为壁磷壁酸和膜磷壁酸，膜磷壁酸又称脂磷壁酸。磷壁酸与肽聚糖上的胞壁酸共价连接，膜磷壁酸则与细胞膜连接。磷壁酸是革兰氏阳性菌的重要表面抗原，部分细菌（如乙型溶血性链球菌）的脂磷壁酸具有黏附宿主细胞的功能，与细菌的致病性有关。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构③其他成分：某些革兰氏阳性菌细胞壁表面有一些特殊的表面蛋白，如A群链球菌的M蛋白、金黄色葡萄球菌的A蛋白等，与致病性和抗原性相关。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（2）革兰氏阴性菌细胞壁革兰氏阴性菌细胞壁结构较为复杂，由肽聚糖和外膜组成，外膜是革兰氏阴性菌的特有成分。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构①肽聚糖：革兰氏阴性菌的肽聚糖约占细胞壁干重的5%～20%，仅1～2层，在大肠埃希菌的四肽侧链中，第3位氨基酸是二氨基庚二酸（DAP），DAP与相邻四肽侧链末段的D-丙氨酸直接连接，没有五肽交联桥，因而只形成单层平面网络的二维结构。主要成分第二节细菌的结构一、细菌的基本结构②外膜：位于肽聚糖外侧，由内向外分别由脂蛋白、脂质双层和脂多糖组成。最外层的脂多糖是革兰氏阴性菌内毒素的主要成分，它由类脂A、核心多糖和特异多糖三部分组成。主要成分第二节细菌的结构一、细菌的基本结构革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁结构的主要区别见表。细胞壁革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌坚韧度较坚韧较疏松厚度20～80nm10～15nm肽聚糖层数可达50层1～2层肽聚糖含量占胞壁干重50%～80%占胞壁干重5%～20%磷壁酸有无外膜无有第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（二）细胞膜细胞膜（cellmembrane）位于细胞壁内侧，是包绕在细胞质外的一层柔软而富有弹性、具有半渗透性的生物膜，其基本结构是脂质双层中间镶嵌有多种蛋白质。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构①物质转运作用：与细胞壁共同完成菌体内外的物质交换。②生物合成作用：膜上有多种酶，参与细胞结构（细胞壁肽聚糖、荚膜和鞭毛）的合成。③呼吸作用：细胞膜上有多种呼吸酶，参与细胞的呼吸过程。④形成中介体：细胞膜向细胞质内陷折叠成囊状物，称为中介体，其功能类似于真核细胞的线粒体。中介体参与细菌呼吸、生物合成及分裂繁殖，多见于革兰氏阳性菌。细胞膜的主要功能包括第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（三）细胞质细胞质（cytoplasm）是细胞膜包裹的无色透明溶胶状物，基本成分是水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐。细胞质内含有多种酶系统，是细菌新陈代谢的主要场所。细胞质中还含有质粒、核糖体、胞质颗粒等超微结构。第二节细菌的结构一、细菌的基本结构质粒（plasmid）是染色体外的遗传物质，为闭合环状的双链DNA分子。质粒基因是细菌生命活动的非必需基因，但控制着某些特定的遗传性状，如菌毛、细菌素、毒素和耐药性的产生等。医学上重要的质粒有决定细菌耐药性的R质粒，决定细菌性菌毛的F质粒，决定大肠埃希菌产生大肠菌素的Col质粒等。质粒能自我复制，随细菌分裂转移到子代细胞中，也可通过结合等方式在菌体间传递。1．质粒第二节细菌的结构一、细菌的基本结构核糖体（ribosome）是游离于细胞质中的微小颗粒，数量可达数万个。化学成分为RNA和蛋白质，是细菌合成蛋白质的场所。细菌核糖体沉降系数为70s，由50s和30s两个亚基组成。有些抗生素，如链霉素能与细菌核糖体上的30s小亚基结合，红霉素能与50s大亚基结合，干扰蛋白质的合成，导致细菌的死亡，但对人体细胞无影响。2．核糖体第二节细菌的结构一、细菌的基本结构胞质颗粒（cytoplasmicgranules）多为营养和能量的储存物，包括多糖、脂类和磷酸盐等。胞质颗粒并非细菌恒定结构，常随菌种、菌龄及环境而变化。以RNA和多偏磷酸盐为主要成分的胞质颗粒，嗜碱性强，用特殊染色法可染成与菌体颜色不同的颗粒，故称异染颗粒。此颗粒常见于白喉棒状杆菌，对细菌的鉴别有一定意义。3．胞质颗粒第二节细菌的结构一、细菌的基本结构（四）核质核质（nuclearmaterial）是原核生物特有的无核膜、核仁，没有固定形态的原始细胞核，又称原核或拟核。核质是由双链环状DNA反复卷曲盘绕而成的松散网状结构，一般每个菌体中有1～2个核质结构，呈球形、棒状或哑铃形。核质具有细胞核的功能，控制着细菌的各种遗传性状，与细菌的生长繁殖和遗传变异密切相关。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（一）荚膜某些细菌合成并向细胞壁外分泌一层透明的黏液性物质，当厚度＞0.2μm，边界明显，普通光学显微镜下可见时称为荚膜（capsule）；当厚度＜0.2μm，光镜下不能直接看到时称为微荚膜。荚膜对碱性染料亲和力低，普通染色法不易着色，若用特殊染色法或用墨汁做负染色，可清楚地看到与周围界限分明的荚膜。荚膜的化学成分随菌种的不同而异，大多数细菌为多糖，少数为多肽。利用荚膜的抗原性差异可对一些细菌进行分型和鉴定。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构①抗吞噬作用：荚膜具有抵抗吞噬细胞吞噬和消化的作用，因而是病原菌的重要毒力因子。②抗有害物质的损伤作用：荚膜保护菌体，使之免受溶菌酶、补体、抗菌抗体、抗菌药物等物质的损伤。③黏附作用：荚膜多糖可使细菌彼此粘连，也可黏附于组织细胞或无生命物体表面，形成生物膜，是引起感染的重要因素。如变异链球菌依靠荚膜吸附在牙齿表面，利用口腔中的蔗糖产生大量的乳酸，积聚在附着部位，导致牙釉质的破坏，形成龋齿。荚膜的功能主要包括第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（二）鞭毛某些细菌菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物，称为鞭毛（flagellum）。鞭毛长5～20μm，直径12～30nm，一般需用电子显微镜观察，若经特殊染色法使鞭毛增粗，也可在普通光学显微镜下看到。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（二）鞭毛根据鞭毛的数目和位置，可将有鞭毛的细菌分为四大类：单毛菌、双毛菌、丛毛菌、周毛菌。鞭毛的化学成分主要是蛋白质，有很强的抗原性，通常称为H抗原，对细菌的分类和鉴定有一定意义。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构①是运动器官，根据细菌有无鞭毛运动，可作为鉴定细菌的依据。②有些细菌的鞭毛与致病性有关，如霍乱弧菌通过活泼的鞭毛运动，可以穿透覆盖在小肠黏膜表面的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞，产生毒性物质导致病变发生。③具有免疫原性。鞭毛的功能第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（三）菌毛许多革兰氏阴性菌和少数革兰氏阳性菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直的丝状物，称为菌毛（pilus），其化学成分是蛋白质。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜才能看到。细菌的菌毛分为普通菌毛和性菌毛两种。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构普通菌毛遍布菌体表面，数目可达数百根。普通菌毛是细菌的黏附结构，细菌借此可与呼吸道、消化道或泌尿道黏膜细胞表面的特异性受体结合并在该处定植，进而侵入细胞内。无菌毛的细菌则易随黏膜的纤毛运动、肠蠕动或尿液冲洗被排出体外。因此，普通菌毛与细菌致病力有关，丧失菌毛，致病力亦随之消失。1．普通菌毛第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构性菌毛比普通菌毛长而粗，一般只有1～4根，为中空管状。性菌毛由一种称为致育因子的质粒（F质粒）编码，故又称F菌毛。有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无性菌毛的细菌称为F-菌或雌性菌。当F+菌和F-菌接触时，可通过性菌毛传递遗传物质，将质粒或染色体DNA输入F-菌，使F-菌获得F+菌的某些性状。如细菌的毒力、耐药性等性状可通过此方法传递。2．性菌毛第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（四）芽胞某些细菌在一定的环境条件下，胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个圆形或卵圆形的折光性强、通透性很低的小体，称为芽胞（spore）。第二节细菌的结构二、细菌的特殊结构（四）芽胞芽胞的形成是由菌体内的芽胞基因决定的，芽胞带有完整的核质与酶系统，保持细菌的全部生命活