《微生物学总论》PPT课件.ppt

医学微生物学（Medical Microbiology）,李芳芳免疫学与病原生物学教研部,绪 言一、微生物（microorganism）个体微小，结构简单，肉眼直接看不 见，必须用光学或电子显微镜放大后才能观察到的微小生物的总称。,二、微生物的分类1.非细胞型微生物无典型的细胞结构，核心中只含有DNA/RNA一种核酸和蛋白质，只能在活细胞内增殖。病毒,2.原核细胞型微生物仅有原始的核质，细胞器不完整细菌、支原体、立克次体、衣原体、螺旋体、放线菌,3.真核细胞型微生物 有核、核膜和核仁，细胞器完整 真菌,三、微生物学（microbiology)研究微生物在一定条件下的形态、结构、生理、遗传变异、以及与人类，动植物，自然界相互关系的一门科学,四、医学微生物学（medical microbiology)研究病原微生物的形态、结构、生命活动规律以及与机体相互关系的一门科学,1675,Leeuwenhoek(1632-1723)观察到微生物,五、微生物学发展简史,1796，Jenner(1749-1823)牛痘苗预防天花,1861，Pasteur(1822-1895)证明空气中存在细菌,1877，Koch(1843-1910)发现炭疽杆菌,1928，Fleming(1881-1955)发现青霉素,Fleming Chain Florey,青霉素研究组,青霉素溶菌现象,HIV,SARS,甲型H1N1流感病毒,第一篇 细菌学总论第一章 细菌形态学细菌（bacterium）具有细胞壁的单细胞原核细胞型微生物,第一节 细菌的大小与形态（一）大小 球菌：直径：1m 杆菌：长：23 m宽：0.30.5m 螺形菌:与杆菌相似 测量单位：m，1m=1/1000mm,（二）形态球菌双球菌：一个平面分裂，成双排列,链球菌:一个平面分裂，成链排列,四联球菌:二个平面分裂，成正方形排列,八叠球菌:三个平面分裂，成立方体排列,葡萄球菌:多个平面分裂，葡萄串状排列,肺炎双球菌,脑膜炎双球菌,淋球菌,链球菌,葡萄球菌,2.杆菌杆状,两短顿圆或平切,3.螺形菌弧菌：一个弯曲螺菌：几个弯曲,杆菌,炭疽杆菌,分枝杆菌,双歧杆菌,白喉棒状杆菌,布鲁菌,弧菌,螺菌,第二节 细菌的结构细菌的基本结构（一）细胞壁（cell wall）,1.主要成分:肽聚糖(粘肽)聚糖骨架：N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸 经-1，4糖苷键连接，交替排列形成四肽侧链：连接于N-乙酰胞壁酸上交联桥：四肽侧链间，有五肽交联桥,M,G,M,G,M,G,M,G,L-丙,D-谷,L-赖,D-丙,L-丙,D-谷,L-赖,D-丙,-甘-甘-甘-甘-甘-,L-丙,D-谷,L-赖,L-丙,D-谷,L-赖,D-丙,-甘-甘-甘-甘-甘-,溶菌酶作用点,青霉素作用点,葡萄球菌（革兰阳性菌）,丙谷丙,丙谷丙,丙谷丙,丙谷丙,大肠杆菌（革兰阴性菌）,2.革兰阳性菌（G+菌）结构金黄色葡萄球菌为例内层：肽聚糖（聚糖骨架、丙谷赖丙氨基 酸四肽侧链、甘氨酸五肽交联桥）特点:含量多:50%80%层次多:达50层厚:20 80 nm致密:三维立体结构,外层:磷壁酸膜磷壁酸：结合在细胞膜上壁磷壁酸：结合在细胞壁上,蛋白质,磷脂,肽聚糖（达层）,膜磷壁酸,壁磷壁酸,细胞膜,细胞壁,G+菌细胞壁结构,G菌细胞壁结构,3.革兰阴性菌（G-菌）结构大肠杆菌为例内层：肽聚糖（聚糖骨架、丙谷DAP丙 氨基酸四肽侧链、无五肽交联桥）特点:含量少:10%20%层次少:13层薄:10 15 nm疏松:二维平面结构,外层：由内向外（1）脂蛋白：脂质+蛋白质（2）脂质双层（3）脂多糖(LPS)：由内向外 脂质A：内毒素毒性部分 核心多糖：有属特异性 寡糖重复单位：G-菌菌体()抗原,G,G,M,M,M,M,BP,肽聚糖,脂蛋白,外膜,脂类A,核心多糖,寡糖重复单位,LPS,G-菌细胞壁结构,G菌细胞壁结构,4.功能（1）维持细菌外形（2）维持细菌渗透压G+菌:20 25大气压G-菌:5 6 大气压（3）物质交换（4）决定菌体的抗原性:磷壁酸、LPS,5.细菌的L型细胞壁缺陷的细菌分类：原生质体：来源于G+菌 圆球体：来源于G-菌意义：只在高渗环境下生存 可致病（慢性病）抗药,原生质体,（二）细胞膜 1.结构：镶嵌有蛋白质的脂质双层 2.功能 物质交换作用 细胞呼吸作用 生物合成作用 3.中介体细胞膜内陷、折叠形成的囊状结构拟线粒体,（三）细胞质 1.核糖体完整大亚基小亚基细菌70S50S30S人80S60S40S 2.质粒(plasmid)细菌染色体以外的遗传物质，双股环状DNA 3.胞质颗粒,（四）核质一条染色体,双股环状DNA,细菌核质与质粒,二、细菌的特殊结构（一）荚膜(capsule)某些细菌在细胞壁外包绕的一层黏液性物质,细菌的荚膜,1.形成条件-大机体内-营养丰富的培养基 2.意义与细菌的致病性有关(抗吞噬、抗杀菌),（二）鞭毛(flagellum)某些细菌在菌体外长有的细长、波状弯曲的丝状物 1.分类-单毛菌-双毛菌-丛毛菌-周毛菌,细菌的鞭毛,细菌的鞭毛,2.组成鞭毛蛋白 3.意义-与细菌的运动有关-鉴别细菌,（三）菌毛(pilus or fimbria)某些细菌在菌体外长有的短、直、细的丝状物分类及意义：1.普通菌毛：1001000根黏附作用 2.性菌毛：14根，仅见于G-菌传递遗传物质,细菌的菌毛,性菌毛,普通菌毛,细菌的菌毛,（四）芽胞(spore)某些细菌在一定条件下胞浆浓缩后形成的圆形或椭圆形小体,细菌的芽胞,1.形成条件-体外-营养缺乏时 2.特点-休眠状态-环境适宜可发芽成为繁殖体-本身不致病,3.意义-抵抗力强（热、干燥、辐射、消毒剂）-鉴别细菌（大小、形状、位置）,第二章 细菌生理学第二节 细菌的生长繁殖一、细菌生长繁殖的条件,（一）营养物质1.水2.无机盐：P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe Co、Zn、Mn、Cu、Mo3.碳源4.氮源5.生长因子：某些细菌生长所必需的但 自身不能合成，必须由外界供给的物质,（二）酸碱度（pH）最适pH：7.0.6霍乱弧菌：8.0.2乳酸杆菌：5.5,（三）温度最适：37嗜热菌：5060 嗜冷菌：1020（四）气体O2和CO2,根据细菌对氧气的需要，可将细菌分为：（1）需氧菌无氧不能生长,如结核分枝杆菌（2）厌氧菌 有氧不能生长，如破伤风芽胞梭菌（3）兼性厌氧菌 有氧或无氧均能生长,如多数细菌,二、细菌生长繁殖的方式与速度（一）细菌的个体生长繁殖1.分裂方式：二分裂法,2.速度：多数细菌：2030 min分裂一次（代时）结核杆菌：1820 h 分裂一次,大肠杆菌的分裂,（二）细菌的群体生长繁殖生长曲线：将一定量的细菌接种于液体培养基中培养，以菌数的对数为纵坐标，时间为横坐标，画得的曲线,培养时间,细菌数的对数,细菌生长曲线,活菌数,总菌数,1.迟缓期细菌总数不增加,培养时间,细菌数的对数,活菌数,总菌数,2.对数生长期 菌数以几何级数增加，形态、染色性、生理活性典型,培养时间,细菌数的对数,活菌数,总菌数,3.稳定期活菌数不增加,可出现变异,培养时间,细菌数的对数,活菌数,总菌数,4.衰退期活菌数下降,培养时间,细菌数的对数,活菌数,总菌数,第三节 细菌的代谢,一、医学上有重要意义的细菌代谢产物,（一）分解代谢产物糖发酵试验不分解：-产酸：+产酸产气：葡萄糖 乳糖 麦芽糖 甘露醇 蔗糖大肠杆菌/-,2.V-P试验（Voges-Proskauer test）,葡萄糖,2个丙酮酸,OH-,乙酰甲基甲醇,胍基,红色化合物,（阳性）,大肠杆菌:-,O2,酶,二乙酰,3.甲基红试验,葡萄糖,丙酮酸,甲基红试剂,红色,（阳性）,大肠杆菌:+,4.枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐作为唯一的碳源的培养基中生长大肠杆菌:-,5.吲哚试验,色氨酸,色氨酸酶,玫瑰吲哚,大肠杆菌:+,（阳性）,吲哚,对2甲基氨基苯甲醛,吲哚试验,VP试验,甲基红试验,IMVC试验：I:吲哚试验 M:甲基红试验V:VP试验C:枸橼酸盐利用试验,大肠杆菌产气杆菌,I M V C,+-+,大肠杆菌IMViC结果（+-）,产气杆菌IMViC结果（-+）,（二）合成代谢产物 1.热原质(pyrogen)某些细菌产生的注入人或动物体内能引起发热反应的多糖物质 特点：耐热，高压蒸气灭菌不被破坏 意义：污染药品引起发热反应,2.毒素和侵袭性酶致病物质3.细菌素 某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质 特点：（1）作用不强（2）作用范围窄,4.色素鉴别细菌5.抗生素少数几种6.维生素VB、VK,金黄色葡萄球菌（金黄色脂溶性色素）,铜绿假单胞菌（绿色水溶性色素）,第三章 噬菌体(phage)侵袭细菌、真菌、放线菌等的病毒一、形态与结构形态蝌蚪形、纤线形、微球形 2.结构,核酸,尾领,尾鞘,尾板,噬菌体的结构,尾髓,尾丝,尾刺,噬菌体,第二节 噬菌体与细菌的相互关系一、溶菌周期（1）增殖过程吸附穿入生物合成成熟与释放（2）毒性噬菌体能在敏感菌中增殖并使之裂解的噬菌体,毒性噬菌体,A,A,噬菌体的增殖周期；B,C,细菌细胞壁上的噬菌体；D,噬菌斑,二、溶原状态 溶原性噬菌体（温和噬菌体）感染细菌后不增殖,将核酸整合在细菌染色体上,随着染色体基因的复制而复制，并可传到子代细菌中去的噬菌体,温和噬菌体,前噬菌体 整合在细菌染色体上的噬菌体核酸溶原性细菌染色体上带有前噬菌体的细菌,前噬菌体和溶原性细菌,溶原性细菌的特点：(1)能正常进行分裂，将前噬菌体传到子代(2)可产生免疫(3)可改变性状(4)可终止溶原状态,第四章 细菌遗传学第一节 细菌的遗传物质（一）染色体4 640 kbp,含3 500个基因(大肠杆菌）（二）质粒1.基本特征（1）分子小：1.5 300 kb，含2030基因,（2）能自主复制紧密型质粒染色体:质粒=1:1 2松弛型质粒染色体:质粒=1:10 36（3）非细菌必须,但编码某些性状R质粒:耐药性F质粒:性菌毛,（4）能自发丢失或消除（5）能在细菌之间转移接合性质粒:接合转移非接合性质粒:非接合转移（6）相容性 几种质粒可以稳定的存在于同一细菌中,2.F质粒 致育因子 F+：雄性菌,有F质粒,有性菌毛,供体 F-：雌性菌,无F质粒,无性菌毛,受体 Hfr(高频重组菌株)：染色体上整合有F质粒的菌株,3.R质粒耐药质粒（1）分类接合型R质粒:r-RTFr:耐药基因RTF:耐药传递因子非接合型R质粒:r/RTF,（2）危害携带单个或多重抗药基因可在不同种、属细菌之间转移可经繁殖传给子代,（三）转座因子（transposable element）在染色体、质粒、噬菌体之间自行移动的遗传成分插入序列（insertion sequence,IS）2 kbp，携带与转座有关基因和耐药基因,Barbara McClintock1902-1992,1983,第二节 细菌的变异现象一、形态结构变异球菌：球形 不规则形鞭毛：有 无（H O）芽胞：有 无 染色性：G+G-,二、生理特性变异1.毒力变异（1）增强 无毒的白喉杆菌 产毒的白喉杆菌（2）减弱,牛型结核杆菌,胆汁、甘油、马铃薯,13年，230代,卡介苗（BCG）,2.抗原性变异3.耐药性变异敏感 抗药 依药4.酶活性变异,5.菌落变异菌落(colony):单个细菌在固体培养基上生长繁殖后形成的肉眼可见的细菌集团光滑型(S):表面光滑、湿润、边缘整齐粗糙型(R):表面粗糙、干燥、边缘不整齐S R变异：抗原性降低、毒性消失,第三节 细菌的变异机制1.表型变异（非遗传性变异）表型变化不是由于基因改变而引起的变异特点：（1）不遗传、可逆的（2）涉及整体菌（3）受环境因素影响引起的,2.基因型变异（遗传性变异）表型变化是由于基因改变而引起的变异特点：（1）遗传、不可逆的（2）涉及个别菌（3）不受环境因素影响,二、基因的转移与重组（一）转化受体菌直接摄取了游离的DNA片段并与之整合,使受体菌获得新的遗传性状的过程,小鼠体内肺炎链球菌的转化试验,II R,注射,小鼠,不死亡,III S,小鼠,死亡,分离培养,III S（死）,小鼠,不死亡,+,小鼠,死亡,+,III S DNA,小鼠,死亡,分离培养,Oswald Avery(1877-1955),Frederick Griffith(1879-1941),（二）转导以噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌，使受体菌获得新的性状的过程1.普遍性转导2.局限性转导,噬菌体DNA,细菌DNA,整合,未整合,流产转导,完全转导,gal,bio,gal,bio,gal,bio,正常脱离,断裂再接,gal,bio,gal,bio,gal,bio,断裂再接,局限性转导,偏差脱离,（三）溶原性转换前噬菌体本身作为基因与细菌染色体整合,使细菌获得噬菌体基因编码的某些性状,无毒的白喉杆菌,产毒的白喉杆菌,（四）接合两个细菌互相接触，一个供体菌通过性菌毛直接将DNA转入到受体菌,使受体菌获得新的遗传性状的过程F+F-F+F+Hfr+F-F+F-,（五）原生质体融合,F+,F-,F+,F+,Hfr,F-,F-,Hfr,第五章 外界因素对细菌的作用 第一节 消毒与灭菌1.消毒(disinfection)杀死物体上或环境中病原微生物的方法2.灭菌(sterilization)杀死物体上所有微生物的方法,3.防腐(antisepsis)体外防止或抑制微生物生长繁殖的方法4.无菌(asepsis)不含活菌，灭菌的结果5.无菌操作(antiseptic technique)防止微生物进入机体或物体的操作技术,一、物理消毒灭菌法（一）热力灭菌法1.干热灭菌法（1）焚烧（2）烧灼（3）干烤：160 170,2 h（4）红外线：红外线烤箱,2.湿热灭菌法（1）巴氏消毒法61.1 62.8,30 min 71.7,1530 s（2）煮沸法100,510 min（3）流通蒸汽消毒法100,1530 min,(4)间歇蒸汽灭菌法三次流动蒸气法(5)高压蒸汽灭菌法 1.05kg/cm2（15磅/吋2）121.3，15 20 min,（二）辐射杀菌法 1.日光和紫外线（1）原理 265 266 nm作用最强，形成TT二聚体（2）特点 穿透力差，常用于空气消毒 2.电离射线：、射线等 3.微波,(三)滤过除菌使用滤菌器常用于细胞培养液、血液制品消毒(四)超声波消毒法(五)干燥与低温抑菌法,干烤箱,高压蒸汽灭菌器,超声波清洗机,冷冻干燥机,超净工作台,延边大学医院手术室走廊,延边大学医院手术室洗手处,延边大学医院手术间,延边大学医院手术间,二、化学消毒灭菌法1.消毒剂的种类及作用机制（1）促进菌体蛋白变性或凝固 重金属、酚、醇、醛、酸、碱（2）破坏或改变蛋白质与核酸功能基团 重金属、碘、漂白粉（3）损伤细菌细胞膜 新洁尔灭、来苏儿,2.影响消毒剂作用的因素（1）消毒剂浓度和作用时间 酒精：70%75%（2）微生物的种类（3）环境因素3.消毒剂的应用见教材p40表3-1、p42-43,第二节 病原微生物实验室生物安全,交通安全,食品安全,药品安全,后911时代,生物危害警告标志,分类 标 准 举 例,第一类 引起人类/动物 非常严重疾病,第二类 引起人类/动物 严重疾病,第三类 引起人类/动物 疾病,第四类 不引起人类/动物 疾病,天花病毒、埃博拉病毒、猴痘病毒等29种,汉坦病毒、HIV、狂犬病毒、霍乱弧菌等70种,肝炎病毒、HSV、伤寒沙门菌、志贺菌属等275种,小鼠白血病病毒,一、病原微生物的分类,Variola virus,Ebola virus,HIV,Rabies virus,B.anthracis,M.tuberculosis,B.abortus,V.cholerae,HBV,Influenza virus,C.tetani,S.enterica,级别 处 理 对 象,一级,二级,三级,四级,对人/动物/环境危害较低，不具有对健康人/动物致病因子,对人/动物/环境中等危害或潜在危险的致病因子不造成严重危害，有有效的预防治疗措施,具有高度危险性，通过气溶胶传染严重或致命疾病，有高度危害致病因子，有预防治疗措施,具有高度危险性，通过气溶胶或途径不明传播或未知的危险致病因子，没有预防治疗措施,二、病原微生物实验室的分级,美国实验室生物安全级别标准,华中农业大学国家级重点实验室,三、实验室发生生物安全事故时采取的措施,1.封闭被病原微生物污染的实验室或者可能造成病原 微生物扩散的场所2.开展流行病学调查3.对病人进行隔离治疗，对相关人员进行医学检查4.对密切接触者进行医学观察5.进行现场消毒6.对染疫或者疑似染疫的动物采取隔离、捕杀等措施,在什么情况下可能发生了生物恐怖袭击？1.事件区发现不明粉末或液体；2.微生物恐怖袭击后4872h或毒素恐怖袭击几分钟至 几小时，出现规模性的人员伤亡；3.在现场人员中出现大量相同的临床病例，在一个地理 区域出现本来没有或极其罕见异常的疾病；4.在非流行区域发生异常流行病；5.患者沿着风向分布，同时出现大量动物病例等。,第七章 细菌的致病性与机体的抗菌免疫,第一节 正常菌群和条件致病菌,一、正常菌群在人体体表、与外界相通的腔道中长期寄生的微生物,正常菌群的生理作用 拮抗作用2.营养作用3.免疫作用 4.抗衰老作用,二、条件致病菌与院内感染 机会性感染正常菌群在特定的条件下引起的感染2.机会致病菌正常条件下不致病，特定条件下致病的细菌,3.发生机会性感染的主要原因（1）异位寄生（2）机体抵抗力下降（3）菌群失调,三、微生态平衡与失调1、微生态平衡 宿主：有一定的免疫力 正常菌群：定位、定性、定量2、微生态失调 菌群失调症：长期、大量、滥用广谱抗生素后导致的正常菌群比例失调而引起的临床症状,第二节 细菌的致病性一、侵袭力（一）黏附与定植 1.黏附素：菌毛，黏附作用 2.荚 膜：抗吞噬、抗杀菌作用 其他结构：SPA、M蛋白、K抗原,3.侵袭性物质,（1）侵袭素（2）侵袭性酶类：透明质酸酶：分解组织中的透明质酸 链激酶：分解纤维蛋白 链道酶：切断脓液中高粘度的DNA链4.细菌生物被膜,二、产毒性（一）外毒素(exotoxin)某些细菌在新陈代谢过程中分泌到菌体外的毒性物质特点:（1）产生菌：多数G+菌，少数G-菌（2）化学组成：蛋白质（3）理化性质：不耐热,（4）毒性强1 mg肉毒毒素能杀死2亿只小鼠（5）抗原性强能刺激机体产生抗毒素能形成类毒素类毒素：外毒素经甲醛处理后失去 毒性，保留抗原性（6）作用有选择性,作用:（1）神经毒素肉毒毒素、破伤风痉挛毒素（2）细胞毒素白喉毒素（3）肠毒素霍乱弧菌肠毒素,（二）内毒素（endotoxin）某些细菌死后菌体裂解释放出来的毒性物质,特点:（1）产生菌：G-菌（2）化学组成：LPS（3）理化性质：耐热（4）毒性弱（5）抗原性弱：不能制成类毒素（6）作用：无选择性,作用:（1）发热反应（2）白细胞反应：先减少，后增多（3）弥漫性血管内凝血（DIC）（4）内毒素血症与休克,第三节 感染的发生和发展 一、内源性感染：条件感染 二、外源性感染,（一）隐性感染(inapparent infection)无明显的体征及病变（二）显性感染(apparent infection)有明显的体征及病变1.局部感染（local infection)2.全身感染(systemic infection),（1)毒血症:细菌在局部繁殖,不入血，外毒素入血（2）菌血症:细菌入血,但未在血中大量繁殖（3）败血症:细菌侵入血流并在血中大量繁 殖,产生毒素（4）脓毒症:化脓性细菌引起的败血症（三）带菌状态（carrier state),第四节 机体的抗菌免疫非特异性免疫（天然免疫）：机体在长期的种系进化和发育过程中形成的免疫 特点：（1）出生即有（2）人人具有（3）可遗传（4）作用出现早、弱,2.特异性免疫（获得性免疫）：出生后与抗原接触形成的免疫特点：（1）出生后形成（2）有特异性（3）不遗传（4）作用出现晚、强,一、固有免疫（一）结构屏障皮肤与黏膜屏障（1）机械性阻挡作用（2）分泌抑菌和杀菌物质汗腺：乳酸抑制细菌皮脂腺：脂肪酸抑制真菌（3）正常菌群的拮抗作用,2.血脑屏障（1）组成 脑毛细血管内皮细胞和星状神经胶质细胞（2）功能阻挡病原微生物和大分子有害物质进入脑组织或脑脊液（3）意义婴幼儿易患中枢神经系统感染,3.胎盘屏障（1）组成 母体子宫内膜基蜕膜和胎儿绒毛膜（2）功能阻挡病原微生物和大分子有害物质进入胎儿体内（3）意义妊娠早期易患宫内感染,（二）吞噬作用1.吞噬细胞分类(1)大吞噬细胞：单核巨噬细胞(2)小吞噬细胞：中性粒细胞2.吞噬过程（1）趋化吞噬细胞向炎症病灶区作定向移动趋化因子：具有趋化作用的物质,（2）黏附：吞噬细胞表面受体与病原体接触 血清中的抗体和补体覆盖在细菌表面促进吞噬细胞的吞噬作用-调理作用 IgG Fc受体，C3b受体（3）吞入（4）杀灭与消化 吞噬作用的后果,（三）正常组织和体液中的抗菌物质补体溶菌酶(lysozyme)吞噬细胞分泌的碱性蛋白破坏G+菌的细胞壁肽聚糖3.乙型溶素,二、适应性免疫（一）体液免疫（二）细胞免疫,