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1、【同济医科大学】优质课全国特级教师 江新欢 博士教授医学微生物学医学微生物学第2章 微生物的基本知识 第二章第二章 微生物的基本知识微生物的基本知识(1)第一节第一节 微生物分类及与人类的关系微生物分类及与人类的关系一、微生物的概念与种类一、微生物的概念与种类 A.按生物学特点分：八大类微生物按生物学特点分：八大类微生物 B.按细胞结构分：三大类按细胞结构分：三大类 1、非细胞型非细胞型（acellular）：）：病毒病毒 2、原核细胞型原核细胞型（prokaryote）：）：古生菌和古生菌和 真细菌真细菌 细菌、放线菌、螺旋体、细菌、放线菌、螺旋体、支原体、衣原体、立克次体支原体、衣原体、立
2、克次体 3、真核细胞型真核细胞型（eukaryote）：）：真菌真菌二、病原微生物的概念、特点与种类二、病原微生物的概念、特点与种类1.1.病原微生物病原微生物(pathogenic microbe):):指能引起人类、动物、植物发生病害的微生物指能引起人类、动物、植物发生病害的微生物2.2.特点特点 种类不多种类不多 致病能力差别很大致病能力差别很大人类的病原微生物人类的病原微生物【细菌细菌】结核杆菌结核杆菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌、伤寒杆、痢疾杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌、伤寒杆菌、破伤风杆菌、链球菌菌、破伤风杆菌、链球菌【病毒病毒】肝炎病毒肝炎病毒、HIV、流感病毒、麻疹病毒、出血热病
3、毒、流感病毒、麻疹病毒、出血热病毒、脊灰病毒、脊灰病毒、狂犬病毒狂犬病毒【真菌真菌】皮肤癣菌、白假丝酵母菌、新生隐球菌、曲霉菌皮肤癣菌、白假丝酵母菌、新生隐球菌、曲霉菌 3.病原微生物的分类病原微生物的分类（1）分类依据：）分类依据：人间传染的病原微生物名录人间传染的病原微生物名录中华人民共和国卫生部中华人民共和国卫生部 2006年年1月月11日日（2）分类：）分类：分分4类（见下一张）类（见下一张）生物安全的菌（毒）种分类：生物安全的菌（毒）种分类：类：类：感染后症状严重，危及生命，缺乏有效预防感染后症状严重，危及生命，缺乏有效预防 措施，易造成实验室污染，包括国内未出现措施，易造成实验室污
4、染，包括国内未出现 过的。鼠疫杆菌、霍乱弧菌、炭疽杆菌和过的。鼠疫杆菌、霍乱弧菌、炭疽杆菌和HIV类：类：感染后症状较严重，可危及生命，不易治疗，感染后症状较严重，可危及生命，不易治疗，可造成实验室污染。麻风分枝杆菌、结核分枝可造成实验室污染。麻风分枝杆菌、结核分枝 杆菌、肝炎病毒、出血热病毒，狂犬病毒等。杆菌、肝炎病毒、出血热病毒，狂犬病毒等。1 1，类为高致病性！类为高致病性！类：感染后症状较轻，有防治措施，一般不引起实类：感染后症状较轻，有防治措施，一般不引起实 验室污染。脑膜炎球菌、白喉杆菌、流感病验室污染。脑膜炎球菌、白喉杆菌、流感病 毒、麻疹病毒、风疹病毒等毒、麻疹病毒、风疹病毒等
5、类：弱毒和减毒的菌（毒）种，常用于制备疫苗。类：弱毒和减毒的菌（毒）种，常用于制备疫苗。附：病原微生物实验室分级的介绍附：病原微生物实验室分级的介绍1.生物安全生物安全(biosafety)：是指可避免生物危险因子：是指可避免生物危险因子 使使实验人员暴露及造成危害、向实验室外扩散及造成危实验人员暴露及造成危害、向实验室外扩散及造成危害、和被恶意使用。害、和被恶意使用。2.生物安全防护水平生物安全防护水平(biosafety level,BSL)：是根据生：是根据生物危险因子的危害程度，所要求的保障条件或设施，物危险因子的危害程度，所要求的保障条件或设施，分分 14级级（BSL1-4）。3.分
6、类依据：分类依据：病原微生物实验室生物安全管理条例病原微生物实验室生物安全管理条例 中华人民共和国国务院中华人民共和国国务院 2004年年11月月5日日一级、二级实验室一级、二级实验室（BSL-1，BSL-2）：）：不得从事高致病性病原微生物实验活动不得从事高致病性病原微生物实验活动三级、四级实验室三级、四级实验室（BSL-3，BSL-4）：）：可从事高致病性病原微生物实验活动，但应经可从事高致病性病原微生物实验活动，但应经管理机构批准。管理机构批准。三、微生物与人类的关系三、微生物与人类的关系（一）有利方面（一）有利方面 1、参与物质循环参与物质循环 2、生产上生产上 （1）工业上：食品、皮
7、革、纺织、化工等。工业上：食品、皮革、纺织、化工等。（2）农业上：制造菌肥、植物生长素、灭虫等。农业上：制造菌肥、植物生长素、灭虫等。（3）医药工业上：医药工业上：1）抗生素的生产；）抗生素的生产；2）生物制品的制备；）生物制品的制备；3）微生态制剂；）微生态制剂；4）基因工程。）基因工程。（二）不利方面（二）不利方面 1 1、病原微生物病原微生物 2、机会致病性微生物（、机会致病性微生物（opportunistic opportunistic pathogen pathogen）:（1 1）机会性致病的三大条件）机会性致病的三大条件a.a.寄居部位的改变寄居部位的改变b.b.机体免疫力的下降
8、机体免疫力的下降c.c.菌群失调菌群失调（2 2）机会致病性微生物）机会致病性微生物a.a.细菌细菌中以革兰阴性杆菌居多，尤以大肠中以革兰阴性杆菌居多，尤以大肠埃希菌、克雷伯菌属、假单胞菌属最常见。埃希菌、克雷伯菌属、假单胞菌属最常见。b.b.真菌真菌中以白假丝酵母菌最常见，也可见中以白假丝酵母菌最常见，也可见曲霉菌和毛霉菌感染。曲霉菌和毛霉菌感染。c.c.病毒病毒中以疱疹病毒多见中以疱疹病毒多见（3 3）机会性致病菌的主要特点）机会性致病菌的主要特点 a.a.毒力弱或无明显毒力毒力弱或无明显毒力 b.b.常为耐药菌或多重耐药菌常为耐药菌或多重耐药菌 c.c.新的机会性致病菌不断出现新的机会性
9、致病菌不断出现（4 4）机会性感染的易感因素）机会性感染的易感因素 易感机体是诱发机会性感染的决定因素易感机体是诱发机会性感染的决定因素 第二节第二节 医学微生物学发展过程医学微生物学发展过程 1.经验时期经验时期 特点：人类对微生物视而不见，触而不觉，特点：人类对微生物视而不见，触而不觉，嗅而不闻，嗅而不闻，食而不查，得其益、不食而不查，得其益、不 感其恩，受其害、不知其误。感其恩，受其害、不知其误。2.实验时期实验时期 特点：人们将微生物与生产、生活密切联系特点：人们将微生物与生产、生活密切联系 起来，发现了许多病的病原体，找到了起来，发现了许多病的病原体，找到了 医治和预防方法，并能利用
10、它。医治和预防方法，并能利用它。3.现代时期现代时期 具有以下特点：具有以下特点：a.新病原微生物的发现新病原微生物的发现（新现和再现（新现和再现 p.5）b.基因组学基因组学 c.诊断技术诊断技术 d.疫苗研究疫苗研究 e.生物安全生物安全我国科学家对微生物学发展的成就：我国科学家对微生物学发展的成就：目前病原微生物对人类的威胁：（见后）目前病原微生物对人类的威胁：（见后）展望：展望：微生物将永远伴随人类而存在，人类与微生物将永远伴随人类而存在，人类与 病原微生物的斗争永远不会结束！病原微生物的斗争永远不会结束！近年公共卫生突发事件的大事记：v2003年春，SARS病毒爆发流行；v 2004
11、年春，禽流感爆发（H5N1）；v 2005年春，流脑局部流行；v 2005年6-7月，人-猪链球菌感染；v 2005年冬，全球性禽流感爆发v 2006年夏，登革病毒v2009年，流感病毒v2010年，手足口病The biologic warfare program in Iraq began in the 1970s and was expanded in 1985.Two pathogenic bacteria were studied.For Bacillus anthracis,approximately 8000 L of solution with a spore and cell
12、count of 109/mL were produced;6000 L were used to fill weapons.The second pathogen was Clostridium perfringens;340 L of solution were produced.Toxins were studied also.For aflatoxin(hepatotoxin,nephrotoxin,carcinogen),2200 L were produced.For botulinum toxin,20,000 L were produced,and 11,500 L were
13、put in Scud missile warheads.Ricin is a potent toxin that has been used for assassination;10 L of a concentrated solution were produced.Tricothecene mycotoxins were studied,and 20 mL were produced.第三节第三节 微生物的形态与结构微生物的形态与结构 二、细菌的大小和形态细菌的大小和形态（一）细菌的大小：以细菌的大小：以 m 作为测量单位。作为测量单位。球菌（球菌（coccus）杆菌（杆菌（bacill
14、us）螺形菌（螺形菌（spirala bacterium）（三）细菌的排列：细菌的排列：1、球菌：双、链、四联、球菌：双、链、四联、八叠、葡萄样。八叠、葡萄样。2、杆菌和螺菌：多分散排列，偶呈链状、杆菌和螺菌：多分散排列，偶呈链状。（二）细菌的形态：细菌的形态：一、细菌的概念一、细菌的概念 coccusbacillusSpiral bacterium三、细菌的结构三、细菌的结构基本结构：基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构：特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞（一）细胞壁（细胞壁（cell wall）：）：是细菌细胞的外层结构，是细菌细胞的外层结构，坚韧而有弹性的膜状结坚韧而有弹性的膜状
15、结构，构，占细菌干重的占细菌干重的10%25%。可通过膜分离法、可通过膜分离法、特殊染色和特殊染色和EM进行观察进行观察A、基本结构、基本结构 1.细胞壁的主要成分细胞壁的主要成分肽聚糖肽聚糖 (1)、肽聚糖肽聚糖（peptidoglycan）：）：原核生物细胞原核生物细胞特有特有 G+菌：丰富的肽聚糖，大量的磷壁酸，表面蛋白。菌：丰富的肽聚糖，大量的磷壁酸，表面蛋白。聚糖骨架聚糖骨架(backbone)肽聚糖肽聚糖 四肽侧链四肽侧链(side chains)五肽桥五肽桥(cross-bridge)形成牢固的三维立体框架结构，层数多。形成牢固的三维立体框架结构，层数多。GM G G-菌：菌：含
16、有少量的肽聚糖、很厚的外膜。含有少量的肽聚糖、很厚的外膜。聚糖骨架：与聚糖骨架：与G G+菌同菌同 肽聚糖：肽聚糖：四肽侧链（四肽侧链（3rd 氨基酸为氨基酸为DAP）缺乏五肽桥，缺乏五肽桥，只能形成疏松的二维平面结构，只能形成疏松的二维平面结构，层数少层数少 （2）G+菌的特殊组分菌的特殊组分 1）磷壁酸磷壁酸(teichoic acid)：是核糖醇及甘油醇残基连接而成的多聚物。是核糖醇及甘油醇残基连接而成的多聚物。分为：分为：a.壁磷壁酸壁磷壁酸 b.膜磷壁酸膜磷壁酸（LTA）：）：为甘油醇型为甘油醇型 作用：具有粘附功能作用：具有粘附功能 是是G+菌的主要抗原菌的主要抗原 2）表面蛋白表
17、面蛋白（surface protein）：）：如链球菌的如链球菌的M蛋白蛋白 葡萄球菌的葡萄球菌的SPA（3）G-菌的特殊组分菌的特殊组分外膜外膜（out membrane）占细胞壁干重的占细胞壁干重的80%脂蛋白：蛋白质部分与脂蛋白：蛋白质部分与DAP连连 脂质部分与脂质双层连脂质部分与脂质双层连 脂质双层：类似细胞膜，允许小分子通过，脂质双层：类似细胞膜，允许小分子通过，可阻止多种大分子可阻止多种大分子 脂多糖脂多糖(LPS)：脂质脂质A-是糖磷脂，为内毒素的毒性所在，是糖磷脂，为内毒素的毒性所在，无特异性无特异性 （lipid A）核心多糖核心多糖-己糖、庚糖、己糖、庚糖、KDO等组成，
18、等组成，属属 特异性特异性 特异多糖特异多糖-重复寡糖，重复寡糖，具具种种型特异性型特异性 脂多糖脂多糖外外 膜膜2.革兰阴性、阳性细菌的细胞壁比较革兰阴性、阳性细菌的细胞壁比较 见下表见下表 研究细菌细胞壁的意义：研究细菌细胞壁的意义：鉴别细菌鉴别细菌 致病机制致病机制 指导用药及药物作用靶点或机制指导用药及药物作用靶点或机制有有无无外膜外膜无无有有磷壁酸磷壁酸占细胞壁干重占细胞壁干重5%-20%占细胞壁干重占细胞壁干重50%-80%肽聚糖含量肽聚糖含量1-2层层可多达可多达50层层肽聚糖层数肽聚糖层数10-15nm20-80nm厚度厚度较疏松较疏松较坚韧较坚韧强度强度革兰阴性菌革兰阴性菌革
19、兰阳性菌革兰阳性菌细胞壁细胞壁细细 胞胞 壁壁溶菌酶作用部位为肽聚糖溶菌酶作用部位为肽聚糖 聚糖骨架聚糖骨架青霉素作用部位为肽聚糖青霉素作用部位为肽聚糖 五肽交联桥五肽交联桥内毒素为阴性菌细胞壁成分内毒素为阴性菌细胞壁成分 脂多糖脂多糖细胞壁的化学组成不同细胞壁的化学组成不同细胞壁对酒精的通透性细胞壁对酒精的通透性细胞壁的关系细胞壁的关系无效无效有效有效对溶菌酶对溶菌酶的作用的作用无效无效有效有效对青霉素对青霉素的作用的作用有内毒素有内毒素无内毒素无内毒素毒性毒性主要为主要为外膜外膜主要为主要为磷壁酸磷壁酸抗原性抗原性红色红色紫色紫色染色性染色性革兰阴性菌革兰阴性菌革兰阳性革兰阳性菌菌项目项目
20、3.细胞壁功能细胞壁功能 （1）维持细菌固有的形态；）维持细菌固有的形态；（2）保护细菌抗低渗，起到屏障作用；）保护细菌抗低渗，起到屏障作用；（3）参与物质交换；）参与物质交换；（4）与细菌的抗原性、致病性有关。）与细菌的抗原性、致病性有关。4.细菌细菌L型型（L formed bacteria）：）：即肽聚糖即肽聚糖结构被破坏结构被破坏或或合成受抑制合成受抑制后所形成后所形成 的细胞壁缺陷型细菌。的细胞壁缺陷型细菌。分类：分类：G+原生质体原生质体(protoplast)G-原生质球（原生质球（spheroplast,圆球体）圆球体）例：例：PNC妨碍肽链与肽桥的交联妨碍肽链与肽桥的交联 溶
21、菌酶溶菌酶裂解裂解-1、4糖苷键糖苷键 以及胆汁、抗体和补体等因素以及胆汁、抗体和补体等因素 特点：特点：呈高度的多形性；多染为革兰阴性；呈高度的多形性；多染为革兰阴性；在高渗、低琼脂、含人或马血清的平在高渗、低琼脂、含人或马血清的平 板上经板上经2-7 天形成油煎天形成油煎(荷包荷包)蛋样的细小菌落；蛋样的细小菌落；仍有一定的致病力。仍有一定的致病力。分颗粒状、丝状（如分颗粒状、丝状（如结核杆菌结核杆菌）临床分离葡萄球菌L型葡萄球菌L型回复后细菌细菌L型型菌落类型菌落类型电镜照片电镜照片 （二）细胞膜（二）细胞膜（cell membrane）：）：1、结构：液态脂质双层内镶嵌多种蛋白质，结构
22、：液态脂质双层内镶嵌多种蛋白质，但不含胆固醇。但不含胆固醇。2、功能：物质交换，呼吸作用，生物合成，功能：物质交换，呼吸作用，生物合成，分泌作用。分泌作用。3、中介体（、中介体（mesosome):细胞膜内折形成的囊管状物，多见于细胞膜内折形成的囊管状物，多见于G+菌。菌。分类分类：横膈中介体、侧中介体。横膈中介体、侧中介体。功能：与细菌的分裂、能量代谢、以及生物功能：与细菌的分裂、能量代谢、以及生物 合成有关。合成有关。所以又被称为所以又被称为“拟线粒体，拟线粒体，chondroid”（三）细胞质（三）细胞质（cytoplasm）1、核蛋白体核蛋白体(ribosome)：与真核细胞的不同，与
23、真核细胞的不同，可作为药物靶点。可作为药物靶点。链霉素及红霉素均通过与亚基的结合而干扰链霉素及红霉素均通过与亚基的结合而干扰 细菌蛋白质的合成来杀菌。细菌蛋白质的合成来杀菌。2、质粒质粒（plasmid）：概念：概念：染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。为环状闭和的双链为环状闭和的双链DNA，控制部分特定的遗传控制部分特定的遗传 信息。能在胞浆中自我复制，维持许多世代。信息。能在胞浆中自我复制，维持许多世代。医学上重要的质粒有医学上重要的质粒有F质粒、质粒、R质粒、质粒、Col质粒。质粒。核糖体（核糖体（ribosome)ribosome)质粒质粒异染颗粒异
24、染颗粒 特点：特点：独立自行复制；编码重要的生物学信息；独立自行复制；编码重要的生物学信息；非细菌生命活动所必须；可在细菌之间相互转移；非细菌生命活动所必须；可在细菌之间相互转移；一种质粒可同时决定几种功能；有的具有相容性。一种质粒可同时决定几种功能；有的具有相容性。3、胞浆颗粒：、胞浆颗粒：多为营养储存物，其中的异染颗粒多为营养储存物，其中的异染颗粒(metachromatic granules)有鉴别意义有鉴别意义。（四）核质（四）核质（nuclear material）裸露的双股裸露的双股DNA链卷曲盘绕而成的松散网状物，链卷曲盘绕而成的松散网状物，是细菌遗传变异的物质基础。是细菌遗传变
25、异的物质基础。无内含子无内含子 微生物基因组学（微生物基因组学（microbial genomics）细菌细菌DNA：长度：长度：一般为一般为1-3mm例：例：大肠杆菌的大肠杆菌的DNA长约长约1mm，在细胞内只有，在细胞内只有2-3m。功能：功能：负载遗传信息。负载遗传信息。Electron micrograph of an isolated nucleoid released from E.coli.（一）荚膜（一）荚膜（capsule）:1、概念概念：2、化学组成：多糖或多肽。化学组成：多糖或多肽。3、形成条件：营养丰富形成条件：营养丰富 4、功能功能：抗吞噬、抗有害物质的损伤作用、：抗
26、吞噬、抗有害物质的损伤作用、粘附作用。粘附作用。5、观察法：荚膜染色或墨汁负性染色。、观察法：荚膜染色或墨汁负性染色。B、细菌的特殊结构、细菌的特殊结构 （二）鞭毛（二）鞭毛（flagellum）1、概念概念:所有的弧菌和螺菌、约半数杆菌、所有的弧菌和螺菌、约半数杆菌、个别球菌，在菌体上附着的细长、弯曲个别球菌，在菌体上附着的细长、弯曲 的丝状物。分单、双、丛、周毛菌。的丝状物。分单、双、丛、周毛菌。2、化学组成：、化学组成：由鞭毛蛋白构成。由鞭毛蛋白构成。3、超微结构：超微结构：基础小体、基础小体、钩状体、丝状体钩状体、丝状体 4、功能：功能：（1）细菌的运动器官；）细菌的运动器官；（2）具
27、有特定的）具有特定的H抗原；抗原；（3）有些与致病性有关。）有些与致病性有关。5、检查方法：、检查方法：（三）（三）菌毛（菌毛（pilus）1、概念：概念：多数多数G-菌及少数菌及少数G+菌菌体表面存在菌菌体表面存在 着一种比鞭毛更细、更短、更直的丝状物。着一种比鞭毛更细、更短、更直的丝状物。2、组成：组成：由菌毛蛋白构成。由菌毛蛋白构成。3、分类及作用：分类及作用：普通菌毛：普通菌毛：具有粘附能力，与致病性有关。具有粘附能力，与致病性有关。性菌毛：性菌毛：遗传物质转移的媒体；噬菌体的受体。遗传物质转移的媒体；噬菌体的受体。4、观察法：、观察法：EM下可见。下可见。（四）芽胞（四）芽胞（spo
28、re）：1、概念：概念：营养缺乏时，某些细菌脱水浓缩在细胞营养缺乏时，某些细菌脱水浓缩在细胞内形成的圆性或椭圆形的小体，多见于内形成的圆性或椭圆形的小体，多见于G+菌。菌。2、特点：特点：保存了细菌的全部生命活性，是细菌的保存了细菌的全部生命活性，是细菌的休眠状态；条件适宜时，芽胞可萌发成繁殖体而休眠状态；条件适宜时，芽胞可萌发成繁殖体而致病；抵抗力强。致病；抵抗力强。3、结构：、结构：多层厚膜。多层厚膜。4、意义：、意义：鉴别细菌；判断灭菌效果。鉴别细菌；判断灭菌效果。5、观察法：、观察法：芽胞染色后芽胞染色后LM下可见。下可见。芽胞的形成过程芽胞的形成过程一个细菌只形成一个细菌只形成一个芽胞，一个一个芽胞，一个芽胞发芽也只生芽胞发芽也只生成一个菌体，细成一个菌体，细菌数量并未增加，菌数量并未增加，因而芽胞不是细因而芽胞不是细菌的繁殖方式。菌的繁殖方式。与芽胞相比，未与芽胞相比，未形成芽胞而具有形成芽胞而具有繁殖能力的菌体繁殖能力的菌体可称为繁殖体可称为繁殖体(vegetative form)。