细菌毒力与致病性

细菌的致病性与传染,第一节细菌的致病性和毒力,基本概念,细菌致病性：在一定条件下，一定种类的细菌对一定的宿主致病的能力。（种属遗传特征）病原菌：引起宿主机体发病的细菌。毒力：病原菌致病能力的强弱程度。（菌株个体特征）,宿主微生物关系与致病过程,世界许多地方的人们无法挑剔当地市场的卫生状况。苍蝇，老鼠，缺乏冷藏设施.这些会造成疾病传播吗？肯定会!如果你觉得下图中的水果很脏，那么你真该去看看那些鱼摊和肉摊,面对这些明显的污染，然而并不是每个人都会被感染。确实，有一些人会因此生病，这也是造成发展中国家居民平均寿命低的原因之一。发生感染的可能性就像是用来称量的托盘天平，天平的两端分别是机体的抵抗力和微生物的致病力。,宿主微生物关系,共生（symbiosis）是指两种或两种以上的物种的种间关系。包括互利共生（mutualism）与偏利共生（commensalism）前者是共同生活两个物种互相共存，缺此失彼都不能正常生存甚至死亡的一类种间关系。后者只是对其中一方生物体有益，却对另一方没有影响。寄生（parasitism）两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害。宿主为寄生物提供住所与营养，通常会影响宿主的正常生活甚至导致宿主死亡。,“大自然的本性就厌恶任何生物独占世界的现象，所以地球上绝对不会有单独存在的生物。” 琳马古利斯,病原体：共生企图失败后的产物“然而，在现实生活中，即使在最坏的情况下，庞大的微生物世界对我们的兴趣也是相对较小，致病并不是它们的初衷，确实，从自然界中数目巨大的细菌来看，致病的概率非常之低，致病菌的种类非常之少，这是一种奇特的现象。疾病通常是为共生所做的谈判失败后引发的，是其中一方越过了边境线，是对边界的生物学误解” 刘易斯托马斯，1974,正常微生物群,微生物与宿主在共同的演化历程中形成的的生态系。正常微生物群对宿主非但无害，而且有益，并且对宿主是必需的。,公共卫生,犰狳：麻风病的培养罐引起麻风病的微生物很难培养。曾经有人尝试过很多种培养方法，结果都不尽人意，直到有人试着将这种微生物接种到九节犰狳的爪垫中。人类感染麻风，在症状出现前可有长达30年的潜伏期。在用犰狳培养麻风杆菌前，一直无法验证第三条柯赫定理。使用犰狳培养麻风杆菌让我们证实了柯赫定理麻风分枝杆菌是造成麻风病的病原菌。这种细菌是由Hansen在1878年发现，它是第一个被分离的感染性致病微生物，也是最后才被证实符合科赫定理的病原菌。,公共卫生,细菌致病性的确定依据,经典柯赫法则：1、病原菌应在同一疾病中查出，而健康者不存在。2、病原菌能够体外获得纯培养。3、此纯培养物接种易感动物能导致相同的病症。4、自感染动物体内能重新分离到该病原菌的纯培养。,现代基因水平的科赫法则：1、在致病菌中检出某些基因或其产物，而无毒力菌株中无。2、毒力菌株的某个基因被损害，则毒株的毒力应减弱或消除，或者将此基因插入到无毒力菌株中，表现为有毒力菌株特性。3、将细菌接种动物时，该基因应在感染的过程得到表达。4、在接种动物检测到该基因表达产物的抗体或产生免疫保护。,衡量毒力的指标,MLD:能使特定的动物在感染后一定时限内发生死亡的最小活微生物量或毒素量。LD50：能使实验动物在感染后一定时限内发生半数死亡的活微生物量或毒素量。MID:能引起特定实验动物感染的最小活菌量。ID50：能引起半数实验动物感染的最小活菌量。,毒力,侵袭力,毒素,病原菌的致病因素,是指病原菌突破机体防御功能，在机体内定居、繁殖和扩散的能力。,是细菌在代谢过程中合成的有毒性作用的产物。,粘附素,荚膜和微荚膜,侵袭性酶,外毒素,内毒素,侵入数量,侵入途径,构成病原菌毒力的因素,【侵袭力】 指病原性细菌突破机体的防卫屏障，在体内生长、繁殖、扩散的能力。侵袭性酶：属胞外酶, 本身无毒性作用,但可破坏机体内的一些组织结构,从而在感染过程中协助病原菌在侵入机体后抗吞噬或扩散。粘附素:菌体表面具有粘附功能的结构成分。型分泌系统：许多G-病原菌毒力因子与此分泌系统有关。通过病原菌与宿主细胞接触，这一系统得以启动，具有接触介导的特征。启动后细菌分泌与毒力有关的多种蛋白质直接进入宿主细胞胞浆，发挥毒性作用。型分泌系统通常由3040kb大小的基因组编码，以毒力岛的形式存在于细菌的大质粒或拟核区DNA。已确定具有型分泌系统的细菌有沙门氏菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌等。,粘附素：分为菌毛和非菌毛粘附物质。菌毛菌毛主要存在于革兰阴性菌，不同的细菌有不同的菌毛。细菌菌毛通过与宿主表面相应受体相互作用使细菌吸附于细胞表面而定居，故有些菌毛又称定居因子（colonization factor）。菌毛的粘附作用具有选择性，这与宿主细胞表面的特殊受体有关。非菌毛粘附物质某些外膜蛋白与膜磷壁酸。如A群链球菌的膜磷壁酸（LTA）等，它们也与宿主细胞膜上相应受体结合使细菌附于细胞。致病机理：借助粘附，激活被粘附细胞的信号传导系统，使其不同程度释放不同种类的细胞因子，导致炎性反应性损伤。某些粘附因子与宿主细胞受体作用，激活细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD），引起细胞凋亡（apoptosis）。炎性损伤和细胞凋亡有利于细菌生长、繁殖和扩散。,其他细菌分泌系统,除了型分泌系统之外，现阶段研究比较清楚的还有革兰阴性菌的、型分泌系统。型分泌系统可将细菌分泌蛋白直接从胞浆送达细胞表面，如大肠杆菌溶血素。型分泌系统则是细菌将蛋白质分泌到周质间隙，经切割加工后通过微孔道蛋白穿越外膜分泌到细胞外。型分泌系统是一种主动运输系统，其分泌的蛋白质需剪切加工，而后形成一个孔道穿越外膜，分泌到细胞外。注：根据是否依赖信号肽(SignalSequence,Sec)的特点，可将其分为Sec依赖性和Sec不依赖性两类。、型分泌系统是Sec不依赖性,、型分泌系统是Sec依赖性。,细菌感染诱导机体细胞程序性死亡（PCD）,实例：白喉棒状杆菌产生的白喉毒素通过作用于蛋白翻译系统而抑制蛋白合成, 它可以诱导几种上皮细胞和骨髓细胞凋亡, 运用基因突变手段已证明白喉毒素抑制蛋白合成是其诱导细胞凋亡所必需的。李斯特菌在体内外均可诱导肝细胞的凋亡, 这是由李氏溶菌素O 介导的,李氏溶菌素也是一类穿孔毒素, 它可直接诱导细胞凋亡, 该毒素基因突变后就不能诱导凋亡了。展望：1、进一步揭示细菌的致病机理以便于更好的预防和治疗各类细菌感染引起的疾病。2、未来可能通过基因工程改造某些细菌的相关特性制造工程菌，在肿瘤治疗和自体免疫疾病方面有所突破。,（一）侵袭过程1.定殖（又称定居） 黏附素2.干扰或逃避宿 主的防御机制3.内化作用 定义、意义4.在体内增殖5.在体内扩散 胞外酶,【毒素】细菌生命活动过程中产生的对宿主机体有毒性作用的化学物质。 内毒素：革兰阴性菌细胞壁的结构成分。化学本质是脂多糖。 外毒素：大多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌正常代谢产生并分泌到菌体外环境的一类毒性代谢产物。化学本质是蛋白质。,（二）内毒素与外毒素的区别要点,鲎血试验,鲎试剂是从栖生于海洋的节肢动物“鲎”的兰色血液中提取变形细胞溶解物，经低温冷冻干燥而成的生物试剂，专用于细菌内毒素检测。原理：血液及淋巴液中有一种有核的变形细胞，胞浆内有大量的致密颗粒，内含凝固酶及凝固蛋白原。当内毒素与鲎变形细胞冻融后的溶解物（鲎试剂）接触时，可激活凝固酶原，继而使可溶性的凝固蛋白原变成凝固蛋白而使鲎变形细胞冻融物呈凝胶状态。鲎血试验按方法分：凝胶法，用于定性分析，测定血液或其他样品中的微量内毒素。动态浊度法终点浊度法 酶标仪或可见分光光度计进行定量分析动态显色法 终点显色法,（1）外毒素（Exotoxin）特性：（1）有菌种特异性。（2）毒性强。（3）作用具有高度的选择性。（4）良好的抗原性。（5）不耐热。 （6）0.3%0.4%甲醛作用下，可以脱毒成类毒素。,（2）内毒素（Endotoxin）特性：（1）毒性较弱。（2）无特异致病作用。（3）抗原性弱。不能制成类毒素。（4）耐热。中毒表现基本相同：,(A)发热反应,(B)免疫调节作用,(C)微循环损伤和休克,外毒素的组成A亚单位：毒素活性中心，决定毒素的毒性效应B亚单位：结合单位，使毒素分子结合宿主细胞膜受体上，协助A亚单位穿过细胞膜外毒素的分类 按细菌对宿主细胞的亲嗜性作用方式不同，可分成神经毒素（破伤风痉挛毒素、肉毒毒素等）、细胞毒素（白喉毒素、葡萄球菌毒性休克综合征毒素1、A群链球菌致热毒素等）和肠毒素（霍乱弧菌肠毒素、葡萄球菌肠毒素等）三类。,内毒素的组成 脂质A是内毒素的主要毒性成分,常见外毒素,人类在生产生活中的实践,一、利用细菌毒力的相关性质或通过减毒处理制成疫苗抗毒素等其他药物治疗疾病，改善公共卫生状况，提高人类生存质量。二、利用细菌毒力的相关性质，制造生化武器用于战争及恐怖袭击。,微生物毒力增强与减弱,微生物的毒力-病原微生物所特有的一种生物学性状。自然条件，不同菌株，不同毒株不同条件，同一菌株，同一毒株 流行初期毒力强，后期弱，经培养后毒力弱、感染后增强。,（一）增强微生物毒力的方法：1.动物传代 一只动物患病后将其体内的病原体传代到另一只易感健康动物体内，使其患病。如此重复若干次后，病原体的毒力会获得增强，但这个过程不会无限制的持续下去，微生物的毒力有其最大限度，接触的人群也可以获得免疫力。 猪丹毒鸽子马鼻疽海豚 猪瘟猪 2.与其他微生物通过协同作用 如魏氏梭菌与八叠球菌共生。3.实验动物胸腔内置人工胶囊进行培养 霍乱弧菌，胸膜肺炎支原体。,（二）减弱微生物毒力的方法病原体的毒力可以通过减毒处理而减轻，从而降低其致病能力。通过非易感动物传代培养或毒力转移获得。毒力转移是一种将正常宿主的病原体转移到新物种宿主，然后在新宿主的很多个体间连续转移，最终使这种病原体完全适应新宿主而不再对原宿主有害的实验技术。狂犬病毒在兔子间的不断转移使病毒不再对人类有致病力。因而能安全的用作人体疫苗。1882年巴斯德用这种方法制造狂犬疫苗，并在1885年救活了一个被疯狗咬得很厉害的9岁男孩，这个男孩日后成为了巴斯德研究所的守门人，在二战中为守卫实验室而死于纳粹枪下。,1人工培养基上长期培养：菌毒种不同，减毒速度不一2在高于最适生长湿度下培养 炭疽疫苗、鸡霍乱731 3干燥处理 4特殊培养基中培养： 特殊化学物质 甘油胆汁培养TB lctoviun卡介苗 特异抗血清、噬菌体、抗菌素（三）保持微生物毒力的方法 1低温保存 2冷冻干燥,肉毒素的临床应用,肉毒杆菌产生的强神经毒素是引起致命性食物中毒的原因。而现在这些毒素已经被用来治疗肌张力异常的患者和用于美容除皱。小剂量减毒的A型肉毒毒素（商品名 Oculinum A）用于美容除皱，特别是去除前额皱纹，这种治疗越来越受到人们欢迎。将这种毒素注射到前额局部肌肉，前额就不会再有深的皱纹，可持续数月之久，为了避免产生抗体而失效，通常一年注射一次。肉毒素还是一种潜在的生化武器，据报道，以色列已秘密装备肉毒毒素烟雾弹。抗肉毒素疫苗也在研究之中，所以不要迷恋肉毒素注射。一旦注射了疫苗，肉毒素就不再有除皱功效了。,细 菌 战,人类历史上第一次大规模的细菌战也是迄今为止最大伤亡的细菌战是1345年冬到1346年，在蒙古军队进攻黑海港口城市卡法（现乌克兰城市费奥多西亚）时，用抛石机将患鼠疫而死的人及动物的尸体抛进城内。卡法城不攻而破，逃亡的热那亚人将疾病带到地中海并蔓延至整个欧洲。这个人类历史上第一次细菌战，在欧洲使黑死病猖獗了3个世纪之久，夺去了2500万余人的生命。第一次世界大战中德国、英国、法国、俄国等国纷纷使用了细菌武器。战后的一九二五年六月，在瑞士日内瓦签订的关于禁用毒气或类似毒品及细菌方法作战议定书，明确规定禁止使用细菌武器。然而，直到现在一些国家却一直在研究和使用它。,细菌战亦称“生物战”。是利用细菌或病毒及相关毒素作武器，以毒害人、畜及农作物，造成人工瘟疫，给敌方造成混乱、打击敌方有生力量、封锁战区的一种极端灭绝人性的战争手段。,石井四郎（1892年6月25日1959年10月9日）旧日本帝国陆军中将，医学博士，关东军防疫给水部部长（731部队）1916年4月，石井四郎进入京都帝国大学医学部；1924年4月，石井四郎以代学员的身分再入京都帝大，进研究生院学习和研究细菌学、血清学、防疫学、病理学和预防医学；1927年6月，石井四郎获得微生物学博士学位。主要成果：（1）强致病性炭疽杆菌（2）石井式滤水器；（3）石井式细菌培养箱；（4）石井式陶瓷炭疽弹；,731部队主要成员战后去向,石井四郎 731部队创始人 前往美国马里兰一个武器研究所吉村寿人 冻伤课课长 京都府立医科大学校长冈本耕造 病理课课长 京都大学医学部部长 京都大学名誉教授 第59届日本病理学会总会会长田部井和 伤寒课课长 京都大学医学部教授 微生物研究室主任凑正男 霍乱课课长 京都大学医学部教授浜田稔 731部队 京都大学农学部教授清野谦次 防疫研究室 京都大学医学部教授正路伦之助 防疫研究室 京都大学医学部教授 兵库县立医科大学校长细谷省吾 防疫研究室 东京大学传染病研究所所长,绪方富雄 防疫研究室 东京大学医学部教授 第36届日本病理学会总会会长田宫猛雄 招募处主任 东京大学医学部部长 国立癌中心总长 日本医学会会长宫川米次 防疫研究室 东京大学医学部教授所安夫 防疫研究室 东京大学医学部教授宫川正 X光班班长 东京大学医学部教授安东洪次 大连支队支队长 东京大学医学部教授石川太刀雄丸 病理班班长 金泽大学校长藤野恒三郎 9420部队 大阪大学观音寺微生物研究所教授渡边荣 防疫研究室 大阪大学观音寺微生物研究所所长田中英雄 昆虫班班长 大阪市立大学医学部部长山中木太 1644部队 大阪市立医科大学校长内藤良一，宫本光一，二木秀雄：创立日本第一家血库以及日本绿十字公司,炭疽攻击事件是在美国发生的一起从2001年9月18日开始为期数周的生物恐怖袭击。从2001年9月18日开始有人把含有炭疽杆菌的信件寄给数个新闻媒体办公室以及两名民主党参议员。这个事件导致5人死亡，17人被感染。2008年中旬，联邦调查局把它的怀疑集中到布鲁斯爱德华兹艾文斯（Bruce Edwards Ivins）身上。艾文斯曾经在马里兰州弗雷德里克戴翠克堡政府生物防御实验室中工作。他得知将被逮捕后于7月27日服用大量对乙酰氨基酚自杀。,1995年3月20日早上，日本邪教组织“奥姆真理教”多名成员在东京新干线多个干道制造了震惊世界的沙林攻击事件。导致13人死亡，6300人不同程度受伤残疾。同年还制造了三起不成功的炭疽攻击和肉毒毒素攻击。,麻原彰晃，于2004年2月27日被东京地方法院一审判处死刑，尚未执行。,未 来,从1979年4月苏联斯威尔德洛副斯克市的微生物与病毒研究基地发生的炭疽泄漏事件,造成一千多人死亡及很多人中毒的情况看军事大国从始自终都没有停止生化战剂的研制