细菌的感染与致病性课件

第五章 细菌的感染与致病机理 重要概念： 1.感染：指病原微生物在宿主体内持续续存在或增殖。 感染 发发病： 2.病原菌：凡能引起宿主发发病的细细菌叫病原菌。 第一节 细菌的致病性和毒力 一、概念 1.致病性:一定种类类的病原菌在一定条件下，在宿主体 内引起感染的能力。 2.毒力：病原菌致病力强弱程度。 二、毒力的测测定 细菌毒力大小的表示方法有最小致死量、半数致死量、 最小感染量和半数感染量表示法。最为实用的是半数致 死量(LD50)或半数感染量(ID50)表示法。 含义：在单位时间内，使接种的实验动物半数死亡或被 感染所需的微生物量数或细菌毒素量。 3.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 。 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答 。 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。 思考题 某鸡场爆发疾病，鸡大量死亡，对病死鸡 剖检，发现其肝脏质脆，且内有大量大小 不一的出血点，取肝脏组织涂片在显微镜 下观察发现有细菌，如何验证此菌即为病 原菌？ 第二节 细菌的毒力因子 构成病原菌毒力的物质主要是侵袭力和毒素 。 侵袭力 毒素 荚膜及其他物质 酶类 外毒素 内毒素 细菌的毒力 一、侵袭力 （一）概念：是指细菌突破机体的防御屏障，在体 内定居、内化、繁殖及扩散的能力。 （二）细菌侵袭力构成 （1）细菌分泌的胞外酶 也称蛋白酶，本身无毒性，但在细菌感染的过程中 有一定作用。 （2）细菌分泌的与侵袭力有关的胞外酶 血浆凝固酶 纤维蛋白酶 透明质酸酶 其他酶类 (3)与毒 力相关 的细菌 表面结 构物质 荚膜 具有抵抗吞噬及体液中杀菌物质的杀 灭作用。 菌毛 细菌的普通菌毛 其他 表面 结构 沙门氏菌Vi抗原、大肠杆菌 K抗原、链球菌表面的M抗 原等都有抗吞噬作用。 结合杆菌表面特殊的脂类 （二）侵袭过程 1.定殖（又称定居） 黏附素 2.干扰扰或逃避宿 主的防御机制 3.内化作用 定义义、意义义 4.在体内增殖 5.在体内扩扩散 胞外蛋白酶 抗吞噬作用 抗体液免疫机制 透明质酸酶 纤维蛋白酶 血浆凝固酶 卵磷脂酶 作用 胶原酶 脱氧核糖核酸酶 不与吞噬细胞接触不与吞噬细胞接触 抑制吞噬细胞摄取抑制吞噬细胞摄取 在吞噬细胞内生存在吞噬细胞内生存 杀死或损伤吞噬细胞杀死或损伤吞噬细胞 抗原伪装或变异抗原伪装或变异 分泌蛋白酶降解分泌蛋白酶降解IgIg 通过通过LPSLPS、OPMOPM、 荚膜及荚膜及S S层逃避补体层逃避补体 ，抑制抗体，抑制抗体 二、毒素 细菌毒素可分为外毒素和内毒素两大类。 （一）外毒素（Exotoxin） 1.概念: 2.来源 :主要是某些革兰氏阳性菌，也有少数是革兰氏 阴性菌。 3.化学成分：一般外毒素是蛋白质 。 5.特性：（1）有菌种特异性。 （2）毒性强。（3）具 有高度的特异性。（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。 6.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 7.分类 A-B型毒素 攻膜毒素 超抗原毒素 （二）内毒素（Eedotoxin） 1.概念： 2.化学成份：内毒宿主要成份为脂多糖（LPS）。 3.内毒素的作用 A、发热反应：内毒素作为外源性致热原（即热原质）作用于 粒细胞和单核细胞等，使之释放内源性致热原，如IL-1,引起发 热。 B、糖代谢紊乱：先发生高血糖，后转而为低血糖，大量糖原 消耗，可能与肾上腺素大量分泌有关 。 C、血管舒缩机能紊乱：内毒素激活血管活性物质（5-羟色胺 、激肽释放酶和激肽）的释放。 D、弥漫性血管内凝血（Disseminated intravascular coagulation，DIC）：内毒素活化凝血系统XII因子。 纤维蛋白原转为纤维蛋白。 E、施瓦兹曼现象(Shwartzman phenomenon)：是 由内毒素引起DIC的一种特殊形式。 4.特性 ： （1）毒性作用比外毒素弱，且毒性作用没特异性。 （ 2）抗原性弱，仅能刺激机体产生微量的抗毒素。 （3）耐热。 （三）外毒素与内毒素的区别 区别别要点外毒素内毒素 化学性质质蛋白质质脂多糖（毒性主要为类为类 脂A ） 产产生以革兰兰氏阳性菌或少量革兰兰氏阴 性菌分泌至细细菌体外。 为为革兰兰氏阴性细细菌细细胞壁 结结构成份，菌体崩解后释释 出 稳稳定性不稳稳定，60以上能迅速破坏耐热热，60耐受数小时时 毒性作用特异性。为细为细 胞毒素、肠肠毒素、 神经经毒素，对对特定的细细胞或组织组织 发挥发挥 特定作用。 全身性，各种细细菌内素的毒 性作用大致相同。引起发发 热热、弥漫性血管内凝血、休 克等。 毒性程度高，往往致死。弱，很少致死。 致热热性对对宿主不发热发热致宿主发热发热 免疫原性强，可刺激机体产产生高效价的抗 毒素。 弱，免疫应应答不足以中和毒 性。 类类毒素甲醛处醛处 理，可脱毒成为类为类 毒霉不能产产生 三、三、III III 型分泌系统型分泌系统 （一）功能 与许多G-病原菌毒力因子的分泌有关。具有接触介 导的特征。病原菌与宿主细胞接触后，便立即启动 III III 型分泌系统型分泌系统，启动后细菌分泌大量与毒力有关的 多种蛋白质，从细菌的胞浆直接进入宿主胞浆，发 挥毒性作用。 （二）构成 由30-40kb大小基因组编码，以毒力岛的形式存在 于细菌质粒或染色体。 第三节 病原菌与传染 传染：病原微生物侵入动物机体，在一定部位定居并生长 繁殖，产生有毒物质，引起机体出现一系列病理生理现象 反应。又叫感染。 一、病原菌引起传染的必要条件 （一）病原菌方面 1.病原菌必须具有一定的毒力： 2.病原菌要达到一定数量： 3.病原菌要有适宜的侵入门户： （二）动物方面 种类、性别、年龄、体质、抗感染能力 （三）外界环境 二、传染的表现形式 1.显性传染：当侵入的病原菌毒力较强，数量较多，而 机体抵抗力较低时，侵入的病原菌生长繁殖，对动物机 体产生损害，出现具有明显临床症状的疾病时，称显性 传染。 2.隐性传染：当侵入的病原菌毒力较弱，数量不多，而 动物机体又具有一定的抵抗力时，侵入的病原菌进行有 限的生长繁殖，对动物机体损害较轻，不出现或仅出现 轻微的临床症状，即隐性传染。 3.带菌现象：隐性传染或传染病痊愈后，病原菌在动物 体内继续存在，并不断排出体外，称带菌现象。呈带菌 状态的动物称为带菌者。 三、病原菌在宿主体内的分布 1.局部传染： 2.全身传染： （1）毒血症： （2）菌血症： （3）败血症： （4）脓毒血症： 第四节 细菌毒力的增强与减弱 一、毒力减弱的方法 二、毒力增强的方法 第六章 细细菌的遗传变遗传变 异 主要内容 一、细菌的遗传物质 （一）细菌的染色体 （二）染色体以外的遗传物质 二、细菌的变异 （一）细菌变异的类型 （二）细菌变异的机制 三、细菌遗传变异的实际应用 细菌的遗传 细菌的变异 细菌变异的分类 第一节 细菌遗传的物质基础 一、细菌的染色体 细菌染色体的结构与特点 1、细菌是一条染色体，呈环状双螺旋DNA结构，按 一定构型反复回旋卷曲而成的松散的网状结构。 2、细菌染色体是核蛋白与细菌的DNA相结合。该蛋 白与基因的活化、DNA的复制有关。 3、不同细菌染色体DNA的G+C mol不同。约有1 的碱基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的数量最多； 其次为胞嘧啶。 4、细菌基因组中，不编码的DNA序列很少，只有 少数基因具有重复序列，功能相关的基因高度集 中，组合成操纵子。 5、细菌具有连续的基因结构，无内含子 二、质粒 1.质粒的特点 1）质粒并非细菌生存所必不可少的遗传物质。 2）质粒的传递（转移）是细菌遗传物质转移的 一个重 要方式。 3）质粒可自行失去或经人工处理而消失。 4）质粒可以独立复制。 5）可有几种质粒同时共存在于一个细菌内。 2.质粒的分类 1）能否通过细菌的结合作用进行转移 结合性质粒 非结合性质粒 2）质粒在宿主菌内拷贝数的多少 严紧型质粒 松弛型质粒 3）质粒的相容与不相容性 两种结构相似、密切相关的质粒不能稳定共存于一个 宿主菌；结构相差较大、互不相干的质粒可以共存于 同一个菌体。 4）质粒的来源不同 天然质粒 人工构建质粒 致育因子（fertility factor） F质粒 l与有性生殖有关 l带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛；无F质粒的 为雌性菌，无性菌毛 l高频重组菌（high frequence recombination, Hfr）：F 质粒整合到宿主染色体的菌株 lF因子：Hfr菌株上的F因子通过重组恢复成自由状 态时，有时可将其相邻的染色体基因一起切割下来， 成为携带某一染色体基因的F因子，将携带不同基因的 F因子统称为F。 几种重要的天然质粒 耐药性质粒耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。 毒力质粒（毒力质粒（ViVi质粒）（质粒）（virulence virulence plasmidplasmid ） 编码与该菌致病性有关的毒力因子。 细菌素质粒细菌素质粒 l l 编码各种细菌产生的细菌素编码各种细菌产生的细菌素。 代谢质粒代谢质粒 l编码产生相关的代谢酶。 人工构建的质粒 1.人工构建质粒的目的： 人工构建的质粒主要用于基因工程技 术，在该技术中质粒主要被用作载体。 基因工程的程序： （1）获取所需要的基因 （2）将目的基因与载体连接 （3）将重组DNA导入到受体细胞，外源基 因得到表达。 2.基因工程载体必须具备下列条件： 1）环状DNA结构 2）具有限制性内切酶的位点，以便与外源基因 连接 3）可不依赖于染色体进行独立复制 4）具有有别于宿主的选择性标记 5）可通过特定方法导入某些宿主细胞 功能不同 特殊用途的载体 克隆载体 表达载体 拷贝数高 具有单（多）克隆位点 载体本身带有一个或多个选择标记 除具有克隆载体的一般特性以外 ，还具有一套表达元件： 启动子、SD序列、终止子 3.基因工程载体分类 4、质粒作为载体 A A T T C T T A A G G A A T T C T T A A EcoRI 酶切 转化 1、高温变性 2、低温复性 3、一定温度延伸 PCR 三、转座因子 存在于细菌染色体上，可作为独立单位在染 色体上自由移动的DNA片断。转座因子有三种 类型：插入序列（IS）、转座子（Tn）、及特 殊噬菌体。 1.插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携 带任何已知与插入功能无关的基因区域，往 往是插入后与插入点附近的序列共同起作用 ，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。 TransposaseABCDEFG GFEDCBA ISIS 2.转座子（transposon,Tn） 长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基 因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒 素基因及其他结构基因等。因此当Tn插入 某一基因时，一方面可引起插入基因失活产 生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因 而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的 多重耐药性有关。 IS ISResistance Gene(s) IS ISResistance Gene(s) 转座子的特征 转座子携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3AP（氨苄青霉素） Tn4AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Tn5Km（卡那霉素） Tn6Km Tn7TMP（甲氧苄氨嘧啶 ）、SM Tn9Cm（氯霉素） Tn10Tc（四环素） tn551Em（红霉素） Tn971Em Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因） 3.转座噬菌体或前噬菌体 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体， 当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细 菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、 肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的 有关基因所编码的。另外，转座噬菌体从 细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌 的DNA片段，故它还可能在遗传物质转移 过程中起载体作用。 四、毒力岛（PAI） 位于细菌染色体之内，分子结构 与功能有别于细菌染色体的病原菌的 某个或某些独立基因群。 第二节 基因突变 一、细菌变异类型 1.形态变异 （1）自然形成或诱导产生的细菌L型。 （2）病原菌在特定的动物组织器官中，可发生形态结 构变异 2.结构和抗原性变异。 （1）荚膜变异。（2）芽孢变异。（3)鞭毛变异。 H-O变异：有鞭毛能运动的细菌丧失鞭毛形成能力的 变异称 3.培养性状的变异 S-R变异；R-S 变异 4.毒力变异 5.生化形状变异 （1）营养缺陷型变异（2）诱导酶产生。（3）终末产 物阻遏。6.耐药性变异 形态结构变异 l 3-6%食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培养基 形态结构变异 l 青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁) 正常霍乱弧菌 霍乱弧菌L型 毒力变异 l 棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 二、细菌变异的机理 1. 突变 （1）碱基置换。 （2）碱基的减少、增加与倒置。 （3）碱基的互变异构。 1)碱基置换(base substitution)：点突变 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTC CTT ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 异亮 谷 碱基转换 CTT CTC CTA CTG 亮 TAA TAG TGA终止密码 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTT CTT CTA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 亮 赖 苏 谷 AG 碱基颠换 错义突变 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTT CTT ATA TAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 亮 无义突变 无意义蛋白质 或TC AC或TG 2)插入或缺失突变(deletion or insertion mutation) ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CCC ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 赖 脯 异亮 赖 异亮 谷 AAA CCC ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CAT AAA AAC CGA ATA A 甲硫 组 亮 亮 赖 组 赖 天冬 精 异亮 AAA C 氨基酸数目的 增加或减少 移码突变 异常蛋白质 突变的机理 a.自发突变 细菌在分裂繁殖时，由于DNA复制过程中， 所出现的碱基错配，引起的突变。 特点：具有偶然性，突变是随机不定向的，外界 因素不能决定细菌的性状如何改变。突变率一般 在106109 。 b.诱发突变： 采用人工的方法，通过诱变剂（mutagen）诱导 细菌发生突 变。 1、电离辐射：X线、紫外线。X线能量极强，导致DNA磷 酸二酯键的断裂；紫外线导致DNA形成嘧啶二聚体的形成 ，妨碍了DNA聚合酶的作用。 2、化学诱变：（1）亚硝酸：其主要作用是对C和G的脱氨 基作用，脱氨基的结果导致氢键的改变，下次复制时相应 由A或T(而不是由G或C)配对；