第9章微生物学6-1.doc

四、病毒大分子的合成：病毒特异性酶的合成；病毒核酸复制；病毒结构蛋白质合成。四、病毒大分子的合成病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内宿主细胞的代谢发生改变病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。五、病毒的装配与释放装配：新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。释放：成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放、裂解、分泌到细胞外病毒的释放标志病毒复制周期结束。大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的；有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒；烟草花叶病毒的装配：RNA穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环。第五节 病毒的非增殖性感染增殖性感染（productive infection）：感染发生在病毒能在其内完成复制循环的允许细胞内，并以产生有感染性病毒子代颗粒为特征。非增殖性感染（nonproductive infection）：感染由于病毒、或是细胞的原因，致使病毒的复制在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻，结果导致病毒感染的不完全循环。在此过程中，由于病毒与细胞的相互作用，虽然亦可能导致细胞发生某些变化，甚至产生细胞病变，但在受染细胞内，不产生有感染性的病毒子代颗粒。一、 非增值性感染的类型流产感染（abortive infection）； 限制性感染（restrictive infection）； 潜伏感染（latent infection）；自学上述概念二、 缺损病毒讲授“温和噬菌体的溶源性反应”，其余内容自学。温和噬菌体的溶源性反应：烈性噬菌体（virulent phage）： 感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环（lytic cycle）的噬菌体。温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenic phage）：感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生，这一噬菌体称为温和噬菌体或称溶源性噬菌体。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象。在大多数情况下，温和噬菌体的基因组都整合于宿主染色体中（如噬菌体），亦有少数是以质粒形成存在（如P1噬菌体）。原噬菌体（prophage）：整合于宿主细菌染色体或以质粒形成存在于宿主细胞内的温和噬菌体基因组称做原噬菌体。在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。溶源性细菌（lysogenic bacteria：）细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌。溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环。溶源性感染对细胞的影响：(1)免疫性被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。(2)溶源转变原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源性细菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变(lysogenic conversion)。溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。 第六节 亚病毒因子一、卫星病毒（satellite viruses） 寄生于与之无关的辅助病毒（heper viruses）的基因产物的病毒。二、卫星RNA(sat RNA) 是指一些必须依赖一些辅助病毒进行复制的小分子单链RNA片段，它被包装在辅助病毒的壳体内。本身对辅助病毒的复制不是必需的，且他们与辅助病毒的基因组无明显的同源性。三、类病毒（virord） 能在免干细胞内自我复制，并不需要辅助病毒。含有 244375个核苷酸的的单链RNA分子。四、朊病毒是一类能引起哺乳动物的亚急性海面样脑病的病原因子。思考题：试结合一步生长曲线分析病毒的特点，并与细菌进行比较。第八章 微生物的遗传遗传：亲代与子代相似。变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同。遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一。遗传型：生物的全部遗传因子及基因。表型（表现型）：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型饰变：表型的差异只与环境有关。特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变。特点：遗传性、群体中极少数个体的行为自发突变频率通常为10-6-10-9 微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。第一节 遗传的物质基础一、DNA作为遗传物质 Griffith的转化实验（DNA）；T2噬菌体感染实验（DNA）；植物病毒重建实验（DNARNA）。 二、RNA作为遗传物质生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质三、朊病毒的发现与思考（一）发现：朊病毒是亚病毒的一种，是一种具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚未发现该蛋白内含有核酸。致病机理：其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrPc改变折叠状态为PrPsc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病，如羊搔痒症(scrapie)，牛海绵状脑病(spongiform encephalopathy)，人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等。Stanley B. Prusiner (1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious particle），并将之称做Prion或Virino，即朊病毒。1997年，Stanley B. Prusiner荣获诺贝尔奖。（二）思考1） 蛋白质是否可以作为遗传物质？prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？2） 蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？3） DNARNA肽链蛋白质第二节 质粒和转座因子质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。转座因子（transposable element）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子一、 质粒的分子结构1、 结构通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小：从1kb左右到1000kb，（细菌质粒多在10kb以内）。 2、 质粒的检测1）提取所有胞内DNA后电镜观察；2）超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；3）对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。对于由于三种构型同时存在时造成的多带现象（提取质粒时造成或自然存在），可以进行特异性单酶切，使其成为一条带。特定的质粒提取方法和后处理使染色体和RNA均被除掉。二、质粒的主要类型作用：在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的，从而使宿主得到生长优势。根据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应，质粒包括下列主要类型：致育因子（Fertility factor，F因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid） 毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒（cryptic plasmid1、 致育因子(Fertility factor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。2、 抗性因子（Resistance factor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuric ion ，mer）、四环素（tetracycline，tet ）、链霉素(Streptomycin, Str)、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素(Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸（fusidic acid，fus），并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。3、 产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因以及赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（E. coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），而质粒被称为Col质粒。由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏。4、 毒性质粒（virulence plasmid） 许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码内毒素(伴孢晶体中)的质粒根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子。5、 代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。降解质粒：将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。6、 隐秘质粒（cryptic plasmid）隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）。几个概念：高拷贝数(high copy number)质粒：每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝。也称松弛型质粒(relaxed plasmid)。低拷贝数(low copy number)质粒：每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝。也称严谨型质粒(stringent plasmid)。窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)：只能在一种特定的宿主细胞中复制。广宿主范围质粒(broad host range plasmid)：可以在许多种细菌中复制。第三节 基因突变及修复基因突变：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变。突变：自发突变：环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致的突变。一般频率较低，通常为10-6-10-9 。诱变：某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。诱变剂：能使突变率提高到自发突变水平以上的物理、化学和生物因子。基因突变的特点：1）非对应性；2）稀有性；3）规律性；4）独立性；5）遗传和回复性；6）可诱变性。三个经典实验：变量实验；涂布实验；影印实验。基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。一、常见的微生物突变类型微生物的突变类型突变株的表型选择性突变株非选择性突变株营养缺陷型 抗药性突变型）条件致死突变型形态突变型抗原突变型产量突变型1、营养缺陷型（auxotroph）定义：一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生0素、碱基等）的微生物突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。另一定义：某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)。营养缺陷型的表型判断的标准：在基本培养基上能否生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段特点：营养缺陷型在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长，突变株不能通过选择平板直接获得属于负选择标记。营养缺陷型的表示方法：基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。2、抗药性突变型（resistant mutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。特点：突变株可直接从抗性平板上获得-在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长，属于正选择标记 表示方法：用所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示。strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性。3、 条件致死突变型（conditional lethal mutant）在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42）是致死的，但可以在低温（如25-30）下得到这种突变。特点：这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因，属于负选择标记。4、 形态突变型（morphological mutant）造成形态改变的突变型。特点：是非选择性突变。突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。二、基因突变的分子基础自发突变诱发突变：染色体畸变 点突变：碱基置换（直接引起置换，间接引起置换）；移码突变；参考生物化学、遗传学第四节 微生物育种一、诱变育种：定义（一）诱变育种的基本环节出发菌株 诱变 少数存活 少数突变 少数正变 少数幅度大 少数宜投产（二）诱变育种的几个原则 1 . 选择简便有效的诱变剂； 2 . 挑选优良的出发菌株； 3 . 处理单孢子(或单细胞)悬液； 4 . 选用最适剂量； 5 . 利用符合处理的协同效应； 6 . 利用和创造形态、生理与产量间的相关指标； 7 . 设计或采用高效筛选方案和方法；（三）常用诱变剂的使用方法1. 物理诱变：采用紫外线进行诱变育种时的操作步骤。2. 化学诱变：采用5-溴尿嘧啶(5-Bu) 进行诱变育种时的操作步骤。 (四)筛选策略 营养缺陷型突变株的筛选 1 . 几个概念营养缺陷型、野生型、原养型、基本培养基、完全培养基、补充培养基 2 . 营养缺陷型的筛选方法1）诱变处理；2）淘汰野生型：抗生素法；菌丝过滤法；3）检出缺陷型夹层培养法；限量补充培养法；逐个捡出法；影印接种法；4） 鉴别缺陷型:生长谱法；二、诱变剂与致癌物质Ames试验很多化学物质，能以各种机制导致DNA的突变，在利用各种它们获得各类遗传突变，进行诱变育种，或对有害微生物进行控制的同时，它们也会危害人类自身的健康。“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比；超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用；90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。1966年，美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于发明了检测这些化学物质的方法，称为Ames试验。具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌 (Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率。回复突变(reverse mutation或back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用。但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免。第五节 菌种保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：变异；污染；死亡。一、 菌种的衰退与复壮 1、菌种衰退的原因：大量群体中的自发突变2、菌种的复壮：1）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。a） 纯种分离；b） 通过寄主体进行复壮；2) 有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。二、防止衰退的措施1） 减少传代次数；2） 创造良好的培养条件；3） 经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；4） 采用有效的菌种保藏方法；三、菌种保藏基本要求：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱基本方法：生活态：培养基传代培养（斜面、平板）；寄主传代培养；休眠态：冷冻（液氮、低温冰箱）；干燥（沙土管、冷冻真空干燥）；由于微生物的多样性，不同的微生物往往对不同的保藏方法有不同的适应性，迄今为止尚没有一种方法能被证明对所有的微生物均适宜。因此，在具体选择保藏方法时必须对被保藏菌株的特性、保藏物的使用特点及现有条件等进行综合考虑。对于一些比较重要的微生物菌株，则要尽可能多的采用各种不同的手段进行保藏，以免因某种方法的失败而导致菌种的丧失。思考题：1、微生物的质粒有什么作用，包括哪些类型？2、诱变剂（物理、化学）如何作用于微生物？3、简述Ames实验的原理和意义？第九章 微生物生态几个概念:生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。包括各种环境中的微生物的种类、分布；微生物和其它生物的关系；微生物与地球物质循环。生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命环境的总称。个体 群体 群落+非生物环境 生态系统 生物圈第一节 微生物在生态系统中的作用一、在生态系统中的角色 1、有机物的分解者 2、物质循环的重要成员 3、生态系统中的初级生产者 4、物质和能量的贮存者 5、微生物是地球生物演化中的先锋种类主要作为分解者在生态系统中起重要作用二、微生物与生物地球化学循环（自学！） 生物地球化学循环（biogeochemical cycles）：指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动。1 . 碳循环 2 . 氮循环 第二节 生态环境中的微生物自然环境中的微生物一般都不是单独存在的，常以个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次分布。种群（population）：具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群，是组成群落的基本组分。群落（community）：在一定区域或一定生态环境内，各种生物群体构成的一个生态学结构单位，群落中各生物群体之间存在各种相互作用。一、 生态系统中生物之间的相互关系1）有利： 互生：偏利作用；协同作用；共生：互惠共生； 2）有害：寄生；捕食；竞争；偏害作用（拮抗）；3）无利无害中立生活（一）、互生： 二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。1）微生物间的互生关系：纤维素分解细菌与固氮菌。2）人体肠道正常菌群（二）共生：二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。1）微生物间的共生关系：地衣（藻类和真菌共生）2）微生物和植物间的共生关系：根瘤菌与豆科植物间的共生形成根瘤共生体。菌根（土壤真菌与植物根形成的共生结构。）3）微生物与动物的共生关系（1）与昆虫的共生关系外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生，食木质的白蚁自身并不能分解期望上纤维素，必须依赖肠道中共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程来分解纤维素。内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌，这些细胞内的共生性细菌能为宿主提供B族维生素，使昆虫能以缺乏维生素的植物为生。（2）与反刍动物的共生关系反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿等以植物的纤维素为主要食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供动物吸收利用。瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要的营养和生长条件。（3）深海火山口细菌与蠕虫的共生关系（三）、寄生：一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。1）微生物间的寄生噬菌体细菌；蛭弧菌细菌；真菌真菌；真菌、细菌原生动物。2）微生物与动植物间的寄生关系各种各样的致病菌多是行寄生生活。择生生物，或称为悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）：整个个体不携带或只携带已知微生物的生物。可用于科学研究，原因在于干扰因素少，操作易控制，既可进行定性分析，也可进行定量分析，实验结果准确、可靠，对于了解微生物与宿主之间复杂的关系及其机理具有十分重要的作用。二、微生物在自然界的分布（一） 空气中的微生物1）无原生的微生物区系；2）来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；3）种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关；4）数量取决于尘埃数量；5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；6）与人类的关系：传播疾病、造成食品等的污染、制备微生物气溶胶实现群体免疫；微生物学的基本技术：无菌操作技术（二）、水体中的微生物1. 江河水1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）分布上更多的是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；3）多能运动，有些具有很异常的形态（例如柄细菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；5）水体自身存在自我净化作用：a）致病菌一般对营养要求苛刻，因此在一般的水中只能存活2-3天；b）水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；c）原生动物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉积到水底；2. 海水1）嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。2）低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。3）大多数海洋细菌为G细菌，并具有运动能力。4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。Micrococcus aquivivus（水活微球菌）的最适生长条件：600个大气压。3 . 水体的富营养化作用和“水花”、“赤潮”(1) 富营养化的作用水体中含大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水的富营养化藻类等过量生长，产生大量的有机物异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色（2）“水花”或“水华”（water bloom）：藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。（3）赤潮或红潮（red tides）：在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花，从而使海水出现红色或褐色，称为赤潮或红潮。引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用。（三）、土壤中的微生物土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物来源，是微生物的大本营。影响土壤微生物的数量和分布的因素：1）主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。2）受季节影响； 3）与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层 的加深，微生物的数量逐步减少。（四）、极端环境下的微生物1、嗜热微生物 4、嗜碱微生物2、嗜冷微生物 5、嗜盐微生物3、嗜酸微生物 6、嗜压微生物研究意义：(1) 开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源；(2) 为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科领域，如：功能基因组学、生物电 子器材等的研究提供新的课题和材料；(3) 为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。（五）、不可培养的微生物不可培养微生物（uncultured microorganisms）：从环境中直接分离并克隆rRNA并分析其序列和在分子进化树上的位置等方法而发现的的目前尚不能在人工条件下获得培养的微生物。研究意义：生物多样性和系统发生的多样性（Biodiversity and Phylogenetic diversity；微生物生态学的研究提出新的要求；寻找新的致病微生物；从不可培养微生物中寻找新的基因、新的蛋白。据报道，美国Recombianant Biocatalysis Inc公司目前已从不可培养微生物中获得了约300个与工业生产相关的新蛋白（六）、工农业产品上的微生物1微生物引起的工业产品的霉腐大量工业制品都是用动植物产品作原料来制造的，如纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等 有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品的霉腐给人类造成了巨大的损失!而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。如生物可降解塑料；开发、利用纤维素（能源、饲料）；苎麻脱胶等。2食品、农副产品上的微生物不利影响：由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；有利影响：利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；（七）活的非可培养状态 （viable but nonculturable state , VBNC state）在常规培养条件下培养时不能生长繁殖，但仍然是具有代谢活性的活菌。一般表现为细胞保持完整，胞内酶维持活性，染色体及质粒DNA均保持稳定，用显微镜观察，其细胞会表现为缩小成球状，细胞表面产生皱折等。是细菌处于不良环境条件下时产生的一种特殊的生存方式或休眠状态。活的非可培养状态（viable but nonculturable state , VBNC state）现象的发现： 1982年，徐怀恕（青岛海洋研究所）和R R Colwell（美国University of Maryland）通过对霍乱弧菌和大肠杆菌在海洋与河口环境中的存活规律进行研究后首次提出，近年来已成为微生物学研究的一个热点。证明VBNC可以复苏的手段：1 ）在VBNC所处环境中加入营养物质，但营养过于丰富并不利于VBNC的复苏。2） 温度的改变，在低温下进入VBNC的细胞在环境温度升高后可以复苏；3 ）致病菌在宿主体内复苏；4） 通过其它可培养的活菌的帮助而复苏；例如在Legionella pneumophila Philadelphia JR32的VBNC细胞中加入Acanthamoeba castellanii可使前者复苏。第四节 微生物与环境保护一、污染介质的微生物处理几个概念：水体的自净作用：自然界中，水体中的污染物浓度可通过河水向下游流动而自然降低，此现象称为水体的自净作用。污水：当经过水体的外来污染物质数量超过了水体的自净能力，并达到破坏水体原有用途的程度。微生物处理污水(waster treatment)的原理：利用微生物的催化作用和代谢活性、好氧和厌氧分解，吸收和转化污水中的污染物质，将大量的有机物分解成无机盐。CO2和水，达到净化水体的作用。（五日）生化需氧量（BOD5）：在特定的时间和温度下（通常5天，20），微生物氧化1升污水中所含的有机物所消耗的氧量。化学需氧量（COD）：使用强氧化剂（KMnO4，K2CrO7）使1升污水中的有机物迅速进行化学氧化时所消耗的氧量。生物降解（biodegradation）：是微生物（也包括其他生物）对物质（特别是环境污染物）的分解作用。（一）污水处理1 .好氧处理系统 活性污泥法；生物膜法；2 .污水中氮、磷的去除（脱氮工艺、脱磷工艺）微生物脱氮工艺流程缺氧池好氧池曝气池二沉池进水回流回流 反硝化作用 N2O NO3- N2硝化作用NH4+ NO3-氧化分解剩余污泥出水思考题1）试论微生物与水体富营养化作用，你认为对此类污染该如何进行防治？2）试用一些典型例子说明微生物与生物环境之间的相互关系。3）微生物在生态系统中的地位怎样？第十章 感染与免疫病原微生物感染 机体对抗 免疫学 免疫(immunity)：生物体能够辩认自我与非自我，对非我做出反应以保持自身稳定的功能。传统的免疫概念：机体抵抗病原微生物的能力，即抗传染免疫。本章主要内容：病原体对机体的感染机体对感染的预防和治疗(非特异性免疫; 特异性免疫)第一节 感染的一般概念病原微生物(Pathogenic microorganism)，或病原体(pathogen)：寄生于生物(包括人)机体并引起疾病的微生物。感染(infection)，又称传染：机体与病原体在一定条件下相互作用而引起疾病的病理过程。传染病：病原菌在机体内迅速繁殖并产生大有毒产物，使机体的细胞和组织严重受损，生理功能出现异常，表现出一系列临床症状。传染病的基本特征：有病原体、传染性、流行性、地方性、季节性、免疫性。一、感染的途径和方式外源性感染：来源于宿主体外的感染，主要来自病人、健康带菌(毒)者和带菌(毒)动、植物。内源性感染：当滥用抗生素导致菌群失调或某些因素致使机体免疫功能下降时，宿主体内正常菌群引起的 感染。1、 感染的途径: 呼吸道感染；消化道感染；创伤感染；接触感染；垂直感染。2. 感染的部位及方式a） 大多数病原体不能穿过完整的皮肤，而是通过机体的自然开口、皮肤表面的创伤裂口，或通过导管、静脉注入或外科切口等医 源性的途径，进入机体内部。b）极少数能穿过皮肤(如血吸虫、钩虫) ；c）有的能穿过粘膜(如脊髓灰质炎病毒、麻诊病毒) ，然后通过血循环到达特定组织部位、造成病变；有的(如白喉杆菌)能附着在粘膜 上生长繁殖形成局部病灶，产生毒素，引起各种症状。病原体侵入人体后寄生和造成病变的方式：细胞外感染细胞内感染兼性细胞内感染：某些细菌、真菌等被吞噬细胞吞噬后不被杀死，反而在细胞内增殖。专性细胞内感染：所有的病毒、立克次氏体、衣原体及少数细菌和原虫只能在靶细胞内增殖，它们必须存在于细胞内才能引起感染。二、微生物的致病性（一）细菌的致病性细菌的致病性是对特定宿主而言，能使宿主致病的为致病菌，反之为非致病菌，但二者并无绝然界限。条件致病菌(opportunistic pathogen)或机会致病菌: 在一般情况下不致病，但在某些条件改变的特殊情况下可致病。 致病力：指病原物的致病能力，取决于病原物的侵袭力和所产生的毒素。1 .侵袭力(invasiveness)：病原菌突破宿主防线，并能于宿主体内定居、繁殖、扩散的能力，称为侵袭力。1）粘附与侵入：细菌通过具有粘附能力的结构如革兰氏阴性菌的菌毛粘附于宿主的呼吸道、消化道及泌尿生殖道粘膜上皮细胞的相应受体，于局部繁殖，积聚毒力或继续侵入机体内部。2）亲器官性：如肝炎病毒定植于肝细胞；肺炎球菌定植于呼吸道粘膜。3）抗吞噬细胞因子：细菌的荚膜和微荚膜具有抗吞噬和体液杀菌物质的能力；致病性葡萄球菌产生的血浆凝固酶有抗吞噬作用；分泌一些活性物质如溶血素，抑制白细胞的趋化作用；具抵抗在吞噬细胞内被杀死的能力，能在吞噬细胞内寄生。 4）侵袭酶：通过水解性酶类，使组织疏松、通透性增加，有利于病原菌扩散。如透明质酸酶、链激酶、凝固酶等。 2）毒素(toxin)按其来源、性质和作用的不同分为外毒素和内毒素。（1）外毒素（exotoxin）：主要是一些革兰氏阳性菌，在生长过程中合成并分泌到胞外的毒素（如破伤风痉挛毒素、白喉毒素）；也有存于胞内当细菌溶解后才释放的毒素（如痢疾志贺菌的肠毒素）。特点：是蛋白质；抗原性强；具有选择性，可选择作用于各自特定的组织器官；毒性作用强，但毒性不稳定，对热和某些化学物质敏感；不同病原菌产生的外毒素不同，所引起的症状也不同。类毒素：利用外毒素对热和某些化学物质敏感的特点，用0.3-0.4%甲醛处理，使其毒性完全丧失，但仍保持抗原性，这种经处理的外毒素为类毒素，常用来预防注射。抗毒素：用类毒素注射动物（如马），制备外毒素的抗体，此抗体称为抗毒素，可作治疗用。例如：破伤风梭菌的破伤风痉挛毒素(tetanospamin)和破伤风溶血毒(tetanolysin)。（2）内毒素（endotoxin）：革兰氏阴性细菌的细胞壁物质，主要成分是脂多糖(LPS)，于菌体裂解时释放。特点：是脂多糖；抗原性弱；毒性弱，对机体组织器官没有选择性；耐高温（100、1h不能被破坏）；所引起的症状基本相同（作用于白细胞、血小板、补体系统、凝血系统等多种细胞和体液系统，引起发热、白细胞增多、血压下降及微循环障碍等）。外毒素与内毒素的比较：*1mg肉毒毒素纯品可杀死2亿（2000万）只小鼠或一百万只豚鼠，中毒的死亡率几近100%，但及时注射抗毒素及对症治疗可使之降低。1mg破伤风毒素可杀死100万只小鼠，1mg白喉毒素可杀死1000只豚鼠。（二） 病毒的致病性病毒感染的特点：活细胞中寄生；基因水平感染。病毒在宿主细胞内增殖，影响宿主细胞的核酸及蛋白质代谢，其后果可分为三种类型：杀细胞感染（cytocidal infection）；稳定状态感染（steady state infection）；整合感染（integrated infection）；（三） 真菌的致病性：(1)致病性真菌感染：一些外源性真菌感染可引起皮肤、皮下和全身性疾病。(2)条件致病性真菌感染：一些内源性真菌在机体免疫力降低，如长期应用抗生素、放射治疗等情况下发生。如：脑膜炎(3)真菌变态反应性疾病：有些真菌本身并不致病，但对某些具过敏倾向的个体可引起变态反应性疾病，如荨麻疹、哮喘、过敏性鼻炎。(4)真菌性中毒：有些真菌在粮食上生长，人及动物食后可因真菌本身或真菌产生的毒素而中毒。 三、传染后的表症1）病原体侵入其宿主后，二者之间的力量对比决定着传染的结局：隐性传染；带菌状态；显性传染。不同的个体或相同个体的不同生理状态可能产生不同的结果。隐性传染：如果宿主的免疫力很强，而病原体的毒力相对较弱，数量又较少，传染后只引起宿主的轻微伤害，且很快就将病原体彻底消灭，因而基本上不表现临床症状。带菌状态：如果病原体与宿主双方都有一定的优势，但病原体仅被限制于某一局部且无法大量繁殖，二者长期处于僵持状态，就称为带菌状态。 这种长期处于带菌状态的宿主，称为带菌者，成为该传染病的传染源，十分危险。如：“伤寒玛丽”（真名：Mary Mallon）：一个健康带菌者，被证实在美国有7个地区多达1500个伤寒患者都是她传染的。显性传染：如果宿主的免疫力较低，或入侵病原菌的毒力较强、数量较多，病原菌很快在体内繁殖并产生大量有毒产物，使宿主的细胞和组织蒙受严重损害，生理功能异常，于是就出现了一系列临床症状。2）按发病时间的长短分为急性传染和慢性传染。急性传染：病程仅数日至数周，如流行性脑膜炎和霍乱等；多为细胞外寄生物引起。慢性传染：病程往往长达数月至数年，如结核病、麻风病等。多由细胞内寄生物引起。第一节 宿主的非特异性免疫非特异性免疫 non specific immunity（天然免疫 innate immunity）：指机体对病原微生物的一般生理防卫功能，是在种系发育过程中形成的。机体对入侵的致病因子无需特殊的识别过程而直接对其加以防御。天然免疫的组成一、生理屏障1 表面屏障:皮肤、粘膜、分泌物 1）机械的阻挡和排除作用； 2）分泌液中所含化学物质有局部抗菌作用； 2 局部屏障： 血脑屏障：主要由软脑膜、脉络丛、脑毛细血管壁及其外的脑星形细胞组成，可阻挡病原体及其有毒产物从血液透入脑组织或脑脊液，保护中枢神经系统的稳定。 胎盘屏障：由怀孕母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿的绒毛膜滋养层细胞共同组成，能阻挡病原微生物由母体通过胎盘感染胎儿，但并不妨碍母子间的物质交换。 共生菌群：竞争必要的营养物；产生如象大肠杆菌素、酸类、脂类等抑制物，而抑制多数具有疾病潜能的细菌或真菌生长。二、体液因素1、补体系统（complement system）：存在于正常机体体液或血清中的非特异性的杀菌物质，包括廿余种蛋白质成分。 主要由肝细胞和巨噬细胞产生，通常以无活性形式存在于正常血清和体液中。 补体激活：在一定条件下促发补体系统的一系列酶促级联反应，使补体由无活性形式转变为对病原体具有杀灭作用的活性形式。(1)补体激活及激活途径: 经典途径、替代途径。(2) 补体功能(作用)：溶解和杀伤细胞；中和病毒；趋化作用；免疫粘附作用；过敏毒素（促进炎症）作用。2、干扰素（interferon, IFN） 定义：宿主淋巴细胞在病毒等多种诱生剂刺激下产生的一类低分子量糖蛋白，分a、b、g 三组。作用： 干扰素作用于宿主细胞，使之合成抗病毒蛋白、控制病毒蛋白质合成，影响病毒的组装释放；具有广谱抗病毒功能； 同时，还有多方面的免疫调节作用。干扰素诱生机理干扰素的作用机制3、 溶菌酶（lysozyme）14.7KD不耐热的碱性蛋白，主要来源于吞噬细胞并可分泌到血清及各种分泌液中，能水解革兰氏阳性菌胞壁肽聚糖而使细胞裂解。溶菌酶也存在于鸡蛋清和某些细菌中，可提纯并加工制成各种制剂，用于治疗中耳炎、咽喉炎、副鼻窦炎等慢性疾病。体液中还有溶解素(-lysin)、转铁蛋白、血浆铜蓝蛋白、C反应蛋白等多种能杀菌或抑菌的因素，但直接作用很弱，仅在机体免疫中起辅助作用。三、细胞因素主要是指体内的各种吞噬细胞吞噬病原体及其它各种异物的能力。1、 吞噬细胞种类：大吞噬细胞（单核吞噬细胞系统）：单核细胞（血液中；吞噬作用和形成巨噬细胞）；巨噬细胞（组织中