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细菌学基础 第一章细菌的形态和结构 细菌 bacterium 是属于原核生物界 prokaryotae 的一种形体微小 结构简单 具有细胞壁和原始核质 无核仁和核膜 除核糖体外无其他细胞器的单细胞型微生物 细菌的概念 狭义则专指其中数量最大 种类最多 具有典型代表性的细菌 广义的细菌泛指各类原核细胞型微生物 一 细菌的大小与形态 观察工具 光学显微镜 测量单位 一般以 m为测量单位 球菌据形态不同分三大类杆菌螺形菌 球菌 双球菌 如脑膜炎奈瑟菌 链球菌 如乙型溶血性链球菌 葡萄球菌 如金黄色葡萄球菌 四联球菌 八叠球菌 杆菌 球杆菌 链杆菌 棒状杆菌 分枝杆菌 螺形菌 弧菌 只有一个弯曲螺菌 有若干个弯曲 弧菌 螺菌 第二节细菌的结构 基本结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质 特殊结构 荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞 一 细胞壁 cellwall 细菌细胞的最外层 包绕在细胞膜周围的膜状结构 主要成分为肽聚糖 肽聚糖 peptidoglycan 原核细胞特有的组分 又称粘肽 mucopeptide 糖肽 glycopeptide 或胞壁质 murein M M M M M M M M M M M M G G G G G G G G G G G G 聚糖骨架 M M M M M M M M M M M M G G G G G G G G G G G G G 菌的肽聚糖结构 G 菌 由聚糖骨架 四肽侧链和五肽交联桥三部分组成 青霉素作用点 溶菌酶作用点 G G G 菌 由聚糖骨架 四肽侧链两部分组成 G 菌的肽聚糖结构 G 菌的肽聚糖结构 G 菌的肽聚糖结构 G 菌的特殊组分 磷壁酸及一些表面蛋白 膜磷壁酸 壁磷壁酸 肽聚糖 15 50层 细胞膜 细胞壁 磷壁酸的功能 稳定细胞结构 维持离子平衡 调节依赖阳离子的酶的活性重要的表面抗原 G 菌的特殊组分 外膜 外膜的功能 稳定细胞结构 含有内毒素 重要的表面抗原 脂多糖 LPS 由脂质A 核心多糖和特异性多糖组成 即G 菌的内毒素 周浆间隙 多种酶及特殊结合蛋白 对细菌获取营养 解除有害物质的毒性等方面有重要作用 G 菌的细胞表面结构 G 菌的细胞表面结构 G 菌与G 菌细胞壁结构比较 细胞壁G 菌G 菌 强度厚度肽聚糖层数肽聚糖含量糖类含量脂类含量磷壁酸外膜 较坚韧 三维结构 20 80nm 肽桥结合 可多达50层占细胞壁干重50 80 约45 1 4 较疏松 二维平面 10 15nm 肽键结合 1 2层占细胞壁干重5 20 15 20 11 22 G 菌与G 菌的差别及与细胞壁的关系 细胞壁的功能 1 维持菌体的固有形态 保护细菌抵抗外界低渗环境 2 参与菌体内外物质交换 3 带有多种抗原 诱发机体产生免疫应答并与血清分型有关 细胞壁 细菌细胞壁缺陷型 细菌L型 细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素直接破坏或合成被抑制后的细菌 在高渗环境下仍可存活 这种细胞壁受损的细菌能够生长和分裂者称为细胞壁缺陷型或L型 L型葡萄球菌 葡萄球菌 致病特征 有一定的致病力 通常引起慢性感染 常在使用了作用于细胞壁的抗菌药物后发生 尿路感染较多见 临床上遇到症状明显而常规细菌培养阴性者 应考虑细菌L型感染可能 宜做L型的专门分离培养 并更换抗菌药物 二 细胞膜 cellmembrane 又称胞质膜 cytoplasmicmembrane 位于细菌细胞壁内侧 紧包着细胞质 细胞膜 1 结构与真核细胞基本相同 由磷脂和多种蛋白质组成 但不含胆固醇 2 功能 物质转运 生物合成 分泌和呼吸等 青霉素结合蛋白 概念 青霉素结合蛋白是细菌细胞膜表面上的一些特异性蛋白质 Beta 内酰类抗生素能与其相结合 从而抑制细菌细胞壁的生物合成 主要的青霉素结合蛋白 PBP PBP1B 催化细菌细胞璧合成的主要酶PBP1A 补充PBP1B酶的活性PBP2 协助维持细菌形态PBP3 参与细菌分裂舒普深与PBP1B PBP1A及PBP3结合 三 细胞质 cytoplasm 即细菌细胞的原生质 protoplasm 细菌细胞膜内容物 内含多种重要结构 四 核质 nuclearmaterial 或称拟核 nucleoid 即细菌的染色体 chromosome 为细菌的主要遗传物质 组蛋白样蛋白质 DNA 主要 RNA 较少 二 细菌的特殊结构荚膜鞭毛菌毛芽孢 一 荚膜 capsule 细菌分泌的一层包绕在细胞壁外的黏液性物质 荚膜 边界清楚 厚度大于0 2 m 1 化学组成 多糖 少数为多肽 2 形成 体内或在含大量血清或糖的培养基上3 染色 不易着色 肺炎球菌 产气荚膜杆菌 4 荚膜的功能 1 抗吞噬作用 2 黏附作用 3 抗有害物质的杀伤作用 二 鞭毛 flagellum 菌体上附着的细长并呈波状弯曲的丝状物 鞭毛 细菌的运动器官 电子显微镜下的细菌鞭毛 破伤风梭菌的周身鞭毛 根据鞭毛的数量和部位 鞭毛菌分四类 1 单毛菌3 丛毛菌2 双毛菌4 周毛菌 双毛菌 双毛菌 伤寒杆菌的周身鞭毛 菌体 鞭毛 鞭毛的功能 1 是细菌的运动器官 使细菌游向营养物质 而逃离有害物质 2 有些鞭毛与细菌的致病性密切相关 3 可籍鉴定细菌及对细菌分类 三 菌毛 pilusorfimbriae 多数G 菌和少数G 菌菌体表面存在一种比鞭毛更细 更短而直硬的丝状物 称菌毛 必需电子显微镜观察 种类 1 普通菌毛2 性菌毛 1 普通菌毛 ordinarypilus 是细菌的粘附结构 可与宿主细胞表面受体结合 是细菌感染的第一步 所以与菌毛结合的特异性决定了宿主感染的易感部位 2 性菌毛 sexpilus 仅见于少数G 菌 一般仅1 4根 比普通菌毛长而粗 有性菌毛的细菌为F 菌 否则为F 菌 Fertility编码 接合 conjugation F 菌与F 菌相遇 F 菌的性菌毛与F 菌的性菌毛受体结合 F 菌体内的质粒或染色体DNA可通过中空的性菌毛进入F 菌体内 这个过程称接合 四 芽孢 spore 细菌在一定环境条件下在菌体内形成的一个圆形或卵圆形的小体 Sporeforminginsideabacterium 芽孢形成与发芽 1 形成条件 芽孢的形成是由芽孢形成基因决定的 在动物体外 且一般为环境条件恶劣时形成 都是G 菌 破伤风 炭疽杆菌的芽孢 艰难梭菌的芽孢 肉毒梭菌的芽孢 2 芽孢特点 1 带有细菌生命活动所必需的全部物质 可游离与菌体而独立存在 2 难着色 其大小 形态及在菌体中的位置可籍细菌鉴别 3 可发芽形成新的菌体 1对1 但芽孢不是细菌的繁殖方式 而是休眠状态 3 功能 增强细菌对热力 干燥 辐射 化学消毒剂等理化因素的抵抗力 第二章细菌的耐药性及控制策略 第一节细菌的耐药性 耐药性 drugresistance 是指细菌对药物所具有的相对抵抗性 耐药性的程度以该药对细菌的最小抑菌浓度 MIC 表示 临床常以药物的治疗浓度小于最小抑菌浓度为敏感 反之为耐药 抗菌药物的作用机制 抗菌药物的主要作用部位 一 细菌耐药性的分类 一 固有耐药性 指细菌对某些抗菌药物天然不敏感 与种属有关 主要是缺乏药物作用的靶位 如二性霉素B可与真菌细胞膜的固醇类结合 改变其通透性 发挥抗真菌作用 细菌细胞膜则无固醇类 故对二性霉素B具有固有耐药性 革兰阴性菌因有外膜 对作用于肽聚糖类的多种药物均不敏感 二 获得耐药性 由于DNA的改变使其获得耐药性原因 1 基因突变如链霉素的靶位是30S亚基上的p12蛋白 当染色体上str基因突变后 p12蛋白构型改变 药物不能与其结合而产生耐药性 突变的频率很低 与抗菌药物使用无关 但药物存在形成的选择性压力则有利于耐药突变株的存活 最终形成优势群体 2 可传递的耐药性 质粒介导的耐药性多重耐药菌株的发现难以用自发突变来解释 1959年发现多重耐药性可由大肠埃希菌传递给志贺菌 首次证实了R质粒的接合传递 几乎所有致病菌均有耐药性质粒 可通过接合 转导 转化的方式传递 环境中的抗生素可促进质粒的扩散及耐药菌的存活 关于基因转移元件的推测 单个基因自发突变 耐药基因 一 钝化酶 modifiedenzyme 的产生耐药菌株通过合成某种钝化酶作用于抗菌药物 使其失去抗菌活性 1 内酰胺酶 lactamase 最主要的灭活酶目前已发现300多种新的种类不断出现对 内酰胺抗生素造成威胁 第二节细菌耐药性产生机制 内酰胺酶的作用位点 内酰胺酶的作用位点 内酰胺酶的抑制作用 单酰胺类 青霉素类 头孢菌素类 内酰胺酶的分类 BushK etal AntimicrobAgentsChemother1995 39 1211 临床关注的主要 内酰胺酶 超广谱 内酰胺酶 ESBLs 高产头孢菌素酶 AmpC酶 碳青霉烯类酶 金属酶及2f组 内酰胺酶 由质粒介导的2be类 内酰胺酶除了能水解青霉素类和一二代头孢菌素外 还能水解三代头孢菌素及单环 内酰胺类氨曲南被 内酰胺酶抑制剂如克拉维酸 CA 所抑制产ESBLs细菌是院内感染的主要致病菌之一 SirotD JAntimicrobChemother1995 36 19 超广谱 内酰胺酶extended spectrum lactamases ESBLs 产ESBLs菌株的耐药特点 细菌一旦产生此类酶 临床上对所有青霉素类 头孢类 1 4代 和单酰胺类抗生素耐药 而对碳青霉烯类和头霉烯类较为敏感 2001 NCCLS 体外对酶抑制剂敏感 但使用酶抑制剂复合药不一定有效 AmpC酶特点 1 往往在抗生素 特别是三代头孢菌素 治疗过程中诱导产生 并有可能选择出持续高产AmpC 内酰胺酶的突变株所有 内酰胺酶抑制剂均不能解决AmpC酶 相反 克拉维酸是强诱导剂 AmpC酶特点 2 突变株不仅对第三代头孢菌素耐药 而且对 内酰胺类抗生素 酶抑制剂复合物也耐药 目前大约30 50 肠杆菌属 弗劳地枸橼酸菌 沙雷菌等高产AmpC酶碳青霉烯是潜在的AmpC酶诱导剂 但对AmpC酶高度稳定 故没有选择去阻遏突变株的作用 产ESBL与AmpC的差别 ESBLAmpC耐药谱多重多重对三代头孢多耐药耐药头孢吡肟多敏感敏感哌酮 舒巴坦大多敏感耐药氧哌 三唑大多敏感耐药头霉菌素敏感耐药碳青霉烯类敏感敏感 2 氨基糖甙类钝化酶可通过羧基磷酸化或羧基腺苷酰化而使药物结构改变 失去抗菌作用 依机理不同分为22种 由于氨基糖甙类抗生素结构相似 常有交叉耐药现象 3 氯霉素乙酰转移酶 chloramphenicolacetyltransferase 由质粒编码 使氯霉素乙酰化而失去活性 以已酰辅酶A为辅酶 可使氨基糖苷类药物如链霉素 卡那霉素等已酰化而完全失活 4 甲基化酶金葡菌质粒可编码一种甲基化酶 使50S亚基中的23SrRNA上的嘌呤甲基化 从而对红霉素耐药 二 药物作用靶位的改变 如青霉素结合蛋白 PBPs 是 内酰胺类抗生素的作用靶位 MRSA菌株除了正常存在的PBP1 4外 尚有一种新的PBP称为PBP2a 具有转肽酶和转糖基酶活性 PBP2a与 内酰胺类抗生素亲和力低 在高浓度抗生素时 正常PBPs失活 PBP2a可代替正常PBPs的功能 参与细胞壁肽聚糖的合成 从此表现出对甲氧西林的耐药性 革兰阴性菌细胞壁外膜屏障作用是由一类孔蛋白 porin 所决定的 大肠杆菌有两个主要的孔蛋白 OmpF和OmpC 孔径分别是1 16nm和1 08nm 每个菌细胞外膜约含105个孔蛋白通道 突变可使孔蛋白丢失或降低表达 均会影响药物从胞外向胞内的运输 铜绿假单胞对抗生素的通透性比其他G 菌差是该菌对多种抗生素固有耐药的主要原因 三 细胞壁通透性的改变 四 主动外排机制 主动外排机制首先在大肠埃希菌中发现 目前在不同细菌中已发现数十种多药主动外排系统 铜绿假单胞菌的主动外排系统包括MexAB OprM MexCD OprJ MexEF OprN MexXY等 外膜通透性下降或主动外排作用是细菌对一些结构互不相同的药物 如 内酰胺类 喹诺酮类 氯霉素 四环素等 产生多重耐药的重要机制 细菌耐药的主要机制 抗生素的渗透障碍12 抗生素作用靶位的改变8 细菌产生 内酰胺酶80 第七章医学微生态学与医院内感染 生态学 ecology 研究生物与环境相互关系的科学 微生态学 microecology 细胞水平或分子水平的生态学 研究微生物在细胞或分子水平上与宿主 环境 相互关系的科学 医学微生态学 研究寄居在人体表和与外界相通的腔道的微生物与微生物 微生物与人体以及微生物和人体与外界环境相互依存 相互制约的学科 概念 一 正常菌群 normalflora 定植于人体表面和与外界相通的腔道粘膜中的细菌 分类 1 按生境分 1 原籍菌 autochthony 常住菌 residentflora 相对固定 伴随终生 密度高 免疫原性低 2 外籍菌 allochthony 暂住菌 transientflora passengerflora 匆匆过客 流动性大 有潜在致病性 2 按关系分 1 共生菌 symbioticflora 与原籍菌有共生关系的细菌 2 寄生菌 parasitismflora 与宿主有寄生关系的细菌 鼻咽腔葡萄球菌 甲 丙型链球菌肺炎球菌 奈氏菌 类杆菌等 外耳道葡萄球菌 类白喉杆菌绿脓杆菌 非致病性分枝杆菌 表皮葡萄球菌口腔甲 丙型链球菌类白喉杆菌 肺炎球菌奈氏菌 乳杆菌 梭杆菌螺旋体 放线菌 白念珠菌 肠道大肠杆菌 产气杆菌 变形杆菌绿脓杆菌 葡萄球菌 厌氧性细菌真菌 乳杆菌 双歧杆菌等 阴道大肠杆菌 乳杆菌白念珠菌 类白喉杆菌非致病性分枝等 皮肽葡萄球菌 绿脓杆菌 白念珠菌丙酸杆菌 类白喉杆菌 非致病性分枝杆菌 人体内正常菌群的分布 眼结膜白色葡萄球菌 干燥杆菌 尿道白色葡萄球菌 类白喉杆菌 非致病性分枝杆菌 二 人体各部位的微生态系微生态系 由正常微生物群与宿主 环境 组成 是宿主常驻微生物群与宿主生态区在长期进化过程中形成的 一 口腔微生态系1 已发现细菌300多种 2 口腔链球菌为优势菌群 约占培养菌总数的60 但口腔不同部位菌群分布不同 3 口腔感染性疾病主要是口腔微生态失调的结果 二 食管与胃1 食管上部微生物群组与口腔接近 下部与胃接近 食管中尚未发现原籍菌 2 胃内原籍菌为乳杆菌 酵母菌和幽门螺杆菌 外籍菌群常被胃酸杀死 三 肠道1 量大 肠道微生物约占人体微生物总量的80 2 细菌为主 占粪便重量的30 40 3 厌氧菌居多 为需氧菌的100 1000倍 4 小肠生态系与大肠生态系 菌量至上而下逐渐增多 结肠微生物群最多 且菌群相对稳定 5 肠道正常微生物群的类型 致病性类型 主要包括韦荣球菌 葡萄球菌 变形杆菌及假单胞菌 菌量少 病理情况下 可大量繁殖而感染致病 互生类型 主要包括双歧杆菌 类杆菌 真杆菌和消化球菌等 数量多 对人体有益 中间类型 主要包括乳杆菌 大肠杆菌 链球菌和韦荣球菌等 既有生理作用 也有致病作用 6 肠道内正常菌群的调节机制 胃酸的作用 多数细菌被杀灭 肠蠕动使大量细菌被排出 肠道分泌物如胆酸 溶菌酶等可抑制细菌生长 微生物群相互作用保持平衡稳定状态 四 阴道常驻菌主要为乳杆菌 肠杆菌 丙酸杆菌等 乳杆菌为优势菌群 健康妇女阴道可分离出约29种微生物 厌氧菌 需氧菌 5 1 五 呼吸道 上呼吸道定植有需氧 微需氧和厌氧菌 有21个菌属 200多种细菌 细菌类型相对稳定 鼻腔液中以厌氧菌为最多 其次为葡萄球菌 鼻窦无菌 鼻咽部和扁桃体可分离到类白喉棒状杆菌和葡萄球菌 气管和支气管仅有少量细菌 且不永久定植 细小支气管以下部位 肺脏和胸腔无菌存在 六 皮肤常驻菌 表皮葡萄球菌 丙酸杆菌 类白喉棒状杆菌 铜绿假单胞菌等 非常驻菌 金黄色葡萄球菌 链球菌 二 微生态失调的分类 一 菌群失调 floradisequilibrium 1 一度失调 潜伏型失调 数量改变2 二度失调 局限型失调 病理波动3 三度失调 菌群失调症 dysbacteriosis 二 定位转移 正常微生物群寄生部位发生改变而发生的微生态失调 异位寄生1 横向转移 原定位 周围环境2 纵向转移 原定位表层 深层 3 血行转移 菌血症4 异位病灶 脓毒血症 二 微生态失调的诱发原因 一 抗生素 长期使用广谱抗生素 导致菌群失调 二 同位素 放疗 化疗 三 手术 四 其他因素 激素疗法 免疫抑制疗法 细胞毒性药物及营养失调等造成的免疫功能低下 第三节机会性感染一 基本概念 一 机会性感染 opportunisticinfection 正常菌群在机体免疫功能低下 寄居部位改变或菌群失调等特定条件下引起的感染 二 机会性致病菌 opportunisticpathogen 能引起机会性感染的所有微生物 二 细菌种类及感染条件 一 常见的机会致病菌 1 大肠埃希菌属 2 克雷伯菌属 3 绿铜假单孢菌属 4 变形杆菌属 5 肠杆菌属 6 沙雷菌属 7 葡萄球菌 CNS 二 感染条件 1 定位转移 大肠杆菌 肠道外感染2 菌群失调 长期使用激素 免疫抑制剂 抗生素等引起 3 免疫功能下降 处于营养不良状态 易发生机会性感染 第四节医院感染 一 概念及特点 一 概念 医院感染 hospitalinfection 医院内感染 nosocomialinfection 医院内获得性感染 hospitalacquiredinfection 指包括医院内各类人群所获得的感染 主要指病人在住院期间又发生的其他感染 二 特点 1 感染的对象包括一切在医院活动的人群 但易感对象为免疫功能低下的患者 2 感染的地点 时间必须发生在医院内 包括出院不久发生的感染 3 病原体主要是机会致病性微生物 4 感染来源以内源性感染为主 5 传播方式以接触为主 6 病原体常为耐药菌 二 分类 一 内源性医院感染 endogenousnosocomialinfection 自身感染 指患者在医院被由于某种原因使自身寄居的正常菌群转变成机会性致病菌或潜伏的致病微生物大量繁殖而导致的感染 二 外源性医院感染 exogenousnosocomialinfection