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医学免疫学与微生物学辅导五第二篇 医学微生物学概 述【学习建议】这部分内容概括性地介绍了微生物和医学微生物学。它主要回答了什么是微生物、微生物有哪些共同特点、按结构不同可将微生物分为几大类型且每型各包括哪些具体的微生物种类等基本问题。同时还简单介绍了微生物与人类的关系、医学微生物学的研究范畴、以及学习医学微生物学的意义。学习这部分内容，需掌握微生物的基本概念、特点和种类；以及病原微生物、正常菌群、条件致病微生物的概念。熟悉微生物的分类及其与人类的关系，正常菌群对人体的益处，条件致病菌的致病条件。了解医学微生物学的研究范畴和学习本门课程的意义。【内容提要】一、 微生物特点：1个体微小：微生物一般指个体小于0.1m的所有小生物, 肉眼看不见,需借助显微镜才能观察到。微生物的测量单位是微米(1m=1/1000mm) 和 纳米(1nm=1/1000m) 。葡萄球菌的直径约1m ，在光学显微镜油镜头下放大1000倍看起来直径恰好是1 mm。 (链接：图1. 葡萄球菌形态)2结构简单：绝大多数微生物（除多细胞真菌）是单细胞生物，病毒甚至无细胞结构。3繁殖迅速：如大肠埃希菌繁殖一代仅需20分钟左右。 单个细菌虽然肉眼看不见， 但经在人工培养基上培养1824小时后可迅速长成一个肉眼可见的细菌集落称为菌落。 （链接：图2.菌落 ）4种类繁多，分布广泛：微生物的种类估计超过40万种，并广泛分布在土壤、水、空气和动植物及人体的体表及人体各种与外界相通的腔道如呼吸道、消化道和泌尿生殖道表面。 (三)种类微生物按有无细胞结构及细胞结构的不同分为三类八种：1真核细胞型微生物：如真菌。真核细胞有完整的细胞核，包括核膜、核仁和染色体；细胞浆里有细胞器，如线粒体、高尔基体、内质网等。2原核细胞型微生物：包括“2菌4体”，即细菌、放线菌、螺旋体、支原体、衣原体和立克次体。3非细胞型微生物：如病毒。病毒无细胞结构，仅由蛋白质包裹核酸组成，不能进行独立的新陈代谢，因此只能寄生在合适其生长的活细胞内生存。近年又发现了比病毒更小的感染因子，如类病毒和朊病毒。如引起疯牛病的感染因子即是一种朊病毒。二、微生物与人类的关系存在于正常人体表面以及与外界相通的腔道表面的一定种类和一定数量的微生物群。正常菌群在与人体之间和正常菌群之间保持平衡时，对人体有益。一旦平衡被打破，将转化为条件致病菌。细菌的形态结构与繁殖代谢【学习建议】第11章细菌的形态结构主要内容包括：细菌的大小和基本形态、基本结构和特殊结构、功能及其医学意义。第12章繁殖代谢主要内容包括：细菌生长繁殖所需的营养物质、培养条件及生长繁殖的方式和速度，以及细菌的代谢产物。通过学习这些章节，我们应掌握的重点和基本知识有：1.细菌的概念、基本形态、革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁构造的区别及其医学意义、细菌的特殊构造及其医学意义。2.细菌生长繁殖的方式、速度、细菌的合成代谢产物的种类和研究意义。应熟悉的基本知识有：1.细菌的测量单位、基本结构、革兰染色法。2.细菌的生长曲线分期及各期特点、细菌分解代谢产物的研究意义及常用检测方法。了解细菌的检查方法、人工培养细菌的基本条件和常用培养基。【重点难点】一. 细菌的形态（一）细菌的基本形态1 球形球菌：球菌呈球形，或类似球形。按其分裂后的排列特点可分为：（1）葡萄球菌（图1. 葡萄球菌）。（2）链球菌（图2. 链球菌）。（3）双球菌（图3. 肺炎双球菌；图4. 脑膜炎双球菌）。2杆形杆菌：各种杆菌的长短粗细差别很大，大多分散排列，如肠道杆菌（图5. 肠道杆菌）。有些杆菌分裂后可以排列成字母状，如白喉杆菌（图6. 白喉杆菌）。有些杆菌分裂后形成侧枝叫做分枝杆菌（图7. 结核分枝杆菌）。有些杆菌可以呈链状排列，如炭疽杆菌（图8. 炭疽杆菌）。3螺形菌：螺形菌的菌体弯曲。分为：（1）弧菌：菌体只有一个弯曲，如霍乱弧菌（图9. 霍乱弧菌）。（2）螺菌：菌体有多个弯曲或扭转，两端钝圆或尖细。螺菌和螺旋体不同，螺菌有坚韧的细胞壁。（3）弯曲菌：菌体呈螺旋状、S形或海鸥状。（图10. 空肠弯曲菌电镜图）。三、细菌的结构（一）细菌的基本结构：基本结构指各种细菌必须具备的与生命活动密切相关的细胞结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质。细胞壁是重点。（图11. 细菌结构示意图。）1细胞壁：细胞壁是位于细菌最外面，紧贴在细胞膜外的一层结构，比较坚韧，有高度弹性。细胞壁的基本化学组成是肽聚糖。G+菌和G菌细胞壁还含有各自独特的成份磷壁酸和外膜。G+菌和G菌的细胞壁结构有很大不同，因此，使得这两类细菌对革兰染色的反应、对作用于细胞壁的抗生素的敏感性、以及两类细菌的致病性均有很大不同。（1）细胞壁的化学组成基本成份肽聚糖: 是原核细胞生物特有的化学物质。由聚糖骨架、四肽侧链和肽桥或肽键(革兰阳性菌相邻聚糖骨架的四肽侧链通过五肽桥连接。葡萄球菌的五肽桥由五个甘氨酸组成。五肽桥的一端连在四肽侧链的第三位赖氨酸上，另一端连在相邻聚糖链上四肽侧链的第四位丙氨酸上，从而构成三维立体网状结构。青霉素、头孢菌素等可抑制五肽桥的连接。革兰阴性菌无五肽桥，相邻四肽侧链直接以肽键相连，构成二维片层结构。)组成。（图12. G+菌肽聚糖构造示意图。）G+菌细胞壁特有的化学组成A.磷壁酸：分壁磷壁酸和膜磷壁酸，是G+菌细胞壁的特有物质，构成G+菌重要的表面抗原，与细菌分型有关。膜磷壁酸可以粘附宿主细胞，与细菌的致病性有关。 B.表面蛋白：某些G+菌细胞壁表面的特殊蛋白，如链球菌的M蛋白，金黄色葡萄球菌的A蛋白（SPA），均与细菌的致病性有关。G+菌细胞壁的主要成分即由肽聚糖构成，可达到50层左右，占细胞壁干重的50%-80%。细胞壁的坚韧性主要与肽聚糖层有关。任何可以破坏肽聚糖结构或抑制肽聚糖合成的物质，如溶菌酶、青霉素、头孢菌素、万古霉素、杆菌肽等物质均可因干扰细菌细胞壁肽聚糖的合成而抑制或杀灭G+菌。人体细胞没有细胞壁，也不含肽聚糖，因此青霉素等抗生素对人体细胞无毒。 G菌细胞壁特有的化学组成外膜: G菌细胞壁肽聚糖含量较少，只有1-2层，只占细胞壁干重的5%-20%。因此，仅靠肽聚糖不足以保护G细菌，甚至不能抵抗革兰染色时95%乙醇的渗入脱色。因此，必须依靠复杂的外膜来保护细菌。外膜由内向外依次又由脂蛋白、脂质双层和脂多糖组成。也有教科书将脂质双层称为外膜，那么，G菌细胞壁的特有结构就包括脂蛋白、外膜和脂多糖。A脂蛋白：由脂质和蛋白质构成。主要作用是连接脂质双层（外膜）并将其固定在肽聚糖层。 B脂质双层（外膜）：与细胞膜化学组成类似，与物质交换有关。 C脂多糖（LPS）：位于脂质双层外侧, 是G菌的内毒素，由内向外依次由脂类A、核心多糖和特异多糖组成。（2）细胞壁的功能 保护细菌。细菌细胞内由于浓集了大量营养物质和高浓度的无机盐，因此渗透压可以达到5-25个大气压，在外界相对低渗的环境中，如果没有坚韧的细胞壁保护，细菌细胞膜会破裂导致细菌死亡。 维持细菌的固有外形。如果以溶菌酶或低浓度青霉素抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成，可使细菌的细胞壁形成缺陷，原来的杆菌可以变为球形。细胞壁有缺陷的细菌也叫L型细菌，是细菌的一种变异现象。L型细菌在体内常常引起慢性感染。 参与物质交换。细胞壁上有许多微孔，允许水分子和小于1nm的小分子物质自由通过。 带有多种抗原决定簇。如磷壁酸是G+菌重要的表面抗原；特异多糖是G菌重要的表面抗原。抗原的生物学意义主要有2点：A. 在体内可刺激机体产生免疫应答，引起免疫保护或免疫损伤效应。B. 在体外可以用来鉴别细菌、诊断细菌感染性疾病。与细菌的致病性有关。如G+菌的膜磷壁酸可以粘附细胞；G菌的内毒素可以引起机体发热、白细胞增多，甚至休克死亡。2细胞膜：位于细胞壁内侧，是紧包在细胞质外面的一层柔软的、富有弹性和半渗透性的生物膜。和真核细胞膜类似，由脂质双层构成，膜里镶嵌着许多具有特殊功能的酶蛋白和载体蛋白。细胞膜是细菌赖以生存的重要结构。它的功能与真核细胞类似，主要有保护细菌、物质交换、生物合成等。 3细胞质：是细胞膜包裹的无色透明的溶胶状物质。(1)化学组成：主要成分是水、蛋白质、核酸、脂类，少量糖类和无机盐。(2)内含物：细菌的细胞质里含有大量核糖体、胞浆颗粒以及质粒。 核蛋白体：又叫核糖体, 是细菌合成蛋白质的场所。沉降系数与真核细胞不同，为70S，是抗生素的作用靶点。 质粒：是细菌染色体以外的遗传物质，由双股环状DNA构成。质粒不是细菌生存所必需的基因，但可编码细菌一些额外的有益于细菌的性状。质粒可在细菌间转移，这是细菌产生耐药性和毒力的重要机制之一。 胞浆颗粒：多数为细菌贮存的营养物质，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。与细菌鉴别有关的胞浆颗粒是异染颗粒。 4核质：由裸露的双股DNA盘绕组成，没有组蛋白包绕，也没有核膜包裹，因此叫核质，或称为拟核。（二） 细菌的特殊构造：特殊结构不是所有细菌都具备，而是某些细菌所特有，一般都与细菌的致病性有关，同时可用于细菌的鉴定。1芽胞：（1）概念：为某些革兰阳性菌如破伤风杆菌、肉毒杆菌等菌体内圆形或卵圆形的强折光性小体。芽胞是细菌在外界不利环境中所形成的有极强抵抗力的休眠体而不是繁殖结构。芽胞高度脱水，具有多层膜结构，在环境适宜时可发芽形成一个菌体。（2）医学意义：芽胞可成为某些外源性感染的传染源，如破伤风。芽胞高度耐热，灭菌应以杀灭芽胞为标准。2。荚膜：（1）概念：某些细菌如肺炎球菌在营养状况好时分泌的包饶在菌细胞表面的粘液状物质。荚膜可帮助细菌抵抗环境中不利因素，如体内吞噬细胞的吞噬杀灭作用。（2）医学意义：抗吞噬作用，增强细菌的致病性。细菌鉴定。通过血清学检测荚膜的抗原性，也可通过形态上的特征鉴定。荚膜一般不易着色，普通染色时可见到菌细胞周围有一个透明圈。3鞭毛：（1）概念：某些弧菌、螺菌、和部分杆菌细胞壁表面的细长弯曲的蛋白丝状物, 数量可以少到一根，也可以多到数百根。鞭毛是细菌的运动器官，构成细菌的H抗原。（2）医学意义：某些细菌如霍乱弧菌的鞭毛可增强其致病性，帮助细菌穿过肠黏膜表面的粘液层, 到达肠黏膜上皮细胞定居、繁殖而致病。通过观察细菌的动力、检测H抗原等方法对细菌进行鉴定、分型。4菌毛：（1）概念：某些细菌菌体表面由蛋白质构成的极其纤细的、短而直的丝状物。按功能分为普通菌毛和性菌毛。普通菌毛是细菌的黏附结构。性菌毛是细菌传递遗传物质的结构。（2）医学意义：与细菌的致病性有关。如淋球菌依靠菌毛黏附在尿道上皮细胞表面，可抵抗尿液的冲刷在局部定居进而繁殖致病。菌毛在电镜下才能观察。四、细菌的生长繁殖与代谢（一）熟悉人工培养细菌需提供的条件1营养物质：（1）水。水是一切生命的源泉，菌细胞的含水量高达80，所以配制培养基需用水，而保持干燥可有效防止细菌生长。（2）碳源。致病菌主要从各种糖中获取碳来合成细胞的原生质，并提供能量。（3）氮源。致病菌主要利用有机氮如氨基酸、蛋白胨获得氮源，用于合成菌细胞内的蛋白质、酶和核酸。（4）无机盐类, 主要包括钾、钠、钙、镁、硫、磷、铁、氯等。（5）生长因子。2合适的酸碱度：病原菌生长的最适pH值为pH7.27.6。 结核杆菌为pH6.56.8 时生长最好。霍乱弧菌在pH8.49.2时生长最好。3合适的温度：病原菌一般最适生长温度为37。4气体：主要是氧气和二氧化碳。根据细菌生长对氧气需求的不同将细菌分为：（1）专性需氧菌：必须在有氧条件下生存，如结核杆菌、绿脓杆菌、霍乱弧菌等。（2）专性厌氧菌：只能在无氧条件下生存，如破伤风杆菌、肉毒杆菌等。专性厌氧菌不能在有氧条件下生存是因为其缺乏某些呼吸酶和超氧化物歧化酶，因此不能氧化有氧环境中氧化还原电势高的物质，同时不能分解有氧代谢时产生的超氧离子和过氧化氢等有毒氧基团。（3）兼性厌氧菌：大多数细菌在有氧和无氧环境中都能生长。如大肠杆菌、葡萄球菌等，既可以在有氧时通过氧化获得能量, 也可在无氧时通过发酵获取能量。 （4）微需氧菌： 如空肠弯曲菌, 只能在含5% O2, 510% CO2时可以生长。(二)掌握细菌生长繁殖的方式和速度1. 细菌的繁殖方式：无性二分裂法。 2. 繁殖速度：细菌由一个细菌分裂变为两个细菌所需时间称为代时。多数细菌如大肠杆菌在最合适的条件下生长时，代时仅需要2030分钟。结核杆菌的代时需18小时。单个细菌经人工培养1824小时左右可繁殖形成肉眼可见的细菌集落称为菌落。 3. 细菌群体生长繁殖的规律：细菌生长曲线。研究细菌的最佳时期是对数生长期，培养时间为1824小时左右。 （1）迟缓期：细菌刚接种到培养基内的14h内，细菌的数量没有增加，但代谢活跃。（2）对数生长期：细菌以恒定的速度快速生长，细菌数量呈指数直线上升，并表现出典型的生物学特性，是研究细菌的最佳时期。这段时间一般可持续10小时左右。（3）稳定期：由于培养基内营养物质的消耗，细菌代谢产物中毒性物质累积和酸性产物的积聚使pH值下降，细菌的生长速度逐渐下降，部分细菌开始死亡。细菌总数虽然稍有增加，但活菌数开始下降。稳定期是收获细菌各种代谢产物的最佳时期。（4）衰亡期：由于缺乏营养、气体和毒性产物的积聚，细菌大量死亡，活菌数迅速减少。此期细菌的形态显著改变，细胞壁缺陷可以使菌细胞发生肿胀、变形，甚至有些细菌发生自溶。（三）细菌的代谢产物及研究意义1细菌合成代谢产物与医学意义（1）与致病性有关的代谢产物：毒素、侵袭性酶、热原质。（2）与细菌鉴定有关的代谢产物：细菌素、色素。（3）可供人体利用的代谢产物：抗生素、维生素。2细菌分解代谢产物与细菌的生化反应（1）糖代谢产物的检测试验：糖发酵试验、VP试验、甲基红试验。（2）蛋白质代谢产物的检测试验：吲哚试验、硫化氢试验。 【要点分析】 1革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁构造的区别：这里既包含肽聚糖构造的区别，也包括各自特有成份的区别。注意答题时不要遗漏。2革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁肽聚糖构造的区别。答题时只要答出肽聚糖四肽侧链的连接方式不同和肽聚糖含量不同即可，不必答各自的特有成分磷壁酸和脂蛋白、外膜、脂多糖。 3细菌特殊构造做名词解释时，一定要说明是某些细菌特有的构造，以示和基本构造区别。如解释荚膜，应包括概念、生物学意义（或医学意义）、举例。 4细菌的芽胞其本质是有抗性的休眠体，而非繁殖结构。而真菌的孢子是繁殖结构。注意两者概念上的区别。5细菌的特殊构造中, 可在光镜下观察的有荚膜、鞭毛和芽胞，而菌毛只能在电镜下观察。因此一般菌毛不作为细菌形态鉴别的依据。6细菌的特殊构造中, 与细菌侵袭力有关，即可帮助细菌在机体内扩散的有荚膜、鞭毛和菌毛，而芽胞不具备侵袭力，但可作为某些外源性感染的传染源，如破伤风、肉毒中毒等。【小结】细菌是具有细胞壁的单细胞原核生物，基本形态有球形、杆形、螺形。一般球菌的大小为1mm，杆菌长25mm。细菌通过无性二分裂法繁殖。人工培养细菌需提供水、碳源（糖）、氮源（氨基酸）、无机盐等基本营养物质，pH7.4, 置37温箱培养1824小时。研究细菌的最佳时期是处于对数生长期的细菌。细菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质。细菌细胞壁的基本成份是肽聚糖，由聚糖骨架、四肽侧链、肽桥或肽键构成。G+菌和G菌肽聚糖的构成区别主要有二点：四肽链的连接方式：G+菌的四肽链以五肽桥相连，构成三维立体结构，G菌的四肽链直接以肽键相连，构成二维片层结构。肽聚糖的含量：G+菌细胞壁肽聚糖含量可达50层左右，G菌只有12层。正是这些差别使得这两类细菌对作用于细胞壁的抗生素的敏感性不同。G菌因含肽聚糖含量很少，又没有五肽桥，因此对溶菌酶、青霉素等抗菌物质不敏感。 G+菌细胞壁特有成分是磷壁酸。 其中膜磷壁酸可帮助G+菌粘附宿主细胞，增强细菌的毒力，还构成G+菌重要的表面抗原。 G菌细胞壁特有成分包括脂蛋白、外膜和脂多糖（LPS）。其中，LPS是G菌的内毒素, 由脂类A、核心多糖和特异多糖构成。脂类A是LPS的毒性部位。特异性多糖构成细菌的菌体抗原，也叫O抗原。 G+菌和G菌细胞壁构造的区别造成这两类细菌对革兰染色反应、致病性、以及对抗生素的敏感性等方面的差异。细菌的特殊构造包括芽胞、荚膜、鞭毛、菌毛。特殊构造的生物学意义有二点：增强细菌的致病性，与细菌的毒力有关。如荚膜可抗吞噬, 菌毛可粘附细胞，鞭毛可帮助细菌穿过黏膜粘液层，到达上皮细胞表面。芽胞可成为某些传染病的传染源。鉴定细菌：可通过镜下的形态特征、动力实验，或是通过检查抗原性鉴别细菌。细菌的生长所需营养物质共5类：水、碳源、氮源、无机盐、生长因子。细菌以无性二分裂法繁殖，繁殖一代约需20分钟左右。细菌的合成代谢产物包括有致病作用的毒素和侵袭性酶、热原质；可用于细菌鉴定的细菌素和色素；以及可被宿主利用的抗生素和维生素。细菌分解代谢产物主要用来鉴定细菌。图1 葡萄球菌图2链球菌图3肺炎链球菌图4脑膜炎双球菌图5肠道杆菌图6白喉杆菌图7结核杆菌图8炭疽杆菌图9霍乱弧菌图10空肠弯曲菌图11细菌基本构造图12 G菌肽聚糖构造第13章 细菌的遗传与变异【学习建议】本章内容介绍了细菌遗传和变异方面的基本知识。由于细菌是单细胞生物，繁殖迅速，代谢活跃，极易受到外界因素的影响发生变异并表现出来，因此对临床感染性疾病的诊断、治疗和预防都有不可低估的影响。通过学习本章, 我们应掌握参与细菌遗传变异的物质种类、噬菌体和质粒的概念。熟悉细菌变异的常见现象及其实际意义，尤其是细菌耐药性变异和毒力变异对医学实践的意义及实例，以及F菌、F菌和F质粒的概念、基因重组的四种方式：转化、转导、溶原性转换和接合的基本概念。了解细菌变异的机制。【内容提要】一、参与细菌遗传变异的物质（一）细菌的核质：由裸露的双股DNA盘绕组成，编码细菌生命必须的遗传性状。（二）细菌的质粒：质粒是独立于细菌染色体外的遗传物质，由双股环状DNA组成。质粒控制细菌非生命必需的遗传性状，并可自行复制、传代、通过转换、接合和转导方式在细菌间转移。接合性质粒如F质粒通过接合方式在细菌中转移；非接合性质粒如较小的耐药性质粒可通过噬菌体转导在细菌中转移。（三）噬菌体：是一类侵袭细菌、螺旋体、真菌等微生物的病毒。根据噬菌体感染宿主菌后是否裂解宿主菌分为毒性噬菌体和温和噬菌体。二、细菌变异的机制（一）基因突变1突变的类型：（1）点突变：DNA核苷酸序列中个别碱基的置换、插入或缺失导致个别基因的改变所产生的遗传性状改变。（2）染色体突变：大段核苷酸序列的插入、缺失或易位引起多个基因改变所产生的遗传性状改变。（二）细菌基因转移的方式：（1）转化：受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段而获得新的遗传性状。（2）转导：受体菌通过温和噬菌体获取供体菌的DNA片段而获得新的遗传性状。（3）接合：受体菌通过性菌毛获取供体菌的DNA片段而获得新的遗传性状。（4）溶原性转换：温和噬菌体的DNA片段整合在宿主菌的染色体上导致细菌的遗传性状发生改变。三、熟悉常见细菌变异现象及实际意义（一）毒力变异: 包括毒力降低和毒力增强。1毒力降低：通过人工诱导细菌发生毒力降低的变异，可制备人工减毒活疫苗用于人工自动免疫，预防传染病的发生。如卡介苗，是将有毒的牛型结核杆菌在体外历经13年230代的连续培养而获得的毒力减低而抗原性不变的变异株，可用于预防结核病。2. 毒力增强：多见于细菌获得质粒或前噬菌体后毒力增强，由不产毒素的变为可产毒素的细菌。如无毒株白喉杆菌感染了-棒状杆菌噬菌体成为溶原性白喉杆菌后毒力增强, 可产生白喉毒素。类似的例子还可见于金黄色葡萄球菌、乙型溶血性链球菌和大肠杆菌，都可通过溶原性转换或通过获得质粒而产生编码毒素、黏附因子等致病物质的能力，从而大大加强了致病性。(二) 耐药性变异1基本概念：细菌的耐药性变异可严重影响临床感染性疾病的治疗效果。最易产生耐药的细菌当属金黄色葡萄球菌、痢疾杆菌、结核杆菌等。2细菌耐药性变异产生的主要原因(难点)：（1）基因突变。基因突变导致的耐药性变异是细菌自发产生的，与细菌是否接触过抗生素无关。当使用抗生素时，大量敏感菌株被杀死，耐药菌株则被保留。因此, 抗生素只是起选择作用, 而非诱导作用。临床应用抗生素应严格掌握适应症，避免滥用抗生素，可减少耐药菌株的比例。 （2）R质粒的转移：接合性R质粒通过性菌毛接合在细菌间传递。非接合性R质粒通过噬菌体转导在细菌间传递。多个R质粒还可在细菌间重新组合。这是细菌耐药性迅速增长和获得多重耐药的重要原因。R质粒携带的耐药基因通常是转座子，多个转座子相邻连接可造成细菌的多重耐药。严格控制医院内感染，防止交叉感染，是避免耐药性质粒在细菌间传播，减少耐药菌株的重要措施。 ( 3 ) 细菌产生诱导酶：不规则应用抗生素，可诱导细菌产生酶降解抗生素。如金黄色葡萄球菌受青霉素的诱导可产生内酰胺酶，降解青霉素的内酰胺环而灭活青霉素，使细菌产生耐药性。因此临床应用抗生素除了应严格掌握适应症外，治疗感染性疾病应选用敏感抗生素、足够剂量、完整疗程进行正规治疗。用量不足、过早停药、间断用药，不但杀不死细菌，反而诱导细菌产生耐药性变异。对需长期用药的慢性感染、严重感染或混合感染，应采取联合用药、交替用药，以减少耐药菌株的产生。 （三）抗原性变异F菌（雄性菌）性菌毛F菌（雌性菌）图1. 细菌接合图2. 噬菌体（电镜图） 细菌在发生形态结构变异和菌落变异时，常常伴随抗原性的变异。如L型变异、SR变异、HO变异等。肠道杆菌发生SR变异时，细菌失去O特异多糖抗原。有鞭毛细菌发生HO变异时，失去了H 抗原即鞭毛抗原。有荚膜的细菌如肺炎球菌在体外培养时丢失荚膜同时也失去了荚膜抗原。熟悉细菌的变异现象和机制，主要是可以帮助我们在临床诊断中识别变异菌株，提高诊断的正确率，减少误诊和漏诊。进行抗菌治疗时，应选用敏感抗生素，足量、联合应用，以减少耐药菌株的产生。另外，利用细菌的变异性，人工诱导细菌发生毒力减低变异，可用来制备预防疾病的疫苗。【本章小结】细菌细胞膜噬菌体头部噬菌体尾部图3. 噬菌体吸附细菌（电镜图） 图4.毒性噬菌体裂解细菌 遗传变异是一切生物的普遍规律，细菌也不例外。参与细菌遗传变异的物质有细菌的核质、质粒和噬菌体。细菌核质中DNA结构的改变导致细菌发生遗传性状的改变称为基因突变。细菌核质、质粒和噬菌体的DNA片段通过转化、接合、转导和溶原性转换等方式从供体菌转移给受体菌并使受体菌发生遗传性状的改变称为基因的转移和重组。细菌的基因突变或基因的转移和重组可以产生突变株或重组体，使细菌发生抗原性、耐药性和毒力等诸多性状的改变，导致临床感染性疾病的诊断、治疗和疫苗制备的困难。细菌形态结构的变异如L型变异、HO变异、荚膜变异和菌落的变异（SR变异）往往是由于环境因素的改变使细菌发生表现形式的变化而未引起基因型的改变。当引起这些变化的不利环境因素去除后，细菌还可恢复原来的性状。这种变异称为表型变异，不可遗传。了解细菌遗传变异的知识，可以帮助我们提高感染性疾病的诊断正确率；指导我们正确使用抗生素减少耐药菌株的产生；人工诱导细菌发生毒力减低变异，用于制备减毒活疫苗用于预防传染病。第14-15章 细菌的致病性与抗菌免疫【学习建议】第14章是细菌学部分的重要章节，介绍了细菌致病性方面的知识。第15章介绍了机体的抗菌免疫。通过学习这两章内容，我们对细菌致病性的有关因素、包括细菌和机体两方面的各种因素，应有一个整体认识。细菌方面最重要的因素是细菌的毒力。我们应掌握细菌毒力、侵袭力的构成因素（物质基础）、内毒素和外毒素的来源、特点及毒性作用、重要的侵袭性酶类的名称、毒性作用及来源、以及菌血症、毒血症、败血症、脓毒血症的概念。熟悉感染的类型、感染的来源和侵入途径。了解细菌毒素的作用机制。与致病性有关的机体因素主要取决于抗菌免疫功能是否正常，我们应掌握机体抗菌免疫的组成、吞噬细胞的种类和吞噬结果。熟悉体液免疫和细胞免疫的抗菌作用特点。【重点难点】 一、细菌的致病性细菌侵入宿主机体生长并引起宿主疾病的性能称为致病性。具有致病性的细菌称为致病菌或病原菌。不同的致病菌引起机体不同的病变，比如：结核杆菌引起结核病、伤寒杆菌引起伤寒、痢疾杆菌引起痢疾。因此，致病性表示了细菌的种的特征。细菌是否具备致病性取决于2点：（1）细菌是否具有侵袭力，可以突破机体的防御机能在体内定居及生长繁殖。（2）细菌是否能产生毒性代谢产物造成宿主组织细胞的损伤。这2点即构成了细菌的毒力。细菌侵入后是否一定引起机体患病？即致病性能否实现，虽主要决定因素是细菌的毒力，但还取决于细菌的入侵数量、合适的入侵途径、以及机体的免疫状态。毒力强的细菌比如结核杆菌，经呼吸道吸入，只要1-10个细菌就可以引起疾病，最常引起的是肺结核。而伤寒杆菌经口食入，需要约10万个细菌才引起疾病。破伤风杆菌虽然可以引起死亡率很高的破伤风，但必须是经有厌氧环境的伤口感染，如果是经口食入则不引起感染。机体的免疫功能正常时，很多感染通常不出现症状，以隐性感染为主。而机体免疫功能下降或缺陷时，甚至体内正常菌群也可引起严重感染。如艾滋病患者，常常死于条件致病菌引起的机会感染。二、细菌的毒力 毒力表示的是细菌致病性的强弱程度，可以用半数致死量（LD50）或半数感染量（ID50）来表示毒力的强弱。不同种类的细菌由于细菌的结构、代谢能力和毒性产物的不同，毒力有很大差异。即使是同种细菌不同菌株之间，毒力也有差异。比如大肠杆菌、白喉杆菌都有产毒株和不产毒株之分。细菌毒力主要与细菌侵袭力和细菌毒素有关。（一）侵袭力主要与菌体表面结构和侵袭性酶有关。1菌体表面结构：与侵袭力有关的菌体表面结构主要有两类：（1）具有粘附作用的表面结构菌毛（G菌）和膜磷壁酸（G菌）等。细菌侵入机体，首先必须附着在细胞表面，获得立足之地，才能生长繁殖，引起感染。G致病菌大多借助菌毛粘附在易感细胞表面。G菌如A族链球菌表面的膜磷壁酸、M蛋白，有着类似菌毛的粘附作用, 可与口腔粘膜及皮肤上皮细胞，以及各种血细胞表面的受体结合而定居，进而引起疾病，如咽炎、皮肤化脓感染、败血症等。细菌粘附在体表或细胞表面后，可以三种不同方式引起致病：A. 在细胞表面生长繁殖，不侵入细胞内, 不引起明显的细胞损伤，但产生毒素作用于细胞，使细胞功能紊乱，如霍乱弧菌引起的霍乱，并无肠粘膜细胞的损伤，而只有细胞分泌功能的亢进，所以表现为大量水样腹泻。 B侵入表层细胞内生长繁殖，产生毒素，造成浅表组织细胞的损伤（溃疡），但不再进一步侵入深部组织和血液，如痢疾杆菌引起的痢疾，因为有肠粘膜上皮细胞的损伤，所以表现为脓血便。 C由表层细胞进一步侵入深层组织，甚至侵入血液向全身扩散，引起全身感染。如金黄色葡萄球菌引起的败血症、伤寒杆菌引起的肠热症。（2）具有抗吞噬作用的表面结构荚膜、微荚膜、SPA等。细菌侵入体内后，会受到体内吞噬细胞的捕捉和吞噬消灭。只有能抵抗吞噬作用的细菌才能在体内生存。以荚膜为主要致病物质的细菌最典型的是肺炎球菌。有荚膜的肺炎球菌不到10个注入小鼠腹腔就可以使小鼠死亡。而无荚膜的肺炎球菌需一万个才能杀死小鼠。荚膜抗吞噬的机理主要是表面光滑，不易捕捉，再就是荚膜与吞噬细胞所带电荷相同，同性相斥。乙型溶血性链球菌表面的M蛋白、伤寒沙门菌的Vi抗原和大肠艾希菌的K抗原类似微荚膜，都有抗吞噬的作用。金黄色葡萄球菌表面蛋白A（SPA）也有抗吞噬作用。它可以和抗体IgG的Fc段结合，与吞噬细胞竞争结合抗体的Fc段，抑制了抗体对吞噬细胞的调理促吞噬作用。2侵袭性酶：与细菌侵袭力有关的另一重要因素是侵袭性酶。细菌突破体表的防御机能，进入体内后，还受到细胞之间结缔组织的隔离和其他因素的限制而不能任意扩散。毒力强的细菌能产生一些胞外酶水解组织细胞间的基质透明质酸、胶原蛋白、以及溶解纤维蛋白等，帮助细菌在体内扩散，这些酶就称为侵袭性酶。侵袭性酶是细菌的合成代谢产物之一，重要的侵袭性酶有：血浆凝固酶、透明质酸酶、链激酶、胶原酶。（二） 细菌毒素： 细菌毒力的另一重要构成是细菌的毒素。细菌毒素是细菌合成的与致病性有关的重要代谢产物。根据毒素的来源、化学性质、毒性作用的不同，可分为两类：内毒素和外毒素。 1内毒素：毒性作用：由于革兰阴性菌的脂类A化学组成都类似，因此不同种G菌所引起的内毒素中毒表现大致相同：主要症状有：发热、白细胞反应、内毒素性休克和弥漫性血管内凝血(DIC) 2外毒素：外毒素毒性强烈，并且选择性作用于易感组织细胞，即不同细菌产生的外毒素其毒性作用是不同的。三、细菌感染的来源及侵入途径 什么叫感染？感染，也叫传染，是细菌侵入机体后与宿主的防御系统相互作用而产生的不同程度的病理过程。（一）感染的来源1外源性感染：致病菌由外界侵入体内引起的感染。发生外源性感染必定存在着感染源或称为传染源，而细菌的入侵也有一定的途径和方式。（1）传染源：主要有病人、带菌者以及患病或带菌动物。值得一提的是医护人员中的健康带菌者作为传染源的重要性。 （2）感染的方式与途径：发生外源性感染时细菌侵入机体的途径主要有：A经呼吸道感染：病人或带菌者咳嗽、打喷嚏、大声说话、随地吐痰等，都可将病菌喷洒在空气中。如开放性肺结核患者24小时痰中可排出结核杆菌一千万个左右，而结核杆菌可在干燥的痰中存活6-8个月，保持感染性8-10天。因此，应制止随地吐痰。 另外，军团菌广泛存在于各种水环境中，如空调冷却水中、热水管道、淋浴喷头、雾化吸入治疗仪的水里等，在机体抵抗力降低时，可以经呼吸道吸入含嗜肺军团菌的微小水滴（气溶胶）引起军团菌肺炎。 通过呼吸道侵入机体引起感染的细菌还有引起肺炎的肺炎球菌、引起咽炎、猩红热的链球菌、以及白喉杆菌、脑膜炎球菌、百日咳杆菌等。B消化道感染：主要指经粪-口途径引起的感染。人类和动物肠道内的致病菌或正常菌群中的细菌可以通过粪便排出体外，并可以通过粪便污染食物、手和水源而引起流行。C接触感染：与患者或带菌动物密切接触也可以引起传染病。D创伤感染E.节肢动物叮咬感染: 如鼠疫杆菌可经鼠蚤叮咬引起人类感染。2内源性感染：是指机体抵抗力下降，由体内正常菌群或隐伏的病原菌引起的感染。如AIDS患者，由于免疫系统的破坏，对正常人无明显致病作用的白色念珠菌可以引起严重感染。(二)感染的类型隐性感染、显性感染、带菌状态 根据细菌和机体之间力量的较量，感染可分为三种类型：隐性感染、显性感染和带菌状态。 1隐性感染：机体抵抗力强，侵入的病原菌数量少，毒力低，很快被免疫系统清除，不出现明显的临床症状，但可获得免疫力。结核杆菌、白喉杆菌、脑膜炎球菌的感染主要以隐性感染为主。 2显性感染：急性感染-起病急，持续数日或数周，如脑膜炎球菌、霍乱弧菌的感染。慢性感染-起病缓慢，持续数月甚至数年，如结核杆菌、麻风杆菌引起的感染。局部感染-病原菌局限在入侵局部，如金黄色葡萄球菌引起的疖、毛囊炎等。全身感染-病原菌或其代谢产物由入侵局部扩散至全身。全身感染的几种类型：菌血症、败血症、脓毒血症和毒血症。前三种类型的感染都有细菌侵入血流，但严重程度不同。毒血症一般只有毒素入血，而细菌不入血。l 菌血症：病原菌由局部侵入血流，但未在血液中大量繁殖，血液只是起运载工具，将细菌播散到全身。l 败血症：细菌在血液中大量繁殖并产生毒性物质，引起全身中毒症状，如高热、皮肤出血点、肝脾肿大，休克等。l 脓毒血症：化脓性细菌如金黄色葡萄球菌进入血流大量繁殖后，又播散到其他组织器官引起新的化脓性感染，如膈下脓肿、肝脓肿、肾脓肿、肺脓肿等。l 毒血症：细菌在入侵局部生长繁殖，产生的毒素入血到达易感组织细胞引起特定病变，如破伤风杆菌产生的痉挛毒素，白喉杆菌产生的白喉毒素，志贺痢疾杆菌产生的志贺毒素等，都是由细菌在生长局部产生，通过血液播散到毒素特定的易感组织产生毒性作用。但霍乱弧菌的肠毒素不入血。 3带菌状态和带菌者：体内带有病原菌，并不断或间歇向体外排出，称为带菌状态。处于带菌状态的人就叫带菌者。带菌者是重要的、隐蔽的传染源。带菌者可分为：l 健康带菌者：主要是隐性感染者，尤其是医务人员中的带菌者，往往可造成病人之间的交叉感染。l 恢复期带菌者：主要见于伤寒、痢疾等传染病。如伤寒痊愈后，仍有部分患者可由粪便或尿液排菌。排菌3周-3个月，称为恢复期带菌者。l 慢性带菌者：主要见于伤寒、痢疾等传染病。排菌时间超过一年以上，称为慢性带菌者，伤寒病后约有3%患者成为慢性带菌者，是重要的传染源。四、机体抗菌免疫(一) 非特异性免疫 1屏障结构抗感染的第一道防线 （1）皮肤粘膜屏障人类的体表和与外界相同的腔道如呼吸道、消化道、泌尿生殖道的表面都覆盖着一层完整的皮肤或粘膜，构成机体的体表屏障，是机体抵御外来病原菌入侵的第一道防线。它的防御作用主要表现在以下三方面：机械性阻挡与排除作用；分泌杀菌物质；正常菌群的拮抗作用。 （2）血脑屏障可以有效地阻挡来自血液的细菌或其毒素侵入脑组织，保证脑组织不受感染。血脑屏障随年龄增长而逐渐成熟。婴幼儿的血脑屏障往往发育不完善，因此容易发生中枢神经系统的感染。 （3）胎盘屏障胎盘屏障不妨碍胎儿从母体血液中获取营养，但可以阻止来自母体血液中的病原菌和毒素侵犯胎儿，保护胎儿的正常生长。但是在妊娠的头三个月，胎盘屏障发育不完善，因此怀孕的前三个月孕妇若感染病原菌，可以通过胎盘危及胎儿，造成胎儿的先天感染、畸形、甚至死亡。 2吞噬细胞抗感染的第二道防线细菌若通过皮肤、粘膜进入体内，会受到组织中吞噬细胞的攻击和吞噬。因此，吞噬细胞是抵御细菌的第二道防线。 （1）吞噬细胞种类：分为两类：小吞噬细胞和大吞噬细胞。 小吞噬细胞：是血液中的嗜中性粒细胞。是最先迎战细菌的先锋。 大吞噬细胞：包括血液中的单核细胞和组织中的巨噬细胞。单核细胞在血液中停留23天后，就从血管内逸出到组织中继续发育成熟为固定的或可以游走的各种不同类型的巨噬细胞，如肝脏中的枯否细胞、肺脏中的尘细胞、神经组织中的胶质细胞等。血液中的单核细胞和组织中的巨噬细胞构成单核吞噬细胞系统。 （2）吞噬作用的后果： 完全吞噬：化脓性球菌被吞噬后，510分钟内死亡，3060分钟被消化。在临床表现为隐性感染或急性感染。 不完全吞噬：有些细菌，如结核杆菌、布氏杆菌、军团菌、伤寒杆菌、麻风杆菌等毒力强的胞内寄生菌，在尚未建立特异性免疫的时候被吞噬细胞吞噬后可不被杀灭，反而在吞噬细胞内生存，得到保护，并随吞噬细胞的游走在体内扩散。在临床多表现为慢性感染。这些细菌可以抑制吞噬细胞的吞噬消化功能。如结核杆菌菌体成分中的硫酸脑苷酯可以抑制吞噬体和溶酶体的融合，使溶酶体内的各种杀菌物质不能向吞噬体中释放，因此结核杆菌虽然被吞噬，但却无法对它进行消化和降解。军团菌也是典型的胞内寄生菌，它被吞噬细胞吞噬后，可将其细胞壁表面的脂多糖插在吞噬体膜表面，抑制吞噬体和溶酶体的融合，从而抑制了吞噬细胞的消化杀菌作用。 3体液中抗菌物质补体 体内抗菌的第二道防线除了吞噬细胞外，还有体液中的杀菌物质。其中最重要的是补体系统。（二）特异性免疫特异性免疫是指个体在出生后，由于隐性感染或患病、或通过免疫接种而获得的对某种特定病原菌的免疫力，也叫获得性免疫。与非特异性免疫相比，特异性免疫不是生来就有的，也不是针对所有病原菌的，而是受到某种特定病原菌对免疫系统的刺激，产生免疫应答的结果。因此，特异性免疫具有特异性和记忆性，受相同病原菌抗原的再次刺激，可以使免疫力增强。也就是说，得过伤寒的人，或者种过伤寒菌苗的人，才对伤寒杆菌有免疫力，再次遇到伤寒杆菌的袭击时，因为已有抵抗力而不会得伤寒。因此，特异性免疫是抗感染的重要因素，也是预防接种的物质基础。 特异性免疫又可分为体液免疫和细胞免疫。 1体液免疫的作用：体液免疫是以抗体为主的免疫。机体受病原菌感染后，可以产生各种类型的抗体，与抗感染有关的抗体类型主要是IgG、IgM、sIgA，这些抗体主要针对胞外寄生菌如化脓性球菌和毒素。抗体的主要作用有四点： （1）中和细菌外毒素。机体受细菌外毒素刺激，或预防接种类毒素，体内都可以产生针对毒素的特异性IgG类抗体，称为抗毒素。抗毒素和相应毒素结合后，可以阻止游离毒素与易感细胞表面受体结合，使游离毒素失去毒性。抗毒素的这种作用称为中和作用。被抗体结合的毒素和抗体形成抗原抗体复合物后，可被吞噬细胞吞噬清除。一旦毒素已和细胞结合，抗毒素的中和作用就无法发挥。因此，临床治疗破伤风、白喉等以强烈外毒素致病的细菌感染时，一定要早期、足量应用抗毒素做被动免疫，而不能等待体内自行产生抗毒素。 （2）抑制细菌粘附。痢疾杆菌、淋球菌、致病性大肠杆菌等主要靠菌毛粘附在粘膜上皮细胞表面才能引起致病。特异性菌毛抗体如粘膜局部的分泌型IgA（sIgA）可抑制细菌的粘附而阻止感染的发生。 （3）调理促吞噬。l IgG类抗体Fab段结合细菌抗原后，可以直接通过Fc段，和吞噬细胞表面的Fc受体结合，形成抗体桥加强吞噬细胞的吞噬功能。l IgM类抗体的Fc段虽然不能直接和吞噬细胞结合形成抗体桥，但抗体Fab段结合细菌抗原后，可以激活补体，通过补体的C3b片段结合吞噬细胞，起到连接细菌和吞噬细胞的作用，加强吞噬细胞的吞噬和杀菌功能。IgG类抗体也可通过补体发挥调理作用。 （4）介导杀伤和溶解细菌。单独的抗体本身不能溶解和杀伤细菌。但抗体与细菌结合后，可以限制细菌的活动，通过激活补体裂解细菌，或者通过巨噬细胞的吞噬，杀灭细菌。 2细胞免疫的作用：有些细菌如结核杆菌、布氏杆菌、军团菌等，被巨噬细胞吞噬后可不被杀灭，反倒可以在巨噬细胞内生存。抗体对这类胞内寄生菌无能为力，因此主要依靠细胞免疫对付这类感染。发挥细胞免疫的细胞主要有两类：细胞毒T细胞，即Tc细胞，炎性T细胞，即Th1细胞。【难点分析】1细菌的致病性和毒力：细菌的致病性表示的是细菌可以引起机体患病的性能，是细菌种的特征。细菌毒力表示的是细菌致病性强弱的程度，是量的概念。细菌是否具备致病性，主要取决于细菌的毒力，包括是否具备侵袭性结构和是否产生毒素及侵袭性酶。细菌能否引起机体患病，则除去细菌毒力因素外，还取决于细菌的入侵数量、合适的入侵途径和机体抵抗力。2致病菌和条件致病菌：致病菌通常具备较强毒力，引起外源性感染，存在传染源。致病菌的毒力可以通过基因重组、质粒传递和溶原性噬菌体引起的溶原性转换等增强。条件致病菌通常是体内正常菌群，引起内源性感染，不存在外源性的传染源。条件致病菌致病的诱因往往是机体抵抗力下降、异位寄生和菌群失调，并不存在细菌毒力的增强。3菌血症和败血症：菌血症只是细菌一过性的通过血流由入侵局部传播到体内其他器官和组织，细菌并不在血液中大量繁殖。败血症是细菌在血液中大量繁殖，产生毒性代谢产物，引起严重的全身中毒症状。4毒血症和脓毒血症：毒血症是细菌产生的毒素进入血液播散到易感组织和细胞，而细菌一般不入血，仅在入侵局部生长繁殖。脓毒血症是化脓性细菌侵入血液播散到体内其他组织和器官中大量繁 殖，产生新的化脓性病灶。 5外毒素和内毒素的主要区别：毒素 来源成分理化特性抗原性甲醛脱毒毒性作用特点内毒素 G菌细胞壁裂解释放脂多糖稳定，耐热弱不可较弱，无特异性外毒素 G菌及少数G菌分泌蛋白质不稳定，不耐热强可制备类毒素强，有组织细胞特异性 6抗菌免疫：机体抗菌免疫有三道防线。第一道防线是屏障结构，包括体表屏障和体内屏障。第二道防线是体内的吞噬细胞和体液中的抗菌物质。这二道防线属于非特异性免疫。第三道防线是特异性免疫，包括体液免疫和细胞免疫。体液免疫主要针对胞外寄生菌和外毒素，抗体的作用主要有抗毒素、抗细菌粘附、调理、加强吞噬细胞的吞噬功能，以及在补体和巨噬细胞的协助下，杀灭细菌。体液免疫效果快而有效，临床多见于急性感染的恢复。细胞免疫主要是以Tc细胞对靶细胞的直接杀伤和以Th1细胞释放各种淋巴因子，扩大和强化免疫效应，引起炎症反应为主。细胞免疫主要针对胞内寄生菌，不如体液免疫有效，临床常表现为慢性感染，而且细胞免疫常与免疫病理反应，即IV型超敏反应同时存在，即Tc细胞在杀伤胞内寄生菌时，连同细菌寄生的细胞也一同杀死。机体抗细菌感染的特异性免疫是建立在非特异性免疫的基础之上的。两者互相协同，互相促进。如特异性免疫中的抗体单独和细菌抗原结合，并不能杀死细菌，必须通过激活补体、或是结合巨噬细胞，才能杀死细菌。又如非特异性免疫中的巨噬细胞在无特异性免疫的情况下，往往不能杀灭被吞噬的结核杆菌、伤寒杆菌等胞内寄生菌，造成不完全吞噬、细菌扩散。当特异性免疫产生后，在细胞因子和抗体的趋化、调理等作用下，巨噬细胞的吞噬功能大大加强，可变不完全吞噬为完全吞噬。7吞噬杀菌过程：吞噬细胞