细菌的形态与结构医学

细菌学 细菌的形态与结构 教学目标 掌握细菌的基本结构 特殊结构及其生物学意义 熟悉细菌的大小和形态 细菌的检查方法 了解细菌L型及其医学意义 思考 何为细菌 他长什么样 我们该如何在实际工作中灵活运用细菌的形态和结构 有什么方法可检测到这些特征 细菌的数量占到了人体所有活细胞的90 每一个人的身体中大概有500 1000种不同种类的细菌 他们在成人体内可繁殖出大约100万亿个体细胞 大约是一个人全部体细胞的10倍 细菌战细菌战亦称 生物战 1935年至第二次世界大战期间 日本帝国主义曾先后在我国多地建立制造细菌武器的专门机构 在我国浙江 湖南及江西等地撒布鼠疫和霍乱等病菌 以致造成这些疾病的发生和流行 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时 用抛石机将患鼠疫而死的人的尸体抛进城内 这是人类历史上第一次细菌战在欧洲 使鼠疫猖獗了3个世纪 夺去了2500万余人的生命 细菌 bacterium 广义 所有原核细胞型微生物 共性 单细胞 原始核质 二分裂 对抗生素敏感 一类具有细胞壁的原核单细胞微生物 是原核细胞型微生物的典型代表 在一定条件下有相应恒定的形态和结构 狭义的细菌 指真细菌中性状最具代表性 量最大的一群单细胞微生物 1 测量单位 微米 m 第一节细菌的大小与形态 大小 测量细菌大小用测微尺在显微镜下进行 2 不同种类细菌及同种细菌不同时期大小不同 1 营养丰富的培养条件下 细菌呈浮游 planktonic 状态 存在形式 2 在物体表面形成生物被膜 biofilm 杆菌 bacillus 基本形态 球菌 coccus 螺形菌 spiralbacterium 球菌 coccus 双球菌 链球菌 葡萄球菌 八叠球菌 四联球菌 杆菌 bacillus 不同杆菌的大小 长短 粗细很不一致 两端平齐 两端钝圆 杆菌的形态多样 炭疽芽胞杆菌 白喉棒状杆菌 梭杆菌 产气荚膜杆菌 分枝杆菌 双歧杆菌 螺形菌 spiralbacterium 细菌只有在适宜的环境中才具有典型的形态 观察细菌的大小和形态 应选择适宜生长条件下的对数生长期 8 18小时 为宜 第二节细菌的结构 基本结构 特殊结构 细胞壁细胞膜细胞质核质 荚膜鞭毛菌毛芽胞 芽胞 一 细菌的基本结构 细菌都具有的结构称为细菌的基本结构 由外到内依次为细胞壁细胞膜细胞质核质 细胞壁 细胞膜 核质 细胞质 包绕细胞膜位于细胞最外的一层厚实 坚韧富有弹性的外被 一 细胞壁 革兰阴性菌 G 菌 革兰染色性 革兰阳性菌 G 菌 1 细胞壁的化学组成与结构1 G 菌细胞壁主要成分 肽聚糖 粘肽 磷壁酸壁厚 20 80nm 肽聚糖含量高 层数多 15 50层 磷壁酸是其特殊成分 多数原核细胞所特有 也是G 和G 共有的成分 肽聚糖聚糖骨架 四肽侧链 五肽桥 G 没有此桥 M G N 乙酰胞壁酸 N 乙酰葡糖胺 HO OH O 溶菌酶 聚糖骨架的形成 M G M G M G M G 聚糖骨架的形成 四肽侧链 G S aureus 肽桥 肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型 肽聚糖的形成 S aureus G 青霉素 粘肽转肽酶 S aureus G 肽聚糖的形成 磷壁酸 teichoicacid 由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物 磷壁醛酸 少数糖醛酸取代磷酸 特殊组分 磷壁酸 类型与功能 壁磷壁酸和膜磷壁酸 脂磷壁酸 带负电荷的网状多聚物 坚韧 通透 静电性能 重要表面抗原 介导菌体与宿主细胞的黏附 金黄色葡萄球菌 S aureus G 主要成分 肽聚糖 15 50层 磷壁酸 2 G 菌细胞壁主要成分 肽聚糖 粘肽 外膜壁薄 10 15nm 结构复杂 肽聚糖含量少 层数少 1 2层 外膜是其特殊成分 肽聚糖聚糖骨架 四肽侧链 没有五肽桥 M G N 乙酰胞壁酸 N 乙酰葡糖胺 HO OH O 溶菌酶 聚糖骨架的形成 M G M G M G M G 聚糖骨架的形成 四肽侧链 G E coli 肽桥 肽聚糖分子中的4种主要肽桥类型 肽聚糖的形成 E coli G 肽聚糖的形成 E coli G 外膜结构 为G 细菌特有成分 脂蛋白 脂质双层 脂多糖 LPS 脂质A 一种糖磷脂 是内毒素的毒性成分 无种属特异性 核心多糖 有属特异性 同一菌属细菌核心多糖相同 特异多糖 即G 的菌体抗原 O抗原 有种的特异性 此糖如果缺失 细菌菌落将发生S R变异 脂寡糖 LOS 是不典型的LPS 脑膜炎奈瑟菌 淋病奈瑟菌 流感嗜血杆菌等少数G 菌 其外膜糖脂含有短链分枝状聚糖组分 能逃避宿主免疫细胞的识别 是重要的毒力因子 周浆间隙细胞膜和外膜的脂质双层之间空隙 含多种水解酶 蛋白酶 核酸酶 碳水化合物酶等 胶原酶 透明质酸酶 抗生素酶 内酰胺酶获得营养 解除有害物质毒性等 主要成分 肽聚糖 1 2层 外膜 大肠埃希菌 E coli G G 和G 细菌细胞壁比较 革兰染色特性 革兰染色机制 G G 初染 溶脂作用 1min水洗 媒染 1min水洗 脱水浓缩 脱色 复红 30s水洗 镜检 溶解染料 革兰染色的实际意义1 细菌分类2 选择药物 指导临床用药3 分析致病性 2 细胞壁主要功能 维持菌体外形和保护细菌 与胞膜共同完成胞内外的物质交换 细菌耐药性 电荷 抗原性 一些成分与细菌致病有关 LPS 3 细菌细胞壁缺陷型 细菌L型 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到理化或生物因素的破坏或合成被抑制 这种细胞壁受损的细菌称为细菌细胞壁缺陷型 因其首先在Lister研究所发现 故取第一个字母命名 称为细菌L型 概念 原生质体 protoplast 和原生质球 spheroplast 支原体 天然缺乏 与细菌L型不同 诱发因素 细菌L型在体内外 人工诱导和自然情况下均可形成 常用的人工诱导剂 溶菌酶 青霉素其他因素 溶葡萄球菌素 lysostaphin 胆汁 抗体 补体等 1 形态和染色性 多形 大多染成革兰阴性 特性 蜡样芽胞杆菌L型 葡萄球菌L型 细菌L型难培养 生长缓慢 对渗透压敏感 普通营养基上不能生长 培养时必须用高渗的含血清的培养基 细菌L型在高渗的含血清的培养基上生长后形成三种类型的菌落 2 细菌L型的培养特性和菌落形态 丝状菌落 颗粒型菌落 油煎蛋样菌落典型的L型菌落 3 对作用于细胞壁的抗生素无效 4 常规细菌培养阴性 5 细菌L型仍有一定的致病能力 引起慢性感染 如 尿路感染 骨髓炎 心内膜炎等 概念 细胞壁与细胞质之间半渗透性的生物膜 厚约7 5nm 占细胞干重的10 30 二 细胞膜 cellmembrane 化学组成与结构磷脂双层 镶有多种蛋白质不含胆固醇 功能 细菌赖以生存的重要结构1 物质转运渗透和运输2 呼吸和分泌 参与细胞的呼吸和能量代谢 组成G 菌 型分泌系统 与细菌的代谢和致病性密切相关3 生物合成4 参与细菌分裂与中介体有关 中介体 mesosome 白喉棒状杆菌中介体透射电镜图 130000 功能 1 类似真核细胞纺锤丝 参与细菌的分裂 细菌分裂时一分为二 2 扩大细胞膜的表面积 加强细胞呼吸 故有拟线粒体之称 三 细胞质 cytoplasm 概念 细胞膜包裹的溶胶状物质化学组成 水 蛋白质 脂类 核酸 少量糖和无机盐 含有以下重要颗粒 1 核糖体 ribosome 包括30s小亚基和50s大亚基 功能 细菌合成蛋白质的场所 2 质粒 plasmid 染色体外的遗传物质 存在于细胞质中 非细菌生长所必需 特性 闭合环状的双链DNA 能独立自行复制和遗传给子代细菌 通过接合或转导作用在细菌间转移 带有遗传信息 控制细菌某些特定的遗传特性 如 菌毛 细菌素 毒素 耐药性等 与细菌的致病性和耐药性有关 异染颗粒 metachromaticgranule 3 胞浆颗粒 cytoplasmicgranules 又称内含物 大多为贮藏的营养物质 主要成分 RNA和多偏磷酸盐 其嗜碱性强 用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色 染成与细菌其他部分不同的颜色 如 白喉棒状杆菌 位于菌体两端 意义 有助于白喉棒状杆菌鉴定 概念 原核细胞的染色体 chromosome 为单倍体 由单一密闭环状DNA分子反复回旋 卷曲盘绕 组成松散网状结构 不具成形的核 无核膜 核仁 遗传物质称为核质或拟核 nucleoid 功能 决定细菌各种遗传性状与变异 4 核质 nuclearmaterial 二 特殊结构 一 荚膜 capsule 某些细菌细胞壁外包绕一层粘液性物质 当其厚度 0 2 m 光镜下可见 厚度 0 2 m者为微荚膜 microcapsule 化学成分是多糖或多肽 具有抗原性 荚膜不易着色 荚膜的特性 抗吞噬作用 病原菌的重要毒力因子 粘附作用 是引起感染的重要因素 抗有害物质的损伤作用 保护菌体 荚膜的功能 与细菌的致病性有关 二 鞭毛 flagellum 概念 许多细菌在菌体上附有细长并呈波状弯曲的丝状物 称为鞭毛 是细菌的运动器官 电镜 染色 鞭毛菌分类 单毛菌 双毛菌 丛毛菌 周毛菌 鞭毛的结构 丝状体 鞭毛的功能 1 细菌的运动器官 2 有些细菌的鞭毛与致病性有关 3 鞭毛有抗原性 概念 许多G 和少数G 菌体表面存在着一种比鞭毛更细 更短而直硬的丝状物 三 菌毛 pilus fimbriae 化学组成 菌毛蛋白 具有抗原性 分类与功能 根据功能不同可分为普通菌毛和性菌毛两类 特性普通菌毛纤细遍布菌细胞表面 每菌可达数百根功能细菌的粘附结构 能与宿主细胞表面的特异性受体结合 与细菌的致病性有关 是细菌感染的第一步 1 普通菌毛 ordinarypilus 特性 仅见于少数G 中空呈管状 由致育因子F质粒编码 故又称F菌毛 功能 在细菌间传递遗传物质 接合 如 细菌的毒力 耐药性等性状传递与此有关 2 性菌毛 sexpilus G 细菌在一定的环境条件下 胞质脱水浓缩形成的一个圆形或卵圆形小体 四 芽胞 spore 特性 产生芽胞的细菌都是G 营养物质缺乏时易形成芽胞 即为休眠状态 细菌维持生命的特殊形式 芽胞折光性强 壁厚 不易着色 经特殊染色光镜下可见 成熟芽胞由多层膜结构组成 保存细菌的全部生命活动的物质 带有完整的核质 酶系统和合成菌体组分的结构 一个细菌只形成一个芽胞 一个芽胞发芽也只生成一个菌体 功能 1 芽胞的抵抗力强细菌的芽胞对热 干燥 辐射 化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力 2 芽胞不直接引起疾病 只有发芽成为繁殖体后 才能大量繁殖而致病 芽胞的功能 医学意义 杀灭芽胞最可靠 最有效的方法是高压蒸汽灭菌 1 以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标 2 鉴别芽胞菌 芽胞的大小 形状 位置等随菌种而异 有重要的鉴别意义 炭疽芽胞杆菌 肉毒梭菌 破伤风梭菌 第三节细菌形态与结构检查法 一 显微镜放大法1 普通光学显微镜 lightmicroscope 原理 0 25 m的微粒经油镜放大1000倍后成0 25mm 一般细菌都大于0 25 m 采用普通光学显微镜油镜予以观察 2 电子显微镜 electronmicroscope 原理 利用电子流代替可见光波 以电磁圈代替放大透镜 放大倍数可达数十万倍 能分辨1nm的微粒 分类 透射电子显微镜 分辨率高扫描电子显微镜 显露观察物体的三维立体图像 二 染色法是采用一定的染色剂与细菌细胞质结合 使细菌呈现 1 常用染色剂a 碱性染色剂 basicstain b 酸性染色剂 acidicstain 2 染色法单染色法 鉴别染色法 特殊染色法 革兰 G 染色法 2 染色 初染 媒染 脱色 复染 染色液结晶紫 碘液 95 乙醇 稀释复红 方法 1 制片 涂片 干燥 固定 1 G 菌 不被乙醇脱色 仍保留紫色者 2 G 菌 被乙醇脱色而复染