细菌学总论

课程名称：临床微生物学 与微生物检验,教学内容：细菌学总论,学 时：2学时,教学目的：掌握革兰阳性菌与阴性菌细 胞壁结构及比较; 细 菌的 特 殊构造;细菌的L型 熟悉细 菌特殊构造的意义,教学方法：理论,教学重点、难点、关键：G+细胞壁的结构、 细菌的 特殊构造及意义、 细菌的L型,细菌的形态与结构 第一节 细 菌（bacterium）,一、细菌的大小与形态,1.细菌的大小 -观察仪器：光学显微镜,测量单位：微米(m),球菌(coccus),2.细菌的形态,螺形菌(spiral bacterium),杆菌(bacillus),-,外观呈球形或近似球形，直径 在1m左右，由于繁殖时细菌 分裂平面不同和分裂后菌体之 间相互粘附程度不一，可有 以 下几种排列方式：,球菌(coccus)：,双球菌 如：脑膜炎球菌、淋球菌,葡萄球菌 如：金黄色葡萄球菌,链球菌 如：乙型溶血性链球菌,四联球菌 如：四联加夫基菌,八叠球菌 如: 藤黄八叠球菌,双球菌,链球菌,葡萄球菌,球菌(coccus),形态多呈直杆状，也有的菌体 稍弯；多数呈分散存在，亦有 规则排列者。不同杆菌的大小、 长短、粗细很不一致。根据杆 菌的形态、排列特点不同，有 如下分类：,杆菌(bacillus)：,链杆菌 如：炭疽杆菌,梭杆菌 如：核梭杆菌,球杆菌 如：布氏杆菌,分支杆菌 如：结核杆菌,棒状杆菌 如：白喉杆菌,杆菌(bacillus),肉毒梭菌,炭疽杆菌,球杆菌,白喉棒状杆菌,伤寒沙门(氏)菌,结核分支杆菌,菌体弯曲，长度不等 有以下几种形态分类：,螺菌 ：菌体弯曲僵硬，有多个弯曲 如 鼠咬热螺菌,螺杆菌 ：菌体弯曲柔和，有两个以 上弯曲呈螺旋型 如幽门螺杆菌,弧菌 ：菌体弯曲柔和，只有一个弯曲 如 霍乱弧菌,螺形菌 (soirala bacterium)：,细菌的结构,细菌的结构分为以下两类：,基本结构 包括：细胞壁；细胞膜； 细胞质；核质。,特殊结构 包括：荚膜； 鞭 毛；芽 胞；菌毛 。,细菌的结构,细菌的基本结构： 细胞壁、细胞膜、细胞浆、核质。,细菌的基本结构模式图,一、细菌的基本结构,细胞壁(cell wall),-,位于细菌细胞 的最外层，包绕在细胞膜的 周围，坚韧而富有弹性的膜 状结构。组成较复杂，并随 不同细菌而异。,1、革兰阳性菌细胞壁组分： 肽聚糖、磷壁酸、蛋 白 质,（1）肽聚糖（peptidoglycan）-是细菌 细胞壁中的主要成分，为原核细 胞所特有。,亦称为：粘肽、糖肽、胞壁质,其主要化学组成为：,肽 聚 糖,四肽侧链-,五肽交联桥-,聚糖骨架-,N-乙酰葡糖胺（G） N-乙酰胞壁酸（M）,L-丙氨酸，D-谷氨酸L-赖氨酸，D-丙氨酸,甘氨酸（x）,革兰阳性菌的肽聚糖结构,革兰阳性细胞壁肽聚糖结构,革兰阳性细胞壁肽聚糖结构,聚糖骨架：是由G和M经 - 1、4糖 苷键连接,四肽侧链： 都从M上延伸出来 由L-丙氨酸，D-谷 氨酸，L-赖氨酸， D-丙氨酸组成,第三位L-赖氨酸可随菌种不同 而变化。 （G-为二氨基庚二酸）是五肽交链桥一端的连接点，另一端为第四位D-丙氨酸（ G-无五肽交链桥）,构成一个三维立体的、抗机械强度大的网格状结构，层数多达50层,革兰阳性菌的细胞壁,细胞膜,细胞质,磷壁酸,肽聚糖,肽聚糖,革兰阴性菌的细胞壁,脂多糖,细胞质,细胞膜,脂蛋白,外膜,外膜蛋白,周浆间隙,革兰阴性菌肽聚糖结构： 由聚糖骨架、四肽侧链构成,磷壁酸,壁磷壁酸-通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸 共价结合。,膜磷壁酸-与细胞膜外层上的糖脂共价结合。,-,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；多个磷壁酸分子组成长链穿插于肽聚糖层中。 是革兰氏阳性菌细胞壁 特有的组分。,革兰阳性菌细胞壁结构模式图,磷壁酸的功能:,1.革兰阳性菌的表面抗原,2.参与调节细胞内外离子进出,3.与染色有关,4.对宿主细胞起黏附作用与致病有关,蛋白质-某些革兰氏阳性菌表面尚 有一些特殊的表面蛋白质,如：金黄色葡萄球菌-A蛋白（SPA）,A组链球菌-M蛋白,2、革兰阴性菌细胞壁组分主要有：,肽聚糖；外 膜,（1）.肽聚糖-由聚糖骨架和四肽侧链组成。 仅有12层。,（2）.外膜 - 是革兰阴性菌特有的组分 由脂蛋白，脂质双层，脂多糖 三部分组成。,(3) 革兰阴性菌细胞壁特殊成分外膜 组成：脂蛋白、 脂质双层、脂多糖(酯质A、核心多糖、特异多糖),脂蛋白- 位于肽聚糖层和脂质双层 之间，起连接作用，使外 膜和肽聚糖构成一个整体。,脂质双层-磷脂双层，内嵌外膜蛋 白，具有不同的功能。如有 的外膜蛋白为孔蛋白是小分 子的通道；有的是噬菌体、 性菌毛、细菌素的受体。, 脂多糖 ( LPS)-是革兰阴性菌的 内毒素；有以下三部分组成：,脂质A（Lipid A）：糖磷脂。是细菌 内毒素的毒性和生物学活性的主 要组分，无种属特异性。,核心多糖：位于脂质A的外层，由己糖、庚糖、2-酮基-3-脱氧辛酸（KDO）、 磷酸乙醇胺等组成。有种属特异性。,特异多糖：由数个至数十个低聚糖重 复单位组成的多糖链。具有种特异性。 是革兰阴性菌的菌体抗原（O 抗原）,意义：导致两类细菌在染色性、抗原性、 致病性及药物敏感性等方面不同。 例如：青霉素，溶菌酶,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,革兰阳性菌,革兰阴性菌,构型 三维立体、坚韧 平面网络、疏松,肽聚糖 厚、多层，50层 薄、层少，1-2层,糖脂含量 糖多脂少 糖少脂多,特殊成分 磷壁酸 外膜(脂蛋白、脂质双层、脂多糖）,1. 概念：细菌细胞壁的肽聚糖结构受 到理化或生物因素的作用被破坏 或合成被抑制后，在高渗环境下， 仍可生存，称细菌L型,细菌细胞壁缺陷型-细菌L型（L formed bacteria）,革兰阳性菌细胞壁缺陷后，原生质仅被一层细胞膜包住，称为原生质体,原生质球,原生质体,革兰阴性菌肽聚糖层受损后尚有外膜保护，称为原生质球,溶菌酶，溶葡萄球菌素，青霉素，胆汁，抗体，补体等。,大小不一，高度多形 性。革兰染色阴性。,2.细菌L型的成因：可致L型的因素有,3.细菌L型的形态：,高渗、低琼脂、10%-20%血清、3%-5%NaCl、 10%-20%蔗糖；生长缓慢,4.细菌L型的培养：,5.细菌L型菌落特征,三种类型菌落,油煎蛋样菌落（L型菌落）中心致密，陷入培养基周边透明颗粒,颗粒型菌落（G型菌落） 透明颗粒无致密核心,丝状菌落（F型菌落） 中心同L型菌落，周边为透明丝状,革兰阳性菌常见于前两种类型，革兰阴性菌多见于后一种。,细菌L型的油煎蛋样菌落形态,细菌L型的颗粒型(G型)菌落形态,细菌L型的丝状（F型）菌落形态,7.去除诱因可恢复；,临床分离葡萄球菌L型,葡萄球菌L型恢复以后,6.细菌L型的致病性：,引起慢性感染,位于细胞壁内侧，厚约7.5nm，柔韧致密，富有弹性。 由磷脂和多种蛋白质组成。,参与细菌物质转运，生物合成，分泌、呼吸等生物学作用。,(二)、细胞膜（cell membrane）-,功能：,扩大细胞膜面积；增加酶的含量和能量的产生。,中介体（mesosome）：,概念：部分细胞膜内陷、折叠、卷曲形成的囊状物。,功能：,(三)、细胞质（cytoplasm）-细胞膜包裹的溶胶状物质。亦称原生质（protoplasm）由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成。,内含核糖体、质粒、胞质颗粒等许多重要结构。,1.核糖体（ribosome）: 细菌合成蛋白质 的场所，游离存在于细胞质中，每个细 菌体内可达数万个。,沉降系数为70S（30S+50S）,是某些抗生素作用位点。,2.质粒（plasmid）：存在于菌细胞内,独立于染色体外的遗传物质，为闭合环状的双链DNA，可自行复制，也可随意丢失。 控制细菌某些特定的遗传性状如：菌毛，细菌素，毒素，耐药性等的形成。,3.胞质颗粒（cytoplasmic granules）: 细菌细胞质中含有多种颗粒，大多 为储藏的营养物质，包括糖原、 淀粉等 多糖、脂类、 磷酸盐等。,白喉杆菌常见，用美蓝染色着色深，称为异染颗粒（meacthromatic granules ） ，位于菌体的两端，又称极体,白喉杆菌的异染颗粒,（四）、核质（nuclear material） 由单一密闭环状DNA分子反复回旋 卷曲盘绕组成的松散网状结构。集中于 细胞质的某一区域。无核膜、核仁和有 丝分裂器。是细菌的遗传物质。,特殊结构,（ 一 ）、荚膜（capsule) - 细菌代谢过 程中分泌在细胞壁外的一层粘液性物 质，能牢固地与细胞壁结合，厚度约 0.2 m，边缘明显。,微荚膜-厚度 0.2 m者。,1.荚膜的化学组成： 多糖；多肽；透明质酸。,2.荚膜的形成： 在人和动物的体内或营养丰富的 培养基中易形成。在普通培养基上或 连续传代则易消失。,3.荚膜的功能：抗吞噬作用；粘附作用； 抗有害物质的损伤作用。,光滑型菌落（S）失去荚膜后会转变成粗糙型菌落（R）,（二）、鞭毛（falgellum） 某些细菌表面附着的细长呈波状 弯曲的丝状物。,根据鞭毛的数量、位置可将鞭毛菌分成四类:,单毛菌；双毛菌；从毛菌；周毛菌。,细菌鞭毛的类型,1、鞭毛的结构:,鞭毛自细胞膜长出， 游离于细胞外，由基础小体； 钩状体；丝状体组成。,P.L环M.S环,2、鞭毛的化学组成：蛋白质,3、鞭毛的功能：,运动器官：有鞭毛的细菌在液体环境中 能自由的运动。,具抗原性：H 抗原，有特异性，对细菌 的鉴别、分型有一定的意义。,致病性：有些细菌的鞭毛与致病性有关 如:霍乱弧菌,（三）、菌毛（pilus or fimbria） 许多G-菌和少数G +菌菌体表面 存在着一种比鞭毛更细、更短而直 硬的丝状物。与细菌的运动无关。,1.菌毛的化学组成： 蛋白质,2.菌毛的种类： 根据功能不同，菌毛可分为,普通菌毛：每个细菌有数百根,性菌毛 ：每个细菌有 1 - 4 根,3.菌毛的功能：,普通菌毛- 粘附作用，与细菌的致病性 密切相关。,性 菌 毛-传递遗传物质。噬菌体吸附的 受体。,性菌毛,普通菌毛,细菌菌毛（pilus ）,（四）、芽胞（spore）： 某些细菌在一定环境条件下，能在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。产生芽胞的细菌大都是G+菌。,不同细菌的芽胞形态、大小、位置有所差异，是鉴别细菌的指标之一。,细菌芽胞形 态示意图,破伤风梭菌,肉毒梭菌,产气荚膜梭菌,1.芽胞的结构：,细菌芽胞结构示意图,2.芽胞的形成与发芽：,芽胞的形成-细菌形成芽胞的能力是由 菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一 般只在动物体外才形成。营养缺乏 时易形成。,芽胞的发芽-由于机械力、热、pH改变等刺激作用，破坏其芽胞壳，并供给水分和营养，芽胞壳发芽，形成新的菌体。,细菌,(1个),不利条件,芽胞,有利条件,细菌繁殖体,(1个),(1个),3.芽胞的功能：,（2）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。,（1）维持生存，为细菌的休眠状态,细菌芽胞抵抗力强的原因：,芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。,芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不 易 进入。,芽胞的核心和皮质中含有吡啶二羧酸，DPA与Ca 2+结合生成的盐能提高芽胞中各酶的热稳定性。,课程名称：临床微生物学 与微生物检验,教学内容：细菌的生理 与遗传变异,学 时：3学时,教学目的： 掌握 细菌生长繁殖的条件、方式、速度 及规律。质粒、噬菌体的基本概念 熟悉 细菌的生长曲线及其意义; 细菌的代谢产物的种类及其意义。 细菌变异的机制 了解 细菌的物理及化学组成; 细菌变异的实际应用,教学方法：理论,教学重点、难点、关键：细菌生长繁殖的条件、方式与速度，细菌的合成代谢产物 细菌变异的机制,细菌的生理,细菌的化学组成与物理性状：,（一）化学组成：,有机元素 : S、P、N、C ,化合物 : 糖类、蛋白质。脂类通常不需,无机盐 :钾盐、钠盐、钙盐等,水 ,原核生物特有成分: 肽聚糖、磷壁酸、胞壁酸、 D 氨基 酸 、二氨基庚二酸、 吡啶二羧酸(DPA) 等,（二）物理性状,1.光学性质：细菌是半透明体,2.表面积：细菌体积微小，表面积大， 故适应环境能力强，代谢旺盛， 繁殖迅速，易变异,3.带电现象：细菌表面有不同的基团，故 带不同的电荷，对不同物质亲和性不 同， 与染色性有关,革兰阳性菌pI为2 3， 革兰阴性菌pI为4 5。,在近中性或弱碱性环境中细菌均带 负电荷。,4.半透性：细菌的细胞壁和细胞膜都具 半透性。允许水及部分小分子物 质通过。,5.渗透压：细菌内含有高浓度的营养物质 和无机盐。,G+菌：2025个大气压； G-菌：5 6个大气压,细菌的生长繁殖,(一) 细菌生长的环境因素,1、营养物质：营养物质充足，比例合适,2、氢离子浓度（pH）：pH7.27.6,3、温 度：37。,4、气体：不同的细菌对气体的需求有所 差异,(1)专性需氧菌（obligate aerobe）： 具有完善的呼吸系统，需要氧 分子作为受氢体以完成需氧呼吸， 仅能在有氧的 环境下生存。,如：结核杆菌。,( 2)微 需 氧 菌：（microaerophilic bacterium） 在低氧压（5%6%）生长最好， 氧浓度10%对其有抑制作用。 如：幽门螺杆菌。,兼性厌氧菌（facultative anaerobe）： 兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能，在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧时生长较好。,如：葡萄球菌等大多数病原菌。,(4)专性厌氧菌：缺乏完善的呼吸酶系 统，只能在无氧环境中进行发酵。 如：破伤风杆菌。,专性厌氧菌在有氧环境中不能生长的机制：缺乏氧化还原电势高的呼吸酶细胞色素和细胞色素氧化酶缺乏分解有毒氧基团的酶超氧化物歧化酶、触酶和过氧化物酶,(二)细菌的生长繁殖方式及速度,1.细菌个体的生长繁殖：,繁殖方式：无性二分裂繁殖,繁殖速度： 2030min/代,代时-细菌分裂、数量倍增所需要的时间,2.细菌群体的生长繁殖： 根据细菌的生长曲线，细菌群体 生长繁殖可分为四期：,迟缓期：细菌的适应阶段。该期菌 体增大，代谢活跃，分裂迟缓，繁 殖极少。,对数期：生长迅速，菌数急剧上升，细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型。,稳定期：细菌繁殖速度减慢，死菌数逐渐增加。细菌的形态、染色性、生理性状有所改变。生成芽胞、外毒素、抗生素等代谢产物。,衰亡期：死菌数活菌数 ，细菌形态显著改变，生理代谢活动趋于停滞。,细菌的生长曲线图,细菌的新陈代谢与能量转换,(一）细菌的能量代谢,发酵：以有机物为受氢体的生物氧化过程,呼吸：以无机物为受氢体的生物氧化过程,需氧呼吸以分子氧为受氢体,厌氧呼吸以其他无机物为受氢体,二、细菌的代谢产物,1.分解代谢产物和细菌的生化反应,糖发酵试验： 蛋白质和氨基酸的分解： 盐的利用：,2.合成代谢产物及其在医学上的意义, 热原质（pyrogen）：细菌合成的注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。 大多为G- 菌细胞壁脂多糖；耐高温；121 ，20min不被破坏；250 高温干烤才能破坏热原质。 蒸馏法去除效果最好。, 毒素（toxin）及侵袭性酶:,外毒素 G+ 菌、少数G- 菌产生的、释放到菌体外的蛋白质。重要的致病物质。,内毒素 G - 菌细胞壁脂多糖，菌体死亡崩解后游离出来。,外毒素与内毒素的主要区别,区别要点,内毒素,来源,革兰阳性菌及部分革兰阴性菌细胞外分泌或溶解后释放,革兰阴性菌细胞壁溶解后释放,化 学 成 份,蛋白质,脂多糖,稳 定 性,不稳定，加热60以上迅速破坏,稳定，1602-4 h才被破坏,抗 原 性,强，刺激机体产生高滴度抗毒素；甲醛处理脱毒而保留其抗原性形成类毒素,较弱，但刺激机体产生低滴度的抗体，保护作用弱，经甲醛处理不形成类毒素,毒 性 作 用,强，对组织器官有选择性毒害作用，引起特殊的临床表现,较弱，各种细菌内毒素的毒性效应大致相同，引起发热、白细胞变化、休克、DIC等,外毒素, 色素：可用于细菌鉴别 金黄色葡萄球菌金黄色色素（脂溶性） 铜绿假单胞菌-绿色色素（水溶性）, 抗生素：某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿瘤细胞的物质。多由放线菌和真菌产生。,如：多粘菌素、杆菌肽。,细菌素(bactericin）： 某些细菌产生的具有抗菌作用的蛋白质。,仅对亲缘关系近的细菌有杀伤作用。 无治疗意义，有助于细菌分型。,维生素：细菌能合成某些维生素除供自身需用外，还能分泌致周围环境中。 如：维生素B,K.,细菌的遗传与变异,遗传（heredity）：,变异（variation）：,子代与亲代之间生物学性状的相似性。,子代与亲代之间及子代与子代之间生物学性状的差异性。,细菌遗传变异的物质基础,一、细菌的染色体：,环状、双股、超螺旋DNA长链。,二、质粒（plasmid）：,存在于菌细胞内,独立于染色体外的遗传物质，为闭合环状的双链DNA，可自行复制，也可随意丢失。,质粒DNA的特性:,1.具有自我复制能力。,2. 可编码细菌某些性状特征,3. 可自行丢失与消除,4. 可转移性,5. 可分为相容性和不相容性两种,举例：F质粒决定性菌毛产生 R质粒决定细菌耐药性 Vi质粒决定毒力 Col质粒编码大肠菌素,三、噬菌体（bacteriophapge）,噬菌体-,是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。具有一定的形态结构、严格的宿主寄生性和高度的宿主细胞特异性，只能在活的微生物细胞内复制。,一)、噬菌体的形态与结构：,大多数噬菌体呈蝌蚪形，由头部和尾部两部分组成,主要有三种形态： 蝌蚪形、微球形和丝形,噬菌体结构模式图,噬菌体 TEM390000,(2) 噬菌体在宿主菌体内的增殖过程,1.吸附:,2.穿入：,3.生物合成：,4. 成熟与释放：,图3. 噬菌体吸附细菌（电镜图）,毒性噬菌体(virulent phag e ) ：,能在宿主细胞内增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。,前噬菌体(prophage)：,整合在宿主菌基因组中的噬菌体的基因组。,温和噬菌体(temperate phage)：,感染细菌后，噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解,溶原性细菌(lysogenic bacterium):,带有前噬菌体基因组的细菌。,四、转座因子(transposon,Tn)：,存在于细菌染色体或质粒DNA 分子上的一段特异性核苷酸序列片段，能在染色体之间或质粒之间，甚至染色体和质粒之间移动。1、插入序列引起基因重组2、转座子促进变异及进化,五、整合子（integron，In）1、整合子 细菌的染色体、质粒或转座子上有一种运动性的DNA分子，具有独特结构，可捕获和整合外源性基因，使之成为功能性基因的表达单位。,2、基因盒,由位于5末端的一个基因和位于3末端的一个有位点特异性的59基因单元组成，59be能被整合酶识别和催化，特异性的结合于整合子上。 其多为抗菌药物耐药基因,细菌变异的机制,（一）基因突变,突变(mutation):,细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。,其突变可自发也可诱发,影印培养示意图,(二)、基因的转移与重组,基因转移与重组方式,接合,转化,细胞融合,溶原性转换,转导,1.转化 (transformation)：,供体菌游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,小鼠体内肺炎链球菌的转化试验,2.接合(conjugation)：,细菌通过性菌毛，将遗传物质从供体菌转移给受体菌的过程。,F质粒的接合、R质粒的接合,接合时 F 因子的转移与复制,F菌（雄性菌）,F菌（雌性菌),性菌毛,3.转导(transduction)：,以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的形状。,转导,普遍性