第一章 细菌的形态和结构

第一章 细菌的形态和结构Bacterial Morphology and Structure,Medical Microbiology,三峡大学医学院 韩莉,学习目标,掌握细菌肽聚糖的组成；革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁的结构和医学意义；荚膜、鞭毛、菌毛的医学意义；芽胞特点及其医学意义；革兰染色的步骤、结果判定和医学意义。 熟悉细菌的测量单位；细菌的基本形态；掌握细菌核糖体分子特征。,第一节 细菌的大小与形态（The size and shape of bacteria),细菌(bacterium)是属原核生物界的一种形体微小、结构简单、有细胞壁、单细胞微生物，除核蛋白体外，无其他细胞器。广义细菌：包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体狭义细菌：专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌,细菌的定义,一、细菌大小（Size of bacteria）,测量单位 : 微米(micrometer, m) 1m=103mm 不同细菌的大小不一球菌 : 1m 杆菌 : 0.51m 23m 螺形菌 : 13m 0.30.6m,二、细菌形态(Morphology of bacteria),基本形态 : 球菌(Coccus)杆菌(Bacillum)螺形菌(Spiral bacterium),球菌(Coccus),双球菌 (diplococcus)链球菌 (streptococcus)葡萄球菌 (staphylococcus)四联球菌 (tetrads)八叠球菌 (sarcina),杆菌(Bacillus),散在分布，两端钝圆， 0.51m23m 大杆菌、中等杆菌、小杆菌球杆菌、棒状杆菌链杆菌、分枝杆菌、双歧杆菌,螺形菌(Spiral bacterium),弧菌 (Vibrio)螺菌 (Spirillum)螺杆菌 (Helicobacterium),第二节 细菌结构(Structure of Bacteria),细菌结构(Structure of Bacteria),一、Essential structures （基本结构）Cell wall 细胞壁Cell membrane 细胞膜Cytoplasm 细胞质Nuclear material 核质二、Particular structures （特殊结构）Capsule 荚膜Flagella 鞭毛Pilus 菌毛Spore 芽胞（,G+ 菌,G- 菌,（一）细胞壁(Cell wall),Peptidoglycan 肽聚糖-G和G菌共有结构组分:Backbone 聚糖骨架- N-乙酰葡糖胺/N-乙酰胞壁酸tetrapeptide side chain 四肽侧链 连接于N-乙酰胞壁酸上pentapeptide cross-bridge 五肽交联桥 只有G菌具有,G+/G- 细胞壁的不同,磷壁酸（Teichoic acid）,只有革兰阳性菌有分为膜磷壁酸和壁磷壁酸,外膜层（Outer membrane）,只有革兰阴性菌有组成：脂蛋白、脂质双层、脂多糖,简称LPS，为细菌内毒素(endotoxin)组成：脂质A内毒素毒性中心核心多糖属特异性特异多糖种特异性(O抗原),脂多糖（Lipopolysaccharide）,革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁结构比较,细胞壁的功能,抵抗渗透压差、维持菌体形态参与物质交换提供噬菌体粘附与细菌致病性有关菌体表面主要抗原抗生素抗性、静电等,细胞壁缺陷型细菌L-form bacterium,产生原因： 1)使用溶解细胞壁的酶，如溶菌酶时 2) 干扰细胞壁合成的抗生素，如青霉素时. G菌形成原生质体(protoplast)G菌形成原生质球(spheroplast),细菌L型特性,高度多态性均为革兰阴性缺乏细胞壁抗原需高渗培养基，培养困难可回复至原型致慢性感染并耐抗生素治疗如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,基础与临床？,凡能破坏肽聚糖分子结构或抑制其合成的 物质都能损伤细胞壁而使菌体变形或崩裂。 抑制第一步：磷霉素、环丝氨酸、溶菌酶、葡萄球菌溶素抑制第二步：万古霉素、杆菌肽抑制第三步：青霉素、头孢菌,执业医师考试思考：,菌与菌细胞壁结构差异对临床医疗实践有何影响？,病原体的诊断,感染的治疗,致病机制的认识,弹性、半透膜、脂质双层镶嵌有蛋白、具有多种酶，参与生物合成,（二）细胞膜（Cell membrane）,重要膜蛋白,青霉素结合蛋白细菌的蛋白质分泌系统双组份（组氨酸蛋白激酶、反应调节蛋白）信号传递系统,2011年Nature：邵峰等揭示病原菌效应蛋白阻断炎症通路新机制,、功能：,物质转运：1000 ,载体蛋白-主动转运呼吸作用：胞膜、中介体上呼吸酶 （细胞色素和某些脱氢酶）。生物合成与分泌作用：酶。合成酶肽聚糖、磷壁酸、脂多糖 细胞分裂：中介体,中介体（Mesosomes）,中介体为细胞膜向内凹陷形成的囊状结构主要功能：与细菌分裂有关类似纺锤丝、线粒体的作用。,（三）细胞质（Cytoplasm）,主要成分为水，还有糖类、蛋白质、脂类、核酸及少量无机盐等Ribosomes 核糖体Plasmids 质粒Inclusions 胞质颗粒(内含体),核糖体（Ribosome）,分子量: 70S (50S大亚基 30S小亚基)对红霉素(结合50S亚基)、链霉素(结合30S亚基)敏感,50S30S,在细菌内的多个核糖体常与正转录的mRNA相连成串珠状，称多聚核糖体(polysome),Plasmid 质粒,核质以外的第二遗传物质闭合环状双股DNA编码一些重要的遗传信息,基本特性：,自主复制不相容性与相容性转移性决定细菌的生物学特性 F质粒： 制造性菌毛R质粒： 决定细菌耐药性的形成Vi质粒： 参与细菌毒力Col 质粒：决定大肠杆菌能否产生大肠菌素,G+菌的R因子介导的-内酰胺酶有40多种链球菌质粒 酶 核糖体甲基化 抵抗红霉素作用 （通过接合转移给易感细菌）淋球菌的菌毛，产毒大肠杆菌与侵袭力大肠杆菌均由质粒控制其致病性。,胞质颗粒（Inclusions）,储存有营养物质，如异染颗粒(volutin),（四）核质（Nucleoid）,缺乏核膜和核仁细菌最主要的遗传物质控制细菌的遗传性状。,二、Particular structures (特殊结构),Capsule 荚膜Flagella 鞭毛Pilus 菌毛Spore 芽胞,包绕在细胞壁外的一层黏液性物质。多由多糖组成，少数由多肽组成.,（一）荚膜（Capsule）,与细菌的黏附、生物膜形成有关 抗吞噬 、消化抗体液因子的杀菌作用抗干燥储存营养不易染色-负染色荚膜抗原是血清学分型依据,荚膜的特性,（二）鞭毛Flagellum,伸出于菌体外的细长丝状物细菌运动器官，细菌可穿越黏液层具有 鞭毛抗原 (H抗原),Flagellum 鞭毛,鞭毛的结构：基础小体、钩状体、丝状体,Flagellum鞭毛,细菌根据鞭毛的数量分类单毛菌(mono trichate) 双毛菌(amphitrichate)丛毛菌(lophotrichate) 周毛菌(peritrichate),悬滴法、半固体培养基观察细菌动力,半固体培养基,半固体培养基,（三）菌毛（Pilus）,Shorter, finer, more than flagellaProduced by Gram- bacteria 只有G- 菌产生Two types: ordinary pili 普通菌毛，sex pili 性菌毛,Ordinary pili 普通菌毛,每菌数百菌功能：细菌的黏附器官,Sex pili 性菌毛,比普通菌毛更长、粗、中空呈管状每菌仅1- 4根细菌间转移遗传物质-接合方式,Spore 芽胞,圆形或椭圆形小体，仅G菌产生细菌的休眠方式一个芽胞一个繁殖体 vegetative form,（四）芽胞（Spore ）,不同细菌的芽胞大小、形状、位置不同具有多层致密结构含有吡啶二羧酸 (Dipicolinic acid, DPA)对恶劣环境抵抗力强 耐高温 高压蒸汽灭菌 最常用方法耐干燥耐有机溶剂、消毒剂,细菌特殊结构的功能及其医学意义,细菌特殊结构的功能和医学意义,第三节 细菌形态检查法(morphological examination),Microscope 显微镜Light Microscope 光镜Darkfield Microscope 暗视野显微镜Phase Contrast Microscope 相差显微镜Fluorescence Microscope 荧光显微镜Cofocal Microscope 共聚焦显微镜Electron Microscope 电镜,Morphologic inspecting method形态学检查法,Staining Methods 染色法Simple staining 单染法Differential staining 复染法 (鉴别染色法) Gram stain 革兰染色Acid-fast stain 抗酸染色 Special staining 特殊染色法Negative stain 负染法Spore stain 芽胞染色法Flagella stain 鞭毛染色法,革兰染色的意义(significance of Gram staining),将细菌区分为革兰阳性、革兰阴性两大类，有助于细菌的鉴别诊断。选择药物: 革兰阳性菌与革兰阴性菌对各种抗生素的敏感性不同。研究细菌的致病性：一般革兰阳性菌外毒素致病，革兰阴性菌内（外）毒素致病。,56,青霉素、链霉素和红霉素是如何发挥杀菌作用的？为何不影响人类细胞的功能？,思考题：,细菌有那些特殊结构？研究细胞特殊结构有什么意义？,G+菌和G-菌细胞壁结构差别？在致病性、检测和治疗上有何意义？,细菌L型的生物学特点和临床意义有哪些？,中英文关键词,细菌（bacterium）球菌（coccus）螺形菌（spiral bacterium）弧菌（vibrio)螺菌（spirillum)细胞壁（cell wall）肽聚糖（peptidoglycan）磷壁酸（teichoic acid）膜磷壁酸（membrane teichoic acid, LTA）脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）脂多糖（lipopolysacch