第8章 微生物的生物学性状PPT演示课件

微生物学总论,广东药学院微生物学教研室,Microbiology,邓祖军dengzujun66,1,第八章微生物的生物学性状,第一节细菌的生物学性状第二节病毒的生物学性状第三节真菌的生物学性状,2,细菌(Bacterium)是一类具有独特细胞壁的以无性二分裂法进行繁殖的单细胞原核细胞型微生物。狭义概念：单指细菌（如葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌等）广义概念：所有原核细胞型微生物（细菌、支原体、立克次体、衣原体、螺旋体、放线菌）,第一节细菌的生物学性状,3,一、细菌的大小与形态,（一）细菌的大小观察细菌常用光学显微镜,通常以微米(Micrometer,um;1um=1/1000mm)作为测量它们大小的单位。,4,（二）细菌的形态1.基本形态细菌按其外形主要有三类，球菌、杆菌、螺形菌,5,6,（1）双球菌（Diplococcus）:在一个平面上分裂成双排列，如肺炎双球菌、脑膜炎双球菌。,1.球菌（Coccus）呈圆球形或近似圆球形，直径约在1.0um左右。,7,（2）链球菌（Streptococcus）：在一个平面上分裂，成链状排列，如溶血性链球菌。,8,（3）葡萄球菌（Staphylococcus）:在多个不规则的平面上分裂，菌体堆积在一起呈葡萄状排列，如金黄色葡萄球菌。,9,10,2.杆菌（Bacillus）:杆状或球杆状。菌体的形态多数呈直杆状，球杆状。菌体两端多呈钝圆形，少数两端平齐，两端尖细或未端膨大呈棒状。长度为2-5um，宽度为0.5-1um,11,杆菌,棒状杆菌,12,3.螺形菌（Spirillarbacterium）菌体弯曲（1）弧菌（Vibrio）菌体只有一个弯曲，呈弧状或逗点状。如霍乱弧菌。,13,14,（2）螺菌（Spirillum）菌体有数个弯曲。如鼠咬热螺菌,15,二、细菌的细胞结构,特殊结构：仅某些细菌具有荚膜(caosule)鞭毛(flagellum)菌毛(pilus)芽胞(spore),基本结构：所有细菌均有细胞壁（cellwall)细胞膜(cellmembrane)细胞质(cytoplasm)核质(nuclearmaterial),16,细菌的基本结构,细胞浆,核质,细胞壁,细胞膜,17,革兰氏染色法,革兰氏阳性菌,革兰氏阴性菌,经革兰氏染色可将细菌分为两大类：染成紫色的细菌为革兰氏阳性细菌（G），染成红色为革兰氏阴性细菌（G-）。,18,19,（一）细胞壁,位于细菌细胞的最外层，是包围在细胞膜外的坚韧而富有弹性的膜状结构。共同组分：肽聚糖革兰阳性菌特殊组分：磷壁酸（壁磷壁酸及膜磷壁酸）革兰阴性菌特殊成分：外膜（脂质双层、脂蛋白、脂多糖）脂多糖由脂质A，核心多糖，特异多糖组成为细菌的内毒素,20,革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁,壁磷壁酸外膜层膜磷壁酸肽聚糖革兰阳性菌革兰阴性菌,21,肽桥：五个甘氨酸（连接相邻两条主链上的四肽侧链）,聚糖骨架：G：N-乙酰葡萄糖胺M：N-乙酰胞壁酸,四肽侧链（与N-乙酰胞壁酸相连）：L-丙D-谷L-赖D-丙,G+菌肽聚糖结构:,1、细胞壁的肽聚糖结构,22,23,聚糖骨架：同G+菌,四肽侧链（肽尾）：L-丙D-谷DAPD-丙第三位为2氨基庚二酸（DAP），而G为L赖氨酸无五肽交联桥，部分肽尾直接相连,G-菌肽聚糖结构:,24,细菌细胞壁肽聚糖的结构,金黄色葡萄球菌G大肠埃希菌G,氨基酸溶菌酶,N-乙酰葡萄糖胺,N-乙酰胞壁酸,溶菌酶,青霉素,25,溶菌酶和青霉素的损伤细胞壁的机制,青霉素：干扰甘氨酸交联桥与四肽侧链上的D丙氨酸之间的连接，从而使细菌不能合成完整的细胞壁。溶菌酶：能切断N-乙酰葡萄胺与N-乙酰胞壁酸之间的1，4糖苷键，破坏肽聚糖结构，损伤细胞壁。,26,细胞壁,2、G+菌细胞壁特殊组分：磷壁酸它是由核糖醇和甘油残基经磷酸二酯键相互连接而成的多聚物。,膜磷壁酸,壁磷壁酸,27,28,磷壁酸是革兰氏阳性菌细胞壁特有成分，具重要生理功能：1）P结合阳离子，Mg2+提高细胞表面酶活性2）细胞壁重要的表面抗原成分3）噬菌体吸附的特异受体4）增加细菌黏附性，与致病性有关,29,外膜（outermembrane),外膜由脂质双层、脂蛋白、脂多糖三部分组成，位于肽聚糖外面，是G-菌细胞壁中主要成分。,3、革兰阴性菌细胞壁中特殊结构外膜,30,脂多糖,脂质双层,革兰阴性菌细胞壁特殊组分：外膜,外膜,脂蛋白,肽聚糖,周质间隙,31,脂多糖（Lipopolysacchride,LPS）包括类脂A、核心多糖、寡糖重复单位三个组成部分。脂类A(lipidA）-内毒素活性主要成分，（由糖磷脂组成）是革兰阴性菌致病的主要因素，所有革兰阴性菌脂质A结构相似，无种属特异性，故不同细菌产生的内毒素作用相似。核心多糖-位于脂类A外面。由已糖、庚糖、KDO等组成，具属特异性（同一属中核心多糖相同）。寡糖重复单位-最外层，由数十个多糖重复单位组成。构成革兰阴性菌的菌体抗原（即“O”抗原），具有种特异性。,32,LPS的功能,1）吸附Mg2+等阳离子，与磷壁酸作用类似2）类脂A，细菌内毒素的主要成分3）特异性多糖：O侧链（O抗原），鉴定细菌4）噬菌体吸附的位点,33,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁的比较,34,4、细胞壁的功能,1.保持菌体固有形态2.保护细菌抵抗低渗环境3.进行细胞内外物质交换4.具抗原性（磷壁酸、表面蛋白、外膜）5.致病作用LPS细菌内毒素,35,5、细菌细胞壁缺陷型,1）支原体：长期进化中形成(含甾醇）,可在低渗环境下存活。2）L型细菌：实验室培养过程中，细菌发生细胞壁缺陷突变的遗传稳定的细胞壁缺陷菌株。对低渗环境敏感。3）原生质体（protoplast）：人工条件，溶菌酶完全水解或青霉素完全抑制新生细胞壁的合成，形成的只有细胞膜包裹的渗透敏感细胞。G+，生存于高渗环境中。4）球状体（spheroplast）：人工条件，溶菌酶部分水解或青霉素不完全抑制新生细胞壁的合成形成的含部分细胞壁的细胞。G,高渗环境中菌落特点：油煎蛋样或颗粒状；,36,缺壁细胞,实验室或宿主体内形成,在自然界长期进化中形成,缺壁突变-L型细菌,人工去壁,基本去尽-原生质体,部分去掉-球状体原生质球,支原体,细菌细胞壁缺陷型,37,临床分离葡萄球菌L型,葡萄球菌L型回复后,细菌L型菌落类型,电镜照片,38,定义之争,L型细菌是指细菌肽聚糖结构受到理化或生物因素的直接破坏或合成被抑制，但仍可在高渗环境下存活的细胞壁缺陷型细菌，称之L型细菌。把原生质体和球状体都包括进来！医学微生物学常用此定义,39,（二）细胞膜,位于胞壁内侧，紧包细胞质，柔软致密而有弹性的一层由磷脂和蛋白质组成的半透性薄膜。结构：与真核结构相似，无胆固醇。中介体（拟线粒体）：为细胞膜折叠而成，内陷胞质中。与细菌呼吸及细胞分裂有关,40,41,白喉杆菌细胞膜与中介体,中介体,又称间体，是部分细胞膜内褶形成的囊状结构。,功能,类似真核细胞线粒体，为细菌提供大量能量，同时参与细胞分裂,Mesosome,42,细胞膜功能1）物质转运作用，并维持渗透压的平衡。2）细菌的呼吸作用。3）生物合成作用：合成细胞壁及附属结构的场所4）鞭毛着生的部位，并为之提供能量。,43,（三）细胞质cytoplasm,定义：细胞膜包裹的溶胶状物质胞质溶胶（水、无机盐、核酸、蛋白质等）一些颗粒及亚显微结构功能：细菌新陈代谢的场所,细胞质内重要结构,核糖体,质粒,胞质颗粒,组成,44,核糖体细菌合成蛋白质的场所，由RNA+蛋白质组成。沉降系数70s（与真核生物不同），由50S和30S两个亚基组成。,45,质粒：游离与原核生物染色体（核质）之外的具有独立复制能力的小型共价闭合环状双DNA分子。为闭合环状双股DNA分子具有自我复制能力它是染色体外遗传物质，控制细菌某些特定的遗传性状，如性菌毛的生成，耐药性，细菌素产生，毒素生成等。,46,47,胞质颗粒大多为贮藏营养物质的场所。异染颗粒有利于细菌鉴定（如白喉杆菌）,异染颗粒,胞质颗粒（内含物inclusion),PHB（聚羟丁酸）淀粉粒,48,（四）核质（拟核）,*无核仁、核膜和有丝分裂器，不成形。*由一条反复盘绕的双股DNA组成。*是细菌遗传、变异、生长、繁殖的物质基础,49,50,二、特殊结构（一）荚膜,为某些分泌于胞壁外的一层粘液性物质。厚度0.2um称荚膜，10%时可抑制其生长（幽门螺杆菌）专性需氧菌具完善的呼吸酶系统，需用分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸（结核杆菌、霍乱弧菌）兼性厌氧菌兼有有氧呼吸和无氧发酵二种能力，大多数病原菌属此类专性厌氧菌缺乏完善的呼吸酶，只能在无氧环境下发酵。有游离氧时，会受毒害，导致细菌死亡（破伤风杆菌、肉毒梭菌）CO2：一般的细菌自己在代谢过程产生的CO2能够满足自身的需要，某些细菌淋球菌、脑膜炎球菌等需要在5-10的CO2才能生长良好。,93,专性厌氧菌不能在有氧环境中生长原因1、缺乏氧化还原电势(Eh)高的呼吸酶细菌缺乏氧化还原电势高的细胞色素和细胞色素氧化酶，不能利用氧气氧化环境中的营养物质获得能量。2、缺乏分解有毒氧基团的酶细菌在有氧环境中代谢时，常产生具有强烈杀菌作用的超氧阴离子和过氧化氢。需氧菌能产生各种酶（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等）将其分解，厌氧菌无此酶，故不能生长。,第2章细菌的生理,94,（二）生长方式与速度,1、细菌繁殖方式:等二分裂。2、细菌繁殖速度:多数细菌仅需20-30min分裂一次,少数细菌如结核杆菌则需15-18h分裂一次,95,3、细菌的生长曲线,将一定量的细菌接种于适宜的液体培养基中、在适宜的培养条件下间隔不同时间取样测定活菌数，以培养时间为横轴，以活菌数的对数为纵轴，所获得的曲线称为生长曲线。它可分为迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。,96,1迟缓期（Lagphase）:细菌接种至培养基后，对新环境有一个短暂适应过程（不适应者可因转种而死亡）。迟缓期长短因接种菌量、菌龄以及营养成分等不同而异。此期中细菌体积增大，代谢活跃，为细菌的分裂增殖合成、储备充足的酶、能量及中间代谢产物。2.对数期(Logarithmicphase):又称指数期。此期生长曲线上活菌数直线上升。细菌以稳定的几何级数极快增长，可持续几小时至几天不等（视培养条件及细菌代时而异）。此期细菌形态、染色、生物活性都很典型，对外界环境因素的作用敏感，因此研究细菌性状以此期细菌最好。是发酵生产中用作种子的最佳菌龄。抗生素作用，对该时期的细菌效果最佳,97,3稳定期（Stationaryphase）:该期的生长菌群总数处于平坦阶段，但细菌群体活力变化较大。由于培养基中营养物质消耗、毒性产物（有机酸、H2O2等）积累、PH下降等不利因素的影响，细菌繁殖速度渐趋下降，相对细菌死亡数开始逐渐增加，此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。细菌形态、染色、生物活性可出现改变，并产生相应的代谢产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等。4衰亡期（Declinephase）:随着稳定期发展，细菌繁殖越来越慢，死亡菌数明显增多。活菌数与培养时间呈反比关系，此期细菌变长肿胀或畸形衰变，甚至菌体自溶，难以辩认其形。生理代谢活动趋于停滞。故陈旧培养物上难以鉴别细菌。,98,（三）细菌的人工培养（一）培养基培养基：是由人工方法培配置而成的，专供微生物生长繁殖使用的营养基质。1）营养合理；3)物理化学条件适宜：如PH值；3）无菌按其营养来源：合成培养基、天然培养基。按其物理状态：固体培养基、液体培养基、半固体培养基。,99,固体培养基,100,3.按培养的用途分1.基础培养基2.营养培养基3.选择培养基4.鉴别培养基5.厌氧培养基,101,（二）细菌的培养方法及其生长现象1.固体培养法,菌落,102,液体培养基,沉淀生长,混浊生长,表面生长,103,3.半固体培养法观察细菌是否有动力,1、3：有动力：呈云雾状2：无动力：沿穿刺线生长，并变粗,104,4.厌氧培养法,厌氧罐,105,四、细菌的分类与命名原则（一）分类单位与命名1.分类单位：界、门、纲、目、科、属、种。种：基本单位亚种、变种：一个种内不同细菌存在稳定的变异或遗传特征，不足以归为新种型：亚种下的细分。菌株：不同来源的标本种所得到的同属一种的纯培养物,106,2.命名拉丁双名法：每个菌名由两个拉丁字组成：前一个为属名，后一个为种名。Mycobacteriumtuberculosis菌株：BacillussubtilisBF7658标准菌株：StaphylococcusaureusATCC25923,107,（二）细菌的分类系统伯杰氏细菌鉴定手册（三）细菌的分类方法经典分类鉴定方法：形态学、生理生化反应，血清学方法现代分类鉴定方法：1.核酸分析：16SrRNA序列2.数值分类3.细胞化学分析,108,1、了解细菌主要分解代谢产物及生化反应的意义。2、细菌合成代谢产物及在医学中的作用。3、了解细菌群体生长繁殖曲线及分期。4、了解培养基种类及生长情况。,本节要点,109,第二节病毒学,病毒学绪论,病毒与疾病关系？,病毒与疾病的关系,古代中医书籍上的小儿出天花图,天花-古老传染病,天花病毒,小儿麻痹症-曾造成3000万/年儿童患病，约1/100麻痹！乙型肝炎-全球最严重的公共卫生问题！流行性感冒-发生过多次世界性大流行！麻疹、水痘、腮腺炎、疱疹、狂犬病动物及人类的传染病80%由病毒引起,病毒与疾病的关系,病原体病毒,近20年来肆虐的病毒性疾病,AIDS,SARS,禽流感,病原体病毒！,病毒性疾病的特点,传播快病死率高易引起持续感染与某些肿瘤的发生有关,人类如何揭开病毒秘密？,病毒的发现,1892年首次证明病毒与疾病关系,1935年首个病毒分离提纯,贝杰林克1898证明烟草花叶病病原体是病毒,病毒的发现过程,发病，肯定病原在患病烟叶中，认为可能是细菌引起,病毒的发现过程,麦尔,可能是细菌产生的毒素引起,烟草仍然发病,是细菌吗？,伊万诺夫斯基,是细菌产生的毒素引起的吗？设计：不断传代,所有烟草均发病没有致病性减弱现象,贝杰林克,提出新论点,这是一种活生物体！,比细菌小，可以通过除菌滤器！,它可以在烟草中繁殖、传播！,命名：有毒的virus,贝杰林克,1935年美国科学家斯坦利分离提纯了烟草花叶病毒,有益的启示,严谨的科学态度,立论,实验设计,提出新观点,验证理论,创新结论,Virus：体积微小、结构简单、能通过滤菌器，只有一种核酸、专性细胞内寄生，对干扰素敏感，以自我复制方式繁殖的非细胞型微生物。在离体的条件下能以无生命的化学大分子状态存在并保持其侵染活性。,病毒的定义,病毒的基本性状,一、病毒的大小与形态二、病毒结构与化学组成三、病毒的增殖四、病毒的遗传与变异五、理化因素对病毒的影响六、病毒的分类,一、病毒的大小与形态,病毒体（病毒颗粒）：是指成熟的结构完整的病毒个体。它是病毒在宿主细胞外的结构形式，具有典型的形态结构，并具有感染性。,大小病毒的测量单位：纳米（nanometer，nm）1nm1/1000m介于20250nm，多数在100nm左右,形态形态不一球形为多，也有子弹状、砖块状、蝌蚪状,微生物大小比较,葡萄球菌(1000nm）,牛痘病毒300250nm,A,B,C,D,E,F,G,立克次体450nm,衣原体390nm,A、大肠杆菌噬菌体(6595nm),B、腺病毒(70nm),C、脊髓灰质炎病毒(30nm),D、乙脑病毒(40nm),E、蛋白分子(10nm),F、流感病毒(100nm),G、烟草花叶病毒,病毒形态模式图,电镜下不同病毒形态,冠状病毒电镜下形态,二、病毒结构与化学组成,1.核心：RNA/DNA决定病毒遗传、变异和复制2.衣壳：蛋白质衣壳由壳粒（形态亚单位）组成壳粒由多肽（化学/结构亚单位）组成功能：保护、介导、抗原性是由核心和衣壳组成的“核衣壳”是病毒体的基本结构,（一）病毒的结构,病毒体结构模式图,壳粒,衣壳,核心,核衣壳,包膜,包膜病毒,包膜子粒（刺突）,病毒衣壳的对称类型螺旋对称型二十面体或立体对称型复合对称型,衣壳对称形式模式图,20面体对称,螺旋对称,20面体立体对称,复合对称,3、包膜,包膜：由内向外三层,内：基质蛋白-由病毒编码合成,中：脂质-来源于宿主细胞,外：刺突-由病毒编码合成的糖蛋白,功能：保护核酸、介导感染、具有抗原性,有包膜的病毒称包膜病毒，无包膜的病毒称裸露病毒,核酸,衣壳,核衣壳,基质蛋白脂类刺突,包膜病毒结构模式图,包膜,化学组成：(核酸、蛋白质、脂质、糖）1.核酸：特点-仅有一种RNA：RNA病毒DNA：DNA病毒,功能病毒复制的基础（以核酸为模板，复制子代病毒）决定病毒各种特性（病毒结构特点、致病性、抗原性等）有些核酸具有感染性-感染性核酸,（二）病毒的化学组成,感染性核酸：除去蛋白衣壳后，有些裸露的病毒核酸仍能进入宿主细胞内增殖，称。特点：感染范围广感染性低,结构蛋白由病毒基因组编码组成病毒体的蛋白质（衣壳蛋白、刺突蛋白、基质蛋白）功能保护核酸抗原性参于病毒的感染-选择性吸附非结构蛋白由病毒基因组编码的但不参与病毒体构成的蛋白质。主要是酶蛋白，为病毒复制过程中需要的酶类。,2.蛋白质,3.脂质和糖类,主要存在于包膜中，脂质对干燥、热、酸、脂溶剂敏感，破坏病毒包膜后失去感染性。可用于病毒的鉴定。,三、病毒的增殖,增殖方式：自我复制（replication)-以病毒基因为模板，在宿主细胞内经过转录、翻译、合成、装配等程序，最终释放出子代病毒的过程。,复制周期replicationcycle,吸附穿入脱壳生物合成组装、成熟与释放,（一）复制周期从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和结构蛋白的合成，到最后释放成熟的子代病毒颗粒来，称一个复制周期。,吸附方式：非特异性吸附（偶然碰撞、静电作用）-可逆特异性吸附-受体,1、吸附,2、穿入,穿入形式：吞饮-无包膜病毒融合-有包膜病毒直接进入噬菌体,吞饮方式,融合方式,直接进入,3、脱壳,脱壳：病毒的核酸从衣壳中释放出来。,复制周期中最重要的阶段，主要包括病毒核酸的复制和结构蛋白的合成。,4、生物合成,按照病毒基因组不同，生物合成过程有所区别：,双链DNA病毒（dsDNA）单链DNA病毒（ssDNA）单正链RNA病毒（ssRNA）单负链RNA病毒（ssRNA）双链RNA病毒（dsRNA）逆转录病毒,隐蔽期：病毒进入细胞脱壳后到出现新的感染病毒颗粒，这段时期不能检测到完整的病毒，称为隐蔽期。其长短因病毒的种类而已，一般DNA病毒比RNA病毒长。,双链DNA病毒生物合成,核酸游离,mmmmmm,mRNA转录,早期蛋白（功能蛋白）,子代病毒DNA复制,mmmmmm,mmmmmm,晚期mRNA转录,晚期蛋白（结构蛋白）,半保留复制,早期蛋白质合成,步骤,子代DNA合成,晚期蛋白质合成,病毒RNA,逆转录酶,RNA：DNA杂交中间体,RNA酶H,水解,负单链DNA,DNA聚合酶,双链DNA,整合酶,整合到细胞染色体上（前病毒）,转录,子代RNA,mRNA,翻译,结构蛋白,子代病毒,释放,逆转录病毒（retrovirus）,非结构蛋白,装配,组装成熟,DNA病毒在细胞核内RNA病毒在细胞质内,不同方式释放,5、组装、成熟、释放,病毒释放方式,细胞裂解（无包膜病毒）出芽方式：细胞本身没有被破坏，以出芽方式释放（包膜病毒）细胞间传播病毒基因与细胞基因整合,1、细胞裂解释放,裂解细胞后病毒释放出来,出芽方式（有包膜病毒释放方式）,2、出芽方式,不裂解细胞，但可使细胞表面出现病毒抗原或破坏细胞的功能与代谢导致死亡,（二）异常增殖与干扰现象,宿主原因顿挫感染病毒自身原因缺陷病毒,病毒在宿主细胞复制时，并非所所有的病毒都能组装成完整的病毒体，而常有异常增殖类型,顿挫感染（abortiveinfection),病毒进入宿主细胞后，细胞缺乏病毒复制所需的酶、能量或其他条件，致使该病毒在其中不能生物合成；或者虽合成了病毒的成分，但不能组装成熟为有感染性的病毒体，称顿挫感染。不能为病毒复制提供必要条件的细胞称为非容纳细胞。,因病毒基因组不完整或基因位点改变，单独培养时不能复制出完整有感染性的病毒颗粒，称缺陷病毒；但当与另一种病毒（辅助病毒）在细胞内共同生长时，则可正常增殖。,缺陷病毒（defectivevirus),例如：腺病毒伴随病毒与腺病毒丁型肝炎病毒与乙型肝炎病毒,干扰现象（interference)两种病毒感染同一机体或细胞时，一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象。,活病毒与活病毒灭活病毒与活病毒同种、同型病毒之间不同种、不同型之间,病毒的干扰现象,1、竞争干扰：2、改变宿主细胞的代谢途径，3、缺陷干扰病毒颗粒4、干扰素是干扰现象的主要原因。,病毒的干扰机制,干扰现象的意义,中止病毒感染，构成非特异性免疫的一部分病毒性疫苗使用时注意事项同型、异型间干扰鉴定病毒,第四节病毒的遗传变异,一、病毒基因的突变1、条件致死突变株如温度敏感突变株(ts突变株)(temperaturesensitivemutant,)：仅能在容纳性温度28-31下增殖，在非容纳性温度/限制性温度下不能增殖。Ts株一般毒力明显降低，常用来制备疫苗,野生型动物病毒则可在较大温度范围内(20-39.5)增殖，毒力较强。,2、缺陷型干扰突变株因病毒基因组中碱基缺失突变引起的，核酸含量明显减少，需辅助病毒的帮助下才能正常复制增殖。,3、宿主范围突变株基因突变而扩大了感染宿主细胞范