1、1微生物学培训讲义培训提纲：1、微生物概论2、微生物分布3、细菌学形态结构脂多糖（内毒素/热原质）芽胞生长繁殖消毒灭菌4、真菌学生物学性状致病性与防治原则5、病毒学概论6、制药行业控制微生物大肠埃希菌：生物学性状/致病性和免疫性/微生物学检查/ 防治原则其他控制菌简介金黄色葡萄球菌枯草芽胞杆菌梭状芽胞杆菌铜绿假单胞菌乙型副伤寒沙门菌白色念珠菌黑曲霉菌7、传染病简介肝炎2第一部分 微生物概论微生物（microorganism）是存在于自然界的一大群体形微小、结构简单、肉眼直接看不见，必须籍助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。微生物的种类 微生物的种类繁多，
2、在数十万种以上。按其大小、结构、组成等，可分为三大类。1非细胞型微生物 是最小的一类微生物。无典型的细胞结构，无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长增殖。核酸类型为 DNA 或 RNA，两者不同时存在。病毒属之。2原核细胞型微生物 这类微生物的原始核呈环状裸 DNA 团块结构，无核膜、核仁。细胞器很不完善，只有核糖体。DNA 和 RNA 同时存在。这类微生物众多，有细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌。后五类的结构和组成与细菌接近，故从分类学观点，将它们列入广义的细菌范畴。3真核细胞型微生物 细胞核分化程度高，有核膜和核仁。细胞器完整。真菌属此类。微生物与人类的关系 绝大多数微生物对
3、人类和动、植物是有益的，而且有些是必需的。自然界中 N、C、S 等元素的循环要靠有关的微生物的代谢活动来进行。例如土壤中的微生物能将死亡动、植物的有机氮化物转化为无机氮化物，以供植物生长的需要，而植物又为人类和动物所食用。此外，空气中的大量游离氮，也只有依靠固氮菌等作用后才能被植物吸收。因此，没有微生物，植物就不能进行代谢，人类和动物也将难以生存。在农业方面，也可以应用微生物制造菌肥、植物生长激素等；也可利用微生物感染昆虫这一自然现象来杀死害虫。例如苏云金杆菌能在一些农作物害虫的肠腔中生长繁殖并分泌毒素，导致寄生昆虫的死亡。这样，开辟了以菌造肥、以菌催长、以菌防病、以菌治病等农业增产新途径，为
4、人类创造物质财富。在工业方面，微生物应用于食品、皮革、纺织、石油、化工、冶金等行业日趋广泛。例如采用盐酸水解法生产 1 吨味精需要小麦 30 吨，现改用微生物发酵法只需薯粉 3 吨。既降低生产成本，又大大节约细粮。又如在炼油工业中，3利用多种能以石油为原料的微生物进行石油脱蜡，可以提高石油的质量和产量。在医药工业方面，有许多抗生素是微生物的代谢产物。也可选用微生物来制造一些维生素、辅酶、ATP 等药物。此外，在污水处理方面，利用微生物降解有机磷、氰化物等亦有良好效果。近年来，随着分子生物学的发展，微生物在基因工程技术中的作用更显辉煌。不仅提供了必不可少的多种工具酶和载体系统，更可人为地定向创建
5、有益的工程菌新品种，能在无污染自然环境中制造出多样、大量的人类必需品。有少数微生物能引起人类和动物、植物的病害，这些具有致病性的微生物称为病原微生物。它们分别引起人类的伤寒、痢疾、结核、破伤风、麻疹、脊髓灰质炎、肝炎、艾滋病（AIDS）等；禽、兽的鸡霍乱、鸭瘟、牛炭疽、猪气喘等；以及农作物的水稻白叶枯病、小麦赤霉病、大豆病毒病等。有些微生物，在正常情况下不致病，只是在特定情况下导致疾病，这类微生物称为条件致病微生物。例如一般大肠埃希菌在肠道不致病，在泌尿道或腹腔中就引起感染。此外，有些微生物的破坏性还表现在使工业产品、农副产品和生活用品的腐蚀和霉烂等。微生物学（microbiology）是生命
6、科学的一个重要分支，是研究微生物的类型、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、遗传、进化，以及与人类、动物、植物等相互关系的一门科学。微生物学工作者的任务是将对人类有益的微生物用于生产实际，对人类有害的微生物予以改造、控制和消灭；使微生物学朝向人类需要的方向发展。微生物学随着研究范围的日益广泛和深入，又形成了许多分支。着重研究微生物学基础的有普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学、分子微生物学等。按研究对象分为细菌学、病毒学、真菌学等。在应用领域中，分为农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、诊断微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、海洋微生物学、石油微生物学、土壤
7、微生物学等。新近又有一门由细胞生物学与微生物学融合的细胞微生物学（cellular microbiology）的新分支学科形成。该学科是用病原体来研究细胞4生物学问题，这一分支的发展将大大有利于病原微生物致病机制的研究。这些分支学科的相互配合和促进，使整个微生物学不断的全面的向纵深发展。第二部分 微生物的分布微生物在自然界的分布极为广泛。江河、湖泊、海洋、土壤、矿层、空气等都有数量不等，种类不一的微生物存在。其中以土壤中的微生物最多，例如1g 肥沃土壤可有几亿到几十亿个。在人类、动物和植物的体表，以及与外界相通的人类和动物的呼吸道、消化道等腔道中，亦有大量的微生物存在。正常情况下，寄生在人类和
8、动物口、鼻、咽部和消化道的中微生物是无害的，且有的尚能拮抗病原微生物。再则，定植在肠道中的大肠埃希菌等还能向宿主提供必需的硫胺素、核黄素、烟酸、维生素 B12、维生素 K 和多种氨基酸等营养物质。又牛、羊等反刍动物的胃，因有分解纤维素的微生物定植，才能利用草饲料作为营养物质。正常菌群 自然界中广泛存在着大量的，多种多样的微生物。人类与自然环境接触密切，因而正常人的体表和同外界相通的口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道等腔道中都寄居着不同种类和数量的微生物。当人体免疫功能正常时，这些微生物对宿主无害，有些对人还有利，是为正常微生物群，通称正常菌群（normal flora） 。人体各部位常见的正常菌群
9、见表 2-1。表 2-1 人体常见的正常菌群部位 主要菌类 皮肤 葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、铜绿假单胞菌、丙酸杆菌、白假丝酵母菌、非致病性分枝杆菌口腔 葡萄球菌、甲型和丙型链球菌、肺炎链球菌、奈瑟菌、乳杆菌、类白喉棒状杆菌、放线菌、螺旋体、白假丝酵母菌、梭菌鼻咽腔 葡萄球菌、甲型和丙型链球菌、肺炎链球菌、奈瑟菌、类杆菌外耳道 葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、铜绿假单胞菌、非致病性分枝杆菌眼结膜 葡萄球菌、干燥棒状杆菌、奈瑟菌胃 一般无菌肠道 大肠埃希菌、产气肠杆菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、葡萄球菌、肠球菌、类杆菌、产气荚膜梭菌、破伤风梭菌、双歧杆菌、真细菌、乳杆菌、白假丝酵母菌5尿道 葡萄球菌、类白
10、喉棒状杆菌、非致病性分枝杆菌阴道 乳杆菌、大肠埃希菌、类白喉棒状杆菌、白假丝酵母菌微生态学（microecology）是一门研究微生物与微生物、微生物与宿主，以及微生物和宿主与外界环境相互依存、相互制约的学科；也是研究微观生态平衡（eubiosis） 、生态失调（dysbiosis）和生态调整（ecological adjustment）的一门新兴学科。正常菌群对构成生态平衡起重要作用，其生理学意义有：1生物拮抗 致病菌侵犯宿主，首先需突破皮肤和粘膜的生理屏障作用。其中机制之一是寄居的正常菌群通过受体和营养竞争，以及产生有害代谢产物等方式抵抗致病菌，使之不能定植（colonization）或被
11、杀死。实验发现，以鼠伤寒沙门菌攻击小鼠，需 10 万个活菌才能使其致死；若先给予口服链霉素杀抑正常菌群，则口饲 10 个活菌就能致死。2营养作用 正常菌群参与宿主的物质代谢、营养转化和合成。例如肠道中的大肠埃希菌能合成维生素 K 等，除供菌自需外，尚有多余为宿主吸收利用。因此，病人若选用的抗生素亦能杀伤大肠埃希菌，则病人将发生该类维生素的缺乏，应予以补充。3免疫作用 正常菌群能促进宿主免疫器官的发育；亦可刺激其免疫系统发生免疫应答，产生的免疫物质对具有交叉抗原组分的致病菌有一定程度的抑制或杀灭作用。例如无菌鸡的小肠和回盲部淋巴结较普通鸡小 4/5，小肠集合淋巴结也仅为普通鸡的 40%大小。若将
12、无菌鸡暴露在普通环境中饲养，使其建立正常菌群，则两周后免疫系统的发育和功能能提高至与普通鸡群相近。4抗衰老作用 肠道正常菌群中的双歧杆菌有抗衰老作用。健康乳儿肠道中，双歧杆菌约占肠道菌群的 98%。成年后，这类菌数量大减，代之以其他菌群。进入老年后，产生 H2S 和吲跺的芽胞杆菌菌类增多。这些有害物质吸收后，可加速机体的衰老过程。此外，正常菌群可能有一定的抑瘤作用，其机制是转化某些致癌物质成非致癌性，以及激活巨噬细胞等免疫功能等。条件致病菌 正常菌群与宿主间的生态平衡在某些情况下可被打破，形成生态失调而导致疾病。这样，原来在正常时不致病的正常菌群就成了条件致病菌。这种特定的条件主要有下列几种：
13、61寄居部位的改变 例如大肠埃希菌从原寄居的肠道进入泌尿道，或手术时通过切口进入腹腔、血流等。2免疫功能低下 应用大剂量皮质激素、抗肿瘤药物或放射治疗等，可造成全方位免疫功能降低。从而使一些正常菌群在寄居原位穿透粘膜等屏障，进入组织或血流，出现各种病态，严重的可导致败血症而死亡。3菌群失调（dysbacteriosis） 是宿主某部位正常菌群中各菌种间的比例发生较大幅度变化而超出正常范围的状态。由此产生的病症，称为菌群失调症或菌群交替症（microbial selection and substitution） 。菌群失调时，往往可引起二重感染或重叠感染（superinfection） 。即在
14、抗菌药物治疗原感染性疾病过程中，发生了另一种新致病菌引起的感染。原因是长期或大量应用抗菌药物后，大多数正常菌群被杀或抑制，而原处于少数劣势的菌群或外来耐药菌趁机大量繁殖而致病。引起二重感染的常见菌有金黄色葡萄珠菌、白假丝酵母菌和一些革兰阴性杆菌。临床表现为假膜性肠炎、肺炎、鹅口疮、尿路感染或败血症等。若发生二重感染，除停用原来的抗菌药物外，对检材培养中优势菌类需进行药敏试验，以选用合适类型的药物。同时，亦可使用有关的微生态制剂，协助调整菌群类型和数量，加快恢复正常菌群的原来生态平衡。第三部分 细菌学细菌（bacterium ）是属原核生物界（ prokaryotae）的一种单细胞微生物，有广义
15、和狭义两种范畴。广义上泛指各类原核细胞型微生物，包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体。狭义上则专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌，是本章讨论的对象。它们形体微小，结构简单，具有细胞壁和原始核质，无核仁和核膜，除核糖体外无其他细胞器。了解细菌的形态和结构对研究细菌的生理活动、致病性和免疫性，以及鉴别细菌、诊断疾病和防治细菌性感染等均有重要的理论和实际意义。第一节第一节 细菌的大小与形态细菌的大小与形态观察 细菌最常用的仪器是光学显微镜 ，其大小可以用测微尺在显微镜下进行测量，一般以微米（m）为单位。不同种类的细菌大小不一，同一7种细菌也因菌龄和环境因素的影响而有差异。
16、细菌按其外形，主要有球菌、杆菌和螺形菌三大类 球菌 多数球菌（coccus）直径在 1m 左右，外观呈圆球形或近似球形。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，可形成不同的排列方式，这对一些球菌的鉴别颇有意义。1双球菌（diplococcus ） 在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成对排列，如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌。2链球菌（streptococcus ） 在一个平面上分裂，分裂后多个菌体粘连成链状，如乙型溶血性链球菌。3葡萄球菌（staphylococcus） 在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体无一定规则地粘连在一起似葡萄状，如金黄色葡萄球菌。4四联球菌（tetrads
17、） 在两个互相垂直的平面上分裂 ， 分裂后四个菌体粘附在一起呈正方形，如 四联加夫基菌。 5八叠球菌（sarcina) 在三个互相垂直的平面上分裂， 分裂后八个菌体粘附成包裹状立方体， 如藤黄八叠球菌各类球菌在标本或培养物中除上述的典型排列方式外，还可有分散的单个菌体存在。杆菌 不同杆 菌（ bacillus）的大小、长短、粗细很不一致。 大的杆菌如炭疽芽胞杆菌长 310m，中等的如大肠埃希菌长 23m ，小的如布鲁菌长仅 0.61.5m。杆菌形态多数呈直杆状，也有的菌体稍弯；多数呈分散存在，也有的呈链状排列，称为链杆菌（streptobacillus ） ；菌体两端大多呈钝圆形，少数两端平齐
18、（如炭疽芽胞杆菌）或两端尖细（如梭杆菌） 。有的杆菌末端膨大成棒状，称为棒状杆菌（corynebacterium） ；有的菌体短小，近于椭圆形，称为球杆菌（coccobacillus） ；有的常呈分支生长趋势，称为分枝杆菌（mycobacterium） ；有的末端常呈分叉状，称为双歧杆菌（bifidobacterium） 。螺形菌 螺形菌（spiral bacterium）菌体弯曲，有的菌体长 23m ，只有一个弯曲，呈弧形或逗点状称为弧菌（vibrio), 如霍乱弧菌；有的菌体长836m，有数个弯曲称为螺菌（spirillum), 如鼠咬热螺菌；也有的菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，称为螺杆菌（
19、helicobacterium） ，如幽门螺杆菌。细菌的形态受温度、pH 、培养基成分和培养时间等因素影响很大。一般是细菌在适宜的生长条件下培养 818d 时形态比较典型， 在不利环境或菌龄老时常出现梨形、气球状和丝状等不规则的多形性（polymorphism） ，称为衰退型（involution form） 。因此，观察细菌的大小和形态，应选择适宜生长条件下的对数期为宜。第二节 细菌的结构细菌的结构 细菌虽小，仍具有一定的细胞结构（图 1-2）和功能。细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等各种细菌都有，是细菌的基本结构；荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞仅某些细菌具有，为其特殊结构。一、 细菌的基本结构细胞壁
20、细胞壁（cell wall）位于菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围。是一种膜状结构， 组成较复杂， 并随不同细菌而异。 用革兰染色法可将细菌分为两大类，即革兰阳性菌和革兰阴性菌。两类细菌细胞壁的共有组分为肽聚糖，但各自有其特殊组分。1肽聚糖（peptidoglycan ） 肽聚糖是一类复杂的多聚体，是细菌细胞壁中的主要组分，为原核细胞所特有，又称为粘肽（mucopeptide） 、糖肽（glycopeptide ）或胞壁质（ murein） 。革兰阳性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成（图 1-3） ，革兰阴性菌的肽聚糖仅由聚糖骨架和四肽侧链两部分组成。聚糖骨架由 N-乙酰葡
21、糖胺（N-acetyl glucosamine）和 N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid）交替间隔排列，经 -1，4 糖苷键联结而成。各种细菌细胞壁的聚糖骨架均相同。四肽侧链的组成和联结方式随菌不同而异。如葡萄球菌（革兰阳性菌）细胞壁的四肽侧链的氨基酸依次为 L-丙氨酸、D-谷氨酸、L-赖氨酸和 D-丙氨酸；9第三位的 L-赖氨酸通过由五个甘氨酸组成的交联桥连接到相邻聚糖骨架四肽侧链末端的 D-丙氨酸上，从而构成机械强度十分坚韧的三维立体结构。在大肠埃希菌（革兰阴性菌）的四肽侧链中，第三位氨基酸是二氨基庚二酸（diaminopimelic acid，DAP） ，并由 DAP
22、 与相邻四肽侧链末端的 D-丙氨酸直接连接，没有五肽交联桥，因而只形成单层平面网络的二维结构。其他细菌的四肽侧链中第三位氨基酸变化最大，大多数革兰阴性菌为 DAP，而革兰阳性菌可以是 DAP、L-赖氨酸或其他 L-氨基酸。2革兰阳性菌细胞壁特殊组分 革兰阳性菌的细胞壁较厚（2080nm ） ，除含有 1550 层肽聚糖结构外，大多数尚含有大量的磷壁酸（teichoic acid） ，少数是磷壁醛酸（teichuroic acid ） ，约占细胞壁干重的 50%（图 1-5） 。磷壁酸是由核糖醇(ribitol)或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物，其结构中少数基团被氨基酸或糖所取代，多个
23、磷壁酸分子组成长链穿插于肽聚糖层中。按其结合部位不同，分为壁磷壁酸（wall teichoic acid）和膜磷壁酸（membrane teichoic acid）两种。前者的一端通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合，另端伸出细胞壁游离于外。膜磷壁酸，或称脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）,一端与细胞膜外层上的糖脂共价结合，另端穿越肽聚糖层伸出细胞壁表面呈游离状态。磷壁醛酸与磷壁酸相似，仅其结构中以糖醛酸代替磷酸。此外，某些革兰阳性菌细胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白质，如金黄色葡萄球菌的蛋白， A 群链球菌的 M 蛋白等。3革兰阴性菌细胞壁特殊组分 革兰阴性菌细胞壁较薄（10
24、15nm ） ，但结构较复杂。除含有 12 层的肽聚糖结构外，尚有其特殊组分外膜（outer membrane） ，约占细胞壁干重的 80%。外膜由脂蛋白、脂质双层和脂多糖三部分组成。脂蛋白位于肽聚糖层和脂质双层之间，其蛋白质部分与肽聚糖侧链的二氨基庚二酸相连，其脂质成分与脂质双层非共价结合，使外膜和肽聚糖层构成一个整体。脂质双层的结构类似细胞膜，双层内镶嵌着多种蛋白质称为外膜蛋白（outer membrane protein，OMP） ，其中有的为孔蛋白（porin） ，如大肠杆埃希的 OmpF、OmpC，允许水溶性分子（分子量600）通过；有的为诱导性或去阻遏蛋白质，参与特10殊物质的扩散
25、过程；有的为噬菌体、性菌毛或细菌素的受体。由脂质双层向细胞外伸出的是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS ） 。LPS 由脂质 A、核心多糖和特异多糖三部分组成，即革兰阴性菌的内毒素（endotoxin） 。（1）脂质 A（lipid A） 为一种糖磷脂，由 1，6-糖苷键相联的 D-氨基葡萄糖双糖组成的基本骨架，双糖骨架的游离羟基和氨基可携带多种长链脂肪酸和磷酸基团。不同种属细菌的脂质 A 骨架基本一致，其主要差别是脂肪酸的种类和磷酸基团的取代不尽相同，其中 -羟基豆蔻酸是肠道菌所共有的。脂质 A 是内毒素的毒性和生物学活性的主要组分，无种属特异性，故不同细菌产生的内毒素的毒
26、性作用均相似。（2）核心多糖（core polysaccharide） 位于脂质 A 的外层，由己糖（葡萄糖、半乳糖等） 、庚糖、2-酮基-3-脱氧辛酸（2-keto-3-deoxyoctonic acid，KDO） 、磷酸乙醇胺等组成。经 KDO 与脂质 A 共价联结。核心多糖有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同。（3）特异多糖（specific polysaccharide） 是脂多糖的最外层，由数个至数十个低聚糖（35 个单糖）重复单位所构成的多糖链。特异多糖即革兰阴性菌的菌体抗原（O 抗原） ，具有种特异性，因其多糖中单糖的种类、位置、排列和空间构型各不相同所致。特异多糖的缺失，细菌从
27、光滑（smooth，S ）型变为粗糙（rough ， R）型。另外，少数革兰阴性菌（脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌、流感嗜血杆菌）的 LPS 结构不典型，其外膜糖脂含有短链分枝状聚糖组分（与粗糙型肠道菌的 LPS 相似） ，称为脂寡糖（lipooligosaccharide，LOS） 。它与哺乳动物细胞膜的鞘糖脂成分非常相似，从而使这些细菌逃避宿主免疫细胞的识别。LOS 作为重要的毒力因子受到关注。在革兰阴性菌的细胞膜和外膜的脂质双层之间有一空隙，约占细胞体积的20%40%，称为周浆间隙（ periplasmic space） 。该间隙含有多种蛋白酶、核酸酶、解毒酶及特殊结合蛋白，在细菌获得营养、解
28、除有害物质毒性等方面有重要作用。-内酰胺抗生素是指其结构中含有 - 内酰胺环的一类抗生素 ,包括青霉素类和头孢菌素类，由于其抑制细胞壁肽聚糖的合成而达到杀菌作用。细菌产生的 -内酰胺酶（-lactamase, BLA)可以特异性地打开药物分子结构中的 -内酰胺环，使其完全失去活性。一般是革兰阳性菌的 BLA 为胞外酶，革兰阴性菌的 BLA 位于周浆间隙内，BLA 的产生可以11由细菌染色体编码，也可以由质粒编码。20 世纪 90 年代以来，应用 Bush-Jocoby-Medeiros（简称 Bush 法）分类法，即根据该酶来源，分子 生物学特征，底物谱和抑制物敏感性等，将细菌的 BLA 分为
29、四大类。近年来，在克雷伯菌、大肠埃希菌、肠杆菌等革兰阴性菌中又出现了新的 BLA 突变体，扩大了原来的底物谱，可以水解青霉素类，一、二、三代头孢菌素和单环类抗生素（氨曲南） ，称其为超广谱 -内酰胺酶（extended spectrum -lactamase, ESBL) 。-内酰胺酶介导的耐药性是细菌耐药机制研究的重要内容，也是抗生素不断改造的理论基础。革兰阳性和阴性菌细胞壁结构显著不同（表 3-1） ，导致这两类细菌在染色性、抗原性、致病性及对药物的敏感性等方面的很大差异。表 3-1 革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较细胞壁 革兰阳性菌 革兰阴性菌强度 较坚韧 较疏松厚度 2080nm 10
30、15nm肽聚糖层数 可多达 50 层 12 层 肽聚糖含量 占细胞壁干重 50%80% 占细胞壁干重 5%20% 糖类含量 约 45% 15%20%脂类含量 1%4% 11%22% 磷壁酸 + 外膜 +二、细菌的特殊结构芽胞 某些细菌在一定的环境条件下，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，称为内芽胞(endospore)，简称芽胞(spore） ，以别于真菌在菌体外部形成的孢子。产生芽胞的细菌都是革兰阳性菌，重要的有芽胞杆菌属(炭疽芽胞杆菌等)和梭菌属(破伤风梭菌等)。1芽胞的形成与发芽 细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。芽胞一般只是在动物体外才能形成，其形成条
31、件因菌种而异。如炭疽杆菌在有12氧下形成，而破伤风梭菌则相反。营养缺乏尤其是 C、 N、 P 元素不足时，细菌生长繁殖减速、启动芽胞形成基因。但亦有例外，苏云金杆菌形成芽胞则要求适宜的生长条件。芽胞带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌的全部生命必需物质。芽胞形成后，菌体即成为空壳，有些芽胞可从菌体脱落游离。芽胞折光性强，壁厚，不易着色。染色时需经媒染、加热等处理。芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别价值(图 l-16)。例如炭疽芽胞杆菌的芽胞为卵圆形、比菌体小，位于菌体中央；破伤风梭菌芽胞正圆形，比菌体大，位于顶端，状如鼓锤(图 l-17)；肉毒梭菌芽胞亦比菌体大
32、，位于次极端。芽胞形成在形态学上可分 7 个期，全程 68d。始于对数生长期末，菌细胞膜进行性地内陷性生长，逐渐形成双层膜结构，包被核质成为芽胞的核心。细胞膜又能合成特殊物质，在内膜和外膜间形成细胞壁和皮质。在外膜外围再形成芽胞壳和芽胞外衣。成熟的芽胞具有多层膜结构(图 l-18)。芽胞核心(core)是芽胞的原生质体，含有细菌原有的核质和核糖体、酶类等主要生命基质。核心的外层依次为内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣，将其层层包裹，成为坚实的球体。内膜和外膜由原来的细胞膜形成。芽胞壁(spore wall)含肽聚糖，发芽后成为细菌的细胞壁。皮质(cortex)是芽胞包膜中最厚的一层，由
33、一种特殊的肽聚糖组成。芽胞壳(coat)是一种类似角蛋白的疏水性蛋白质，致密无通透性，能抗化学药物进入，并增强对紫外线照射的抵抗力。有些细菌芽胞还有一层疏松的芽胞外衣(exosporium)，含有脂蛋白和糖类。芽胞形成后，若由于机械力、热、pH 改变等刺激作用下，破坏其芽胞壳，并供给水分和营养，芽胞可发芽，形成新的菌体。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，细菌数量并未增加，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体可称为繁殖体(vegetative form)。细菌的芽胞发芽(germination)成繁殖体的过程，可分为活化(activation
34、)、启动(initiation)和长出(outgrowth)三个连续阶段。整个过程大约需要 90min。热刺激(如60 1d 或 85 5min)和 pH 值降低均可活化芽胞发芽， L-丙氨酸、葡萄糖、肌苷和腺苷均13为启动剂。芽胞壳经活化后，其富含二硫键的蛋白构型变化，引起渗透性改变，致使阳离子渗入，细胞膜脂质活性增强，并启动电子传递链。同时，随着水分渗入，芽胞特有成分吡啶二羧酸钙、皮质肽聚糖和芽胞壳物质等大量降解，使芽胞通透性加强，耐热、抗辐射等特性消失。由于代谢活性和呼吸增强，生物合成加速，顺序为 RNA、蛋白质、脂质，最后是 DNA。继而芽胞核心体积增大、皮质膨松、芽胞壳破裂，芽管长出
35、并逐渐长大、发育成新的繁殖体细胞。2芽胞的功能 细菌的芽胞对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。一般细菌繁殖体在 80水中迅速死亡，而有的细菌芽胞可耐 100沸水数小时。被炭疽芽胞杆菌芽胞污染的草原，传染性可保持 2030 年。细菌芽胞并不直接引起疾病，仅当发芽成为繁殖体后，就能迅速大量繁殖而致病。例如土壤中常有破伤风梭菌的芽胞，一旦外伤深部创口被泥土污染，进入伤口的芽胞在适宜条件下即可发芽成繁殖体再致病。被芽胞污染的用具、敷料、手术器械等，用一般方法不易将其杀死，杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸气灭菌。当进行消毒灭菌时，应以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。细菌芽胞抵抗力
36、强的原因，可能与下列因素有关：芽胞含水量少，约占繁殖体的 40，蛋白质受热后不易变性；芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入；芽胞的核心和皮质中含有一种特有的化学组分吡啶二羧酸(dipicolinic acid，DPA)，DPA 与钙结合生成的盐能提高芽胞中各种酶的热稳定性。芽胞形成过程中很快合成 DPA，同时也获得耐热性；芽胞发芽时， DPA 从芽胞内渗出，其耐热性亦随之丧失。第三节第三节 脂多糖脂多糖热原质（pyrogen） 或称致热原 .是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质，称为热原质。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质即其细胞壁的脂多糖。热原质耐高温，高压蒸气
37、灭菌（121、20min）亦不被破坏，250高温干烤才能破坏热原质。用吸附剂和特殊石棉滤板可除去液体中大部分热原质，蒸馏法效果最好。因此，在制备和使用注射药品过程中应严格遵守无菌操作，防止细菌污染。14内毒素 是革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）组分，只有当细菌死亡裂解或用人工方法破坏菌体后才释放出来。螺旋体、衣原体、支原体、立克次体亦有类似的 LPS，有内毒素活性。内毒素的分子量大于 10 万，其分子结构由 O 特异性多糖、非特异核心多糖和脂质 A 三部分组成。内毒素耐热，加热 100C 经 1h 不被破坏；需加热至 160C 经 2-4h，或用强碱、
38、强酸或强氧化剂加温煮沸 30min 才灭活。不能用甲醛液脱毒成类毒素。内毒素注射机体可产生相应抗体，但中和作用较弱。内毒素 LPS 能刺激巨噬细胞、血管内皮细胞等产生 IL-1、IL-6、TNF- 及趋化因子等。小量内毒素诱生的这些细胞因子，可导致适度发热、微血管扩张、炎症反应等对宿主有益的免疫保护应答。但当革兰阴性菌进入血循环发生败血症时，内毒素大量释出，诱生的细胞因子过量，常致患者休克甚至死亡。高浓度的内毒素也可激活补体替代途径，引发高热、低血压，以及活化凝血系统，最后导致弥散性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation,DIC）.脂质 A 是
39、内毒素的主要毒性组分。不同革兰阴性菌的脂质 A 结构虽有差异，但基本相似。因此，不同革兰阴性菌感染时，由内毒素引起的毒性作用大致类同。（1）发热反应：极微量（15ng/kg）内毒素就能引起人体体温上升，维持约 4h 后恢复。其机制是内毒素作用于巨噬细胞等，使之产生 IL-1、IL-6 和TNF- 这些具有内源性致热原（endogenous pyrogens）的细胞因子。它们再作用于宿主体下丘脑体温调节中枢，促使体温升高发热。（2）白细胞反应：注射内毒素后，血循环中的中性粒细胞数骤减，系与其移动并粘附至组织毛细血管有关。12h 后，LPS 诱生的中性粒细胞释放因子（neutrophil rele
40、asing factor）刺激骨髓释放中性粒细胞进入血流，使数量显著增加，且有左移现象。但伤寒沙门菌内毒素是例外，始终使血循环中的白细胞总数减少，机制尚不清楚。（3）内毒素血症与内毒素休克：当血液中细菌或病灶内细菌释放大量内毒素入血时，可导致内毒素血症（endotoxemia） 。内毒素作用于巨噬细胞、中性15粒细胞、内皮细胞、血小板、补体系统、凝血系统等并诱生 TNF-、IL-1、IL-6、IL-8、组胺、5-羟色胺、前列腺素、激肽等生物活性物质，使小血管功能紊乱而造成微循环障碍，表现为微循环衰竭和低血压、组织器官毛细血管灌注不足、缺氧、酸中毒等。严重时则导致以微循环衰竭和低血压为特征的内毒
41、素休克。（4）Shwartzman 现象与 DIC：将革兰阴性菌培养物上清或杀死的菌体注射入家兔皮内，824h 后再以同样或另一种革兰阴性菌行静脉注射。约 10h 后，在第一次注射处局部皮肤可出现出血和坏死，是为局部 Shwartzman 现象。若两次注射均为静脉途径，则动物两侧肾皮质坏死，最终死亡，此为全身性Shwartzman 现象。该现象不是抗原与抗体结合的免疫应答反应，因两次注射仅间隔短时间，且两次注射的革兰阴性菌可为无抗原交叉者。在人类的严重革兰阴性菌感染中常出现的 DIC，其病理变化和形成机制酷似动物的全身性Shwartzman 现象。第四节第四节 细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖一、
42、细菌的营养类型各类细菌的酶系统不同，代谢活性各异，因而对营养物质的需要也不同。根据细菌所利用的能源和碳源的不同，将细菌分为两大营养类型。自养菌（autotroph ）该类菌以简单的无机物为原料，如利用 CO2、CO 32 作为碳源，利用 N2、NH 3、NO 2 、NO 3 等作为氮源，合成菌体成分。这类细菌所需能量来自无机物的氧化称为化能自养菌（chemotroph） ，或通过光合作用获得能量称为光能自养菌（phototroph） 。异养菌（heterotroph）该类菌必须以多种有机物为原料，如蛋白质、糖类等，才能合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌（saprophyte）和寄生菌（p
43、arasite） 。腐生菌以动植物尸体、腐败食物等作为营养物；寄生菌寄生于活体内，从宿主的有机物获得营养。所有的病原菌都是异养菌，大部分属寄生菌。二、细菌的营养物质对细菌进行人工培养时，必须供给其生长所必须的各种成分，一般包括水、16碳源、氮源、无机盐和生长因子等。水 细菌所需营养物质必须先溶于水，营养的吸收与代谢均需有水才能进行。碳源 各种碳的无机或有机物都能被细菌吸收和利用，合成菌体组分和作为获得能量的主要来源。病原菌主要从糖类获得碳。氮源 细菌对氮源的需要量仅次于碳源，其主要功能是作为菌体成分的原料。很多细菌可以利用有机氮化物，病原性微生物主要从氨基酸、蛋白胨等有机氮化物中获得氮。少数病
44、原菌如克雷伯菌亦可利用硝酸盐甚至氮气，但利用率较低。无机盐 细菌需要各种无机盐以提供细菌生长的各种元素，其需要浓度在10-310 -4mol/L 的元素为常用元素， 其需要浓度在 10-610 -8 mol/L 元素为微量元素。前者如磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等；后者如钴、锌、锰、铜、钼等。各类无机盐的功用如下： 构成有机化合物，成为菌体的成分； 作为酶的组成部分，维持酶的活性； 参与能量的储存和转运； 调节菌体内外的渗透压； 某些元素与细菌的生长繁殖和致病作用密切相关。例如白喉棒状杆菌在含铁 0.14mg/L 的培养基中毒素量最高，铁的浓度达到 0.6mg/L 时则完全不产毒。在人体内，大部
45、分铁均结合在铁蛋白、乳铁蛋白或转铁蛋白中， 细菌必须与人体细胞竞争得到铁才能生长繁殖。 具有载铁体（siderophore) 的细菌就有此竞争力， 它可与铁螯合和溶解铁， 并带入菌体内以供代谢之需。 如结核分枝杆菌的有毒株和无毒株的一个重要区别就是前者有一种称为分枝菌素(mycobactin)的载铁体，而后者则无。一些微量元素并非所有细菌都需要，不同菌只需其中的一种或数种。生长因子 许多细菌的生长还需一些自身不能合成的生长因子(growth factor)，通常为有机化合物，包括维生素、某些氨基酸、嘌呤、嘧啶等。少数细菌还需特殊的生长因子，如流感嗜血杆菌需要 、两种因子，因子是高铁血红素，因子
46、是辅酶或辅酶，两者为细菌呼吸所必需。三、影响细菌生长的环境因素营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。营养物质 充足的营养物质可以为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的17原料和充足的能量。氢离子浓度(pH) 每种细菌都有一个可生长的 pH 范围, 以及最适生长pH。大多数嗜中性细菌生长的 pH 范围是 6.08.0，嗜酸性细菌最适生长 pH 可低至 3.0，嗜碱性细菌最适生长 pH 可高达 10.5。多数病原菌最适 pH 为7.27.6，在宿主体内极易生存；个别细菌如霍乱弧菌在 pH8.49.2 生长最好，结核杆菌生长的最适 pH 为 6.56.8。细菌依靠细胞膜上的质子转运系统调
47、节菌体内的 pH，使其保持稳定，包括 ATP 驱使的质子泵，Na + /H + 和 K+/H+ 交换系统温度 各类细菌对温度的要求不一。藉此分为嗜冷菌(psychrophile)，其生长范围-530，最适生长为 1020；嗜温菌(mesophile)，生长范围1045，最适 2040；嗜热菌(thermophile),生长范围 2595，最适5060。病原菌在长期进化过程中适应人体环境，均为嗜温菌，最适生长温度为人的体温，即 37。当细菌突然暴露于高出适宜生长温度的环境时，可暂时合成热休克蛋白(heat-shock proteins)。这种蛋白对热有抵抗性，并可稳定菌体内热敏感的蛋白质。气体
48、根据细菌代谢时对分子氧的需要与否，可以分为四类。1专性需氧菌(obligate aerobe) 具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅能在有氧环境下生长。如结核分枝杆菌、霍乱弧菌。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。如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌。3兼性厌氧菌(facultative anaerobe) 兼有需氧呼吸和无氧发酵两种功能，不论在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧时生长较好。大多数病原菌属于此。4专性厌氧菌(obligate anaerobe) 缺乏完善的呼吸酶系统，利用氧以外的其他物质作为受氢体，只能在无氧环境中进行发酵。有游离氧存在时，不但不能利用分子氧，且还将受其毒害，甚至死亡。如破伤风梭菌、脆弱类杆菌。专性厌氧菌在有氧环境中不能生长，可能由于下述原因：18（1）缺乏氧化还原电势(Eh)高的呼吸酶：各种物质均有其固有的 Eh。在氧化还原过程中，Eh 高的物质可氧化 Eh 低的物质，反之不能。人组织的 Eh 约为150mV，普通培养基在有氧环境中 Eh 可达 300mV 左右，因此细菌必须具有 Eh 比它们更高的呼吸酶，如细胞色素和细胞色素氧化酶，才能氧化环境中的营养物质。专性厌氧菌缺乏这类高 Eh 呼吸酶，只能在 120
