1、周德庆微生物学笔记绪 论第一节：微生物学的研究对象与任务 一、 “微生物”的含义（什么是微生物）非分类学上名词，来自法语“Microbe ”一词。是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。 （插入）二、生物分界（微生物在生物界的位置） 1、两界系统（亚里斯多德）动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866 年提出） 2、五界系统 R. H. Whitakker, Science, 163: 150-160, 196
2、9 原核生物界 Monera：细菌、放线菌等原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等真菌界 Fungi：酵母、霉菌动物界 Animalia：植物界 Plantae：五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。六界：加上病毒界。3、三界（域）系统 Woese 用寡核苷酸序列编目分析法对 60 多株细菌的 16SrRNA 序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式-古细菌(archaebacteria) 。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了 16Sr RNA(18SrRN
3、A)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样， 具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域 )：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物 (Eukaryotes)。1990 年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类 ，他又把三界(域)改称为：Bacteria( 细菌) 、Archaea(古生菌) 和 Eukarya(真核生物) 。并构建了三界(域) 生物的系统树。四、微生物特点生命基本特征：生命通过它的耐久性、适应性、它的生长及修复的能力和它的繁殖而延续下去，这
4、是生命的基本的和普遍的特征。新陈代谢，包括外部的和内部的，是一切生命的另一基本特征。控制与调节，是生命的又一基本特征。体积小、比表面积大大小以 um 计，但比表面积（表面积 /体积）大， （插入表） ，必然有一个巨大的营养吸收，代谢废物排泄和环境信息接受面。这一特点也是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。特点 1 举例乳酸杆菌：120，000 鸡蛋：1.5 人（200 磅）：0.3 2、吸收多、转化快这一特性为高速生长繁殖和产生大量代谢物提供了充分的物质基础。特点 2 举例重量相同下：乳酸菌：1 小时可分解其体 重 1000 至 10000 倍乳糖。人：2.5105 小时消耗自身体重 100
5、0倍乳糖。 3、生长旺、繁殖快极高生长繁殖速度，如 E. coli 20-30 分钟分裂一次，若不停分裂，48 小时 2.21043 菌数增加，营养消耗，代谢积累，限制生长速度。这一特性可在短时间内把大量基质转化为有用产品，缩短科研周期。也有不利一面，如疾病、粮食霉变。4、适应强、易变异极其灵活适应性，对极端环境具有惊人的适应力。遗传物质易变异。 5、分布广、种类多分布区域广，分布环境广。生理代谢类型多，代谢产物种类多，种数多。五、微生物作用 1、在自然界物质循环中作用 2、空气与水净化，污水处理 3、工农业生产：菌体，代谢产物，代谢活动 4、对生命科学的贡献六、分支学科根据不同研究领域和不同
6、研究对象划分第二节、微生物学发展简史 “科学的历史就是科学本身。 ” 歌德中国古代酒文化， “仪狄作酒，禹饮而甘之。 ”书经 “若作酒醴，尔惟曲蘖（nie） ”齐民要术提倡轮作制。宋真宗时代（公元 998-1022）种痘防天花。二、国外微生物学发展 1、微生物的发现形态学时期 Antony Van Leeuwenhock，1632-1723 第一个报告自己观察的人。他观察了几乎每一个想看到的东西，雨水、污水、血液、体液、酒、醋、牙垢等，发现了微生物，称为“微动体” 。 2、微生物学的奠基 生理学时期 Louis Pasteur，1822-1895 他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。 （1
7、）证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。 （2）免疫学预防种痘（3）发酵的研究（4）其他贡献否定自生说关于自然发生的争论：自然发生说（无生源说）：认为微小动物是从无生命的物质自然发生的。生源说：认为微小动物是从微小动物的“种子”或“胚”形成的， “种子”或“胚”存在于空气中。已进行的实验：1665 年，Fracesco Redi 腐肉生蛆实验，否定了动物自生说。 Spallanzani 实验，充分加热的有机汁液中长出微生物原因是由于空气将微生物带进了汁液，因而采取完全密封隔绝的封闭法。 18 世纪末发现 o2 ，意识到 o2 是动物生活必需一种气体。 Pasteur 实验 1、首先验证了
8、空气中确实含有显微镜可观察到的“有机体” 。 2、加热过的空气通入汁液（煮沸过）并不导致微生物生长。 3、在一封闭容器内，对完全灭菌的汁液加上一些收集到的微生物，无例外地引起微生物生长。 4、设计鹅颈瓶进行实验，最终否定自生说。免疫学贡献 Edward Jenner，1796 发明种痘，不了解机制。 Pasteur 1877 研究了鸡霍乱、炭疽病和恐水病，发现钝化病原体可以诱发免疫性和预防疾病。发酵研究相信一切发酵作用都和微生物的存在及繁殖有关。不同的发酵是由不同的微生物引起的。发明巴斯德消毒法。观察丁酸发酵时，发现厌氧生命，提出好氧、厌氧术语。 Robert Koch 1843-1910 1
9、、建立微生物学研究基本技术（1）分离和纯化细菌：划线法，混合倒平板法。琼脂、培养皿（Petri） （2）设计了培养细菌用的肉汁胨培养液和营养琼脂培养基。 （3）设计了细菌染色技术 2、证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫准则。柯赫准则 1、某一种微生物，当被怀疑是病原体时，它一定伴随着病害而存在。 2、必须能自原寄主分离出这种微生物，并培养成为纯培养。 3、用已纯化的纯培养微生物，人工接种寄主，必须能诱发与原来病害相同病害。 4、必须自人工接种发病的寄主内，能重新分离出同一病原微生物并培养成纯培养。其他人 Serge Winogradsky,1856-1953,发现微生物的自养生活。Beijeri
10、nck M. W.,1851-1931，发现了非共生固氮菌。 Joseph Lister,1864,提出无菌外科操作技术。 Elie Metchnikoff 发现白细胞的吞噬作用。 Ivanovsky 发现烟草花叶病毒。 P. Ehrlich 现代化疗的开始 3、现代微生物学发展分子生物学阶段 1、现代发酵工业的形成：1941，Florey 有毒有机物:不易被生物降解。无毒无机物 :一些营养性无机盐 ; 有毒无机物:重金属等 Hg As Pb Cd。 2、微生物的降解与转化对无机污染物的转化微生物不能降解重金属，只能使它们发生形态之间的相互转化及分散和富集过程。也就是改变金属在环境中的存在转态
11、，从而改变它们的毒性有机 Hg Pb 无机 Hg Pb 对有机污染物的降解农药：主要通过催化作用使农药分子发生一些结构改变，使其被分解。石油：多种烃类混合物，多种微生物共同作用，二、水污染及防治 1、水的污染源污染指标： COD（化学需氧量）：使用强氧化剂（高锰酸钾、重铬酸钾）使 1L 污水中的有机物进行化学氧化时所消耗的氧的毫克数。mg/L BOD5(五日生化需氧量)：20时，每 L 废水所含有机物在 5 天内进行微生物氧化时所消耗的氧量，mg/L。 2、处理废水的微生物法 (1) 厌氧处理法（产能型）采用厌氧消化器把微生物可降解的有机物转化成甲烷、二氧化碳、水和其它气体的一种处理方法。过程
12、：三个阶段，图 9-11:涉及到的微生物，发生的反应。 (2) 好氧处理法过程 活性污泥法（曝气法） （耗能型）：利用含有好氧微生物的活性污泥，在通气条件下，使污水净化的生物学方法。活性污泥是一种絮状污泥，主要是菌胶团形成菌，原生动物，有机和无机胶体以及悬浮物组成。人工培养、驯化获得。根据污水在系统中流动状况分为推流式和完全混合式。 生物膜法：以好氧微生物组成的生物膜为净化主体的生物处理方法。 A、滴滤池法（节能型） （洒水滤床法） B、生物转盘法（耗能型） 氧化塘法（节能型） （稳定塘）：大面积敞开式污水处理池，利用藻菌互生系统来分解有机物，使污水得以净化。固体废物采用堆肥法和沼气发酵法。七
13、章：传染与免疫 1 节：传染 infection 非传染性：生理性、遗传性等疾病 病原微生物（病毒、细菌）传染性其它生物（寄生虫等）传染是病原微生物侵入机体后，在机体一定部位生长繁殖，并引起一系列病理生理的过程。传染是宿主、病原菌、环境因素三方面力量作用的结果一、传染的三种可能结局 1、隐性传染 2、带菌状态 3、显性传染 传染病专指显性传染。 二、决定传染结局的三个因素 （一）病原微生物在传染免疫中作用 要造成感染，必须能抵抗机体内的天然防御机能而不被消灭，并在侵入体内后能生长繁殖，扰乱机体的新陈代谢，造成传染。 要具备一些条件才能传染（P320） 1、毒力或致病性 某种微生物对一定宿主，在
14、一定条件下引起疾病的能力。 强弱取决于以下因素： 1）侵袭力：与酶（卵磷脂酶、透明质酸酶、胶原酶、链激酶、凝固酶）和微生物结构（荚膜、菌毛、表面抗原）有关。 2）毒素 内毒素：多由 G-产生，化学组成为脂多糖。 外毒素：某些 G+分泌到体外的毒性物质，化学组成为蛋白质。如破伤风毒素、肉毒毒素、白喉外毒素等。 外毒素可用 0.3-0.4%甲醛脱毒，成为类毒素（仍保持抗原性）。 内、外毒素比较：P322，表 10-1 2、数量 与毒力强弱有关。多数病原微生物需要足够数量侵入机体，才能发病。 3、侵入途径 不同菌侵入途径不同，只有侵入易感机体的一定部位，才能发病。 （二）机体在传染免疫中作用（宿主的
15、免疫力） 1、免疫定义 Immune 机体对体内外生物性刺激的反应，在正常情况下机体识别异物、排除异物、消灭异物的生理功能。 或者说机体识别自己、排除异己抗原物质的一种生理功能。 既有有利一面，也有有害一面。 2、免疫反应分类 1）非特异性免疫与特异性免疫 非特异性免疫是机体对所有病原微生物都有防御作用，没有特殊的选择性。它受遗传控制，是机体在长期的种系发育与进化过程中逐渐建立起来的一系列防卫机能，在个体一出生就具有。 又称天然免疫（先天免疫） 特异性免疫是指机体针对某一种或某一类微生物或其产物所产生的特异性抗力。 是个体在生活过程中通过隐性感染或预防接种等方式，使抗原与免疫系统的细胞相接触后
16、而获得的防卫机能。又称后天获得性免疫 2）自动免疫与被动免疫 自动免疫是指用人工方法注射抗原（菌苗、疫苗、类毒素），使机体产生免疫功能。 被动免疫是指用人工方法注射抗体（抗毒素、抗血清）而产生对病原体的抵抗力。 3）细胞免疫与体液免疫 细胞免疫是指致敏淋巴细胞与其相应抗原作用所产生的特异性免疫。 体液免疫是抗体的免疫作用。 3、免疫的功能 1）生理防御功能（免疫防御） 2）自身稳定功能（免疫稳定） 3）免疫监视作用( 及时排除突变细胞。) （三）环境因素 P325 表解 2 节：非特异性免疫 一、机体的天然屏障作用 1、皮肤和粘膜（体外屏障） 2、内部屏障 二、吞噬细胞 白细胞分类：P327
17、，表 10-4，图 10-1 1、噬中性粒细胞：吞噬过程。图 10-2 2、巨噬细胞：来源、功能。三、炎症反应 四、体液因素（正常体液中的抗微生物因素）：P330 ，表 10-5 1、补体系统 补体是存在于正常血清中一组具有酶活性的蛋白，有补充抗体作用能力，其作用无特异性，可与抗原抗体复合物作用，不能单独作用于抗原或抗体。补体由巨噬细胞、肠上皮细胞及肝、脾细胞产生。 补体系统由 11 个血清蛋白构成，C1-C9，C1 又分 C1q、C1r、C1s。是一组酶原，被激活后发挥作用。 补体攻击细胞结果，使膜损伤，导致细胞裂解。促进吞噬作用。与变态反应有关。 (2)干扰素 interferon IFN
18、 干扰素是一类在同种细胞上具有抗病毒活性的蛋白质，其活性发挥又受细胞基因组的调节和控制，涉及到 RNA 和蛋白质合成。 人干扰素有 干扰素（白细胞干扰素）， 干扰素（成纤维细胞干扰素）， 干扰素（免疫干扰素）。 干扰素诱生剂：P331 天然干扰素是分子量为 2 万的糖蛋白，其作用无特异性，但产生干扰素的动物和被保护的动物之间却有种属特异性。不过也有交*保护作用。干扰素作用时间短，仅几天。 作用机制：P331,图 10-3 主要抑制病毒的复制，其可激活宿主 DNA,产生抗病毒蛋白（ AVP)，与核糖体作用，使其只能合成宿主蛋白，而不能合成病毒蛋白。 3 节：特异性免疫 一、参与特异性免疫的组织器
19、官 胸腺、腔上囊、骨髓、淋巴结、脾脏。前三者称中央淋巴组织，后二者称外周淋巴组织。 二、参与特异性免疫的细胞 免疫活性细胞是指在免疫过程中受抗原刺激后能进行分化、增殖并发生特异性免疫应答的 T、B细胞。 免疫细胞主要是各类淋巴细胞、巨噬细胞等 免疫细胞均来源于骨髓干细胞。 1、干细胞：分化图 P336，图 10-5 2、T 淋巴细胞（胸腺依赖淋巴细胞） T 细胞发育过程（细胞免疫） T 细胞表面标志：绵羊红细胞（sRBC)受体、有丝分裂原受体等。 T 细胞分类： T 调节细胞 辅助性 T 细胞(TH) (TR) 抑制性T 细胞（TS) T 效应细胞 迟发型超敏 T 细胞(TD) (TE) 细胞
20、毒 T 细胞(TC) 2、B 淋巴细胞（骨髓依赖淋巴细胞） 发育过程:体液免疫 标志：膜表面免疫球蛋白 SmIg。 还有一些淋巴细胞，如 K 细胞、NK 细胞等。 3、巨噬细胞 在特异性免疫中，淋巴细胞不易直接接触抗原，须经巨噬细胞吞噬消化，将抗原信息传递给淋巴细胞。此外，巨噬细胞还能释放白细胞介素-1，参与免疫。 三、特异性体液免疫 由抗体介导的免疫 1、中和外毒素 2、调理作用 3、凝集作用 4、阻止病原菌对粘膜的吸附四、特异性细胞免疫 致敏T 淋巴细胞介导的 1、 TD 细胞的作用：释放淋巴因子，其作用于免疫活性细胞而产生免疫效应。 主要的淋巴因子：表 10-8 淋巴因子作用无特异性，但
21、其释放需特异性抗原刺激。 2、 TC 细胞作用：能特异性地识别靶细胞表面抗原，与其结合，使其溶解。非特异性免疫与特异性免疫关系 免疫应答（immune response）：从一个抗原刺激开始，机体内抗原特异性淋巴细胞识别抗原（感应）后，发生活化、增殖和分化，表现出一定的体液免疫和细胞免疫的效应的过程。 分三阶段，两种类型。 4 节：抗原与抗体 Antigen and Antibody 一、抗原 （一）定义：一类能刺激机体产生抗体或致敏淋巴细胞，并能与这些产物在体内或体外发生特异性反应的物质，具有一定的化学结构、物理及生物学特性，并具有免疫原性（抗原性）和反应原性。 免疫原性：刺激机体产生特异性
22、抗体或致敏淋巴细胞的免疫应答能力。 反应原性：能和特异性抗体或致敏淋巴细胞结合，发生特异性反应的能力。 （二）种类 1、完全抗原：具有抗原性和反应原性 2、半抗原：只有反应原性，没有抗原性。 （三）性质 （免疫原性的物质基础） 1、异物性 1）异种间物质 2）同种异体间物质：ABO 血型，移植排斥。 3）自体隔绝成分 4）自体组织蛋白变性，成为自身抗原。 2、一定的物化特性 1）大分子物质 2）一定的结构 3）特异性：由分子表面上的特定化学基团 抗原决定基所决定的。半抗原实际上就是抗原决定基。任何抗原都可看成是一个载体与半抗原的复合物。 （四）微生物抗原结构 鞭毛抗原（H 抗原） 菌体抗原（O
23、 抗原） 表面抗原：如荚膜抗原 外毒素和类毒素 二、抗体 （一）定义：由抗原刺激机体的 B 细胞，由 B 细胞转化成浆细胞所产生的具有特异性的免疫球蛋白。Immunoglobulin Ig 抗体在体外可与相应抗原作用产生可见反应 血清学反应；在体内可起抗传染作用。 （二）种类 IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. （三）结构 5 种 Ig 结构基本上相似。 单体由 4 条多肽链组成，两条长链称重链（H 链），两条短链称轻链（L 链），呈 Y 字形，链间由二硫键相连。 P344，图 10-11 不变区（C 区）与可变区（V 区），枢纽区，抗原结合在 V 区。木瓜蛋白酶水解 IgG，可
24、得 3 个片段，2 个相同片段称 Fab（抗原结合片段），1 个片段称 Fc（可结晶片段）。 因此1 个 Y 字抗体有 2 个抗原结合点，是两价抗体。 胃蛋白酶、巯基试剂水解产物 五类抗体性质及特性（补充讲义） （四）抗体形成一般规律 1、初次反应与再次反应：图 10-17 2、回忆反应 3、几类抗体出现顺序（五）抗体形成机理 P350 表解 1、诱导学说（模板学说） 2、无性繁殖系选择学说 P352，图 10-18 3、抗体多样性分子生物学机制 （六）淋巴细胞杂交瘤技术与单克隆抗体 1、多克隆抗体及缺点 2、淋巴细胞杂交瘤技术建立 图 10-20 3、单克隆抗体应用 三、抗原抗体反应 （血清
25、学反应） (一）抗原抗体结合的一般特点 1、高度特异性 2、是分子表面结合 3、需要合适的比例（区域现象） 4、反应分两个阶段 1）特异结合阶段 2）可见反应阶段 （二）反应组成成分 1、抗原 2、特异抗体 3、环境因素 基本因素：需电解质、温度、pH 等。 特殊因素：有的需补体、白细胞。 （三）反应类别 1、沉淀反应 抗原、抗体都处于溶解状态，按适当比例混合后，在电解质、温度适合的条件下，产生沉淀现象。 抗原称沉淀原，抗体称沉淀素。 实验方法有玻片法、试管法、环状试验、琼脂扩散法、免疫电泳 2、凝集反应： 颗粒性抗原与其特异性抗体在有电解质情况下，结合成可见凝集块。 抗原称凝集原，抗体称凝集
26、素。 与沉淀反应区别 实验方法有直接凝集实验、间接凝集实验、间接凝集抑制实验（免疫妊娠试验）、交*凝集与凝集素吸收实验（图 10-10）。 3、补体结合反应 补体作用没有特异性，可与任何抗原抗体复合物结合，但不能单独与抗原或抗体结合。 如结合的抗原是红细胞，则出现溶血现象；如抗原是细菌，则溶菌；如抗原是自身成分，则发生免疫损伤。 （1）结合系统：主要是抗原（可溶性）、抗体及补体，都是液体，无可见反应，要有： （2）指示系统（溶血系统）：羊红细胞与羊红细胞抗体（溶血素），若补体被结合，不溶血，反应阳性，说明抗原、抗体是对应的；若补体不结合，则与溶血系统结合，出现溶血，反应阴性，说明抗原、抗体不对
27、应。 示意图：图 10-23 血清学反应总结（补充讲义） 抗原抗体反应应用（现代免疫标记技术） 1、免疫荧光方法（荧光抗体法）：荧光标记抗体，荧光标记抗抗体。 2、酶免疫测定：酶标记抗体或抗抗体进行抗原抗体反应。示意图：图 10-24 常用酶是辣根过氧化物酶 HRP，以二氨基联苯胺 DRP 为底物，产生棕褐色。 双抗体夹心法和间接免疫吸附法（酶联免疫吸附试验法 ELISA、酶标法） 3、放射免疫测定法 RIA 4、免疫电镜技术 IEM 5、发光免疫测定法 LIA 各种免疫反应的敏感性比较：表 10-10 5 节：免疫病理 （变态反应、过敏反应） 一、概念 机体再次接受抗原或半抗原刺激后，产生的体液性或细胞性的异常免疫反应，从而引起组织损伤或生理机能障碍。 根据出现症状快慢分为速发性（与抗体有关）、迟发性（与致敏 T 淋巴细胞有关）变态反应。 二、各型变态反应（补充讲义） 6 节：生物制品（自学）
