1、第一篇 微生物学的基本原理,第二章 微生物的生物学性状,郑州大学微生物学与免疫学教研室,第一节 细 菌,细 菌(bacterium),广义： 包括：细菌、支原体、衣原体、立克次体等。 特点：有细胞壁、原始核质、二分裂方式繁殖和对抗生素敏感等。 狭义： 专指广义中的细菌。,一、细菌的大小和形态,一般以微米(1m=10-3mm)为测量其大小的单位，通常使用光学显微镜的油镜(1000)观察细菌。 基本形态：球形（球形菌）、杆形（杆形菌）和螺形（螺形菌）。 不同种类的细菌大小形态不一，同一种细菌的大小和形态也可因菌龄和环境因素的影响而改变。,球菌(coccus),呈球形或近似球形，直径0.81.2 m
2、。 据细菌分裂平面和排列方式分： 双球菌(diplococcus) 链球菌(streptococcus) 四联(tetrad)及八叠球菌(sarcina) 葡萄球菌(staphylococcus),双球菌(diplococcus),cocci in pairs (arrows),双球菌(diplococcus),Electron Micrograph (SEM) of Neisseria gonorrhoeae,Streptococcus pneumoniae (SEM),链球菌(streptococcus),Streptococcus pyogenes gram-positive (purp
3、le) cocci in chains (arrows),链球菌(streptococcus),Streptococcus pyogenes (SEM, x8,750),四联(tetrad),八叠球菌(sarcina),葡萄球菌(staphylococcus),Gram Stain of Staphylococcus aureus gram-positive (purple) cocci in clusters,葡萄球菌(staphylococcus),Staphylococcus aureus (SEM, x3,025),杆菌(bacillus),杆形 大小、长短与粗细差异较大。 菌体两端多
4、呈钝圆形，少数平齐(如炭疽芽胞杆菌，呈竹节样)。有的菌体较短(如球杆菌)。有的末端膨大呈棒状(白喉棒状杆菌)。 多数呈分散排列(炭疽芽胞杆菌呈链状)。,不同大小的杆菌,Bacillus anthracis,Pseudomonas aeruginosa (SEM),Corynebacterium diphtheriae,螺形菌(spiral bactrium),据菌体的弯曲分为两类： 弧菌(vibrio)：菌体只有一个弯曲，“curved or comma-shaped rod”。 如霍乱弧菌。 螺菌 (spirillum)：菌体有数个弯曲较僵硬，如鼠咬热螺菌；也有菌体弯曲呈弧形或螺旋形的螺杆菌
5、，如幽门螺杆菌。,Spiral Forms,弧菌(Vibrio),Vibrio cholerae , SEM，2050,弧菌(Vibrio),A vibrio appears as a curved bacillus (arrows).,螺菌(spirillum),Helicobacter pylori SEM,The three common types of bacterial morphology,coccus bacillus spiral bactrium,二 细菌的结构,丹麦病理学家革兰(Hans Christian Gram)为证实病组织切片中有细菌存在，在1884年介绍了脱色后
6、再进行复染的差别染色法, 后来被称为革兰染色法。,革兰阳性菌 (Gram positive bacteria),革兰阴性菌 (Gram negative bacteria),涂片,结晶紫 染色,碘液媒染,酒精脱色,复红复染,Gram染色的结果,革兰阳性 革兰阴性,细胞壁(cell wall),细菌细胞的最外层结构。 坚韧有弹性，厚度随菌种而异。 主要功能： 维持细菌固有形态，保护细菌抵抗低渗环境，起到屏障作用。 参与细胞内外物质交换。 带有多种表位，决定细菌的抗原性。,细胞壁的组分,G+菌和G-菌的共同组分：肽聚糖(peptidoglycan) G+菌细胞壁的特殊组分：磷壁酸，某些特殊的表面蛋
7、白（M蛋白、A蛋白等） G-菌细胞壁的特殊组分：外膜,肽聚糖(peptidoglycan),又称黏肽(mucopeptide)，是细菌细胞壁的主要化学成分。为原核细胞所特有的物质。,G+菌,聚糖骨架,四肽侧链,五肽交联桥,G-菌,聚糖骨架,四肽侧链,聚糖骨架 (polysaccharide chain ),由N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine, NAG)与N-乙酰胞壁酸(N-acetylmuramic acid, NAM)经-1,4糖苷键(-1,4 linkage)连接，交替排列而成。各种细菌细胞壁中的聚糖骨架均相同。,四肽侧链 (tetrapeptide chain),
8、在N-乙酰胞壁酸分子上连接四肽侧链。 各四肽侧链相互平行。与聚糖骨架所组成的平面垂直。 其组成排列随菌种而异(此为E. coli) 。,五肽交联桥 (Pentaglycine interbridge),五肽交联桥为五个甘氨酸组成。 一条四肽侧链中3rt aa与相邻四肽侧链中4th aa以五肽交联桥相连。 后图为金黄色葡萄球菌(G+菌)肽聚糖各结构连接示意图。,G+菌肽聚糖各结构连接示意图,G-菌肽聚糖各结构连接示意图,E. coli peptidoglycan with direct cross-linking, typical of many gram-negative bacteria.,
9、Peptidoglycan Structure (S. aureus, G+),三维立体网状结构,Peptidoglycan Structure (S. aureus, G+),三维立体网状结构,Peptidoglycan Structure (Escherichia coli, G-),二维平面网状结构,溶菌酶及青霉素杀菌机制,肽聚糖是保证细菌细胞壁坚韧的化学成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，均能损伤细胞壁而使细菌变形或裂解。 溶菌酶 (lysozyme)能切断NAM和NAG之间的-1,4糖苷键。 青霉素能干扰甘氨酸交联桥与四肽侧链上D-丙氨酸之间的连接，干扰细胞壁合成。,溶菌酶及
10、青霉素杀菌机制,A comparison of the envelopes of gram-positive and gram-negative cells.,A comparison of the envelopes of gram-positive and gram-negative cells.,G+菌细胞壁的特殊组分,磷壁酸,表面蛋白,膜磷壁酸 (脂磷壁酸),壁磷壁酸,A族链球菌的M蛋白，金葡菌的A蛋白等。 与致病性和抗原性有关,参与调节离子通过黏肽层。 可能与某些酶活性有关。 参与黏附，与致病性有关。 Ag性强，与血清型分型有关。,The Gram-Positive Envelope
11、.,The Gram-Positive Envelope.,G-菌细胞壁的特殊组分,肽聚糖结构少（12层）。其外为外膜（ G-菌细胞壁主要成分），由内到外依次为： 脂蛋白(lipoprotein)： 脂质双层：其中外膜蛋白功能包括：物质交换、通透性屏障作用、有的为噬菌体、细菌素和性菌毛的受体。 脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)：,A Chemical Model of E. coli Outer Membrane and Associated Structure,脂多糖(lipopolysaccharide, LPS),G-菌的内毒素。由三部分组成： 脂类A (lipi
12、d A)：糖磷脂，是内毒素的毒性部分和主要成分。无种属特异性。 核心多糖(core polysaccharide)：属特异性。 寡糖重复单位(oligosaccharide repeat unit)：即G-菌的菌体Ag (O Ag)，位于LPS的最外层，种或型特异性。,LPS Structure,The Gram-Negative Envelope.,The Gram-Negative Envelope.,G+菌和G-菌的细胞壁结构区别,革兰阳性菌与阴性菌细胞壁结构比较,细菌细胞壁缺陷型(cell wall deficient forms, L-forms),Abnormal forms of
13、 bacteria that have lost part or all of their rigid cell walls; sometimes the result of exposure of an organism to an antimicrobial agent; also called L-phase variants; the “L” is derived from Lister Institute.,细菌细胞壁缺陷型形成,L forms arise naturally from a mutation in the wall-forming genes, or they can
14、 be induced artificially by treatment with a chemical such as lysozyme or penicillin that disrupts the cell wall.,gram-positive bacteria,细菌细胞壁缺陷型形成,L forms arise naturally from a mutation in the wall-forming genes, or they can be induced artificially by treatment with a chemical such as lysozyme or
15、penicillin that disrupts the cell wall.,gram-negative bacteria.,The conversion of walled bacterial cells to L forms,(a) gram-positive bacteria; (b) gram-negative bacteria.,细菌细胞壁缺陷型的特点,多形性，无论G+或G-成为L-form后大部分为G-，大小不一，可在高渗环境中存活；在高渗、低琼脂含血清的培养基中培养27d能形成“油煎蛋”样细小菌落。 某些仍可致病（可引起尿路感染、骨髓炎等慢性感染）。标本常规培养为阴性。 若考虑
16、L-forms感染可能性，作L-forms的专性培养。,蜡样芽胞杆菌L型的镜下形态 （多形性）,细菌L型形成的菌落形态,丝状菌落,颗粒型菌落,油煎蛋样菌落 （典型菌落）,细胞膜(cell membrane),又称胞质膜(cytoplasmic membrane)。紧密包绕在细胞质外的一层半透膜。 主要化学成分：脂类、蛋白质及少量多糖。 主要功能：渗透和运输，细胞呼吸，生物合成，参与细胞分裂。 中介体(mesosome)：细菌胞膜向胞质内陷折叠而成的囊状物。具有类似真核细胞有丝分裂纺锤丝及真核细胞的线粒体作用。故又称拟线粒体。,Mesosome Structure,nucleoid (pink)
17、, mesosome (orange/red), inclusion body (aqua), plasma membrane (blue), cell wall (orange) TEM X30,500,核糖体(ribosome)：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于蛋白质中。 质粒(plasmid)：染色体外的遗传物质，存在于细胞质中。为闭合环状的双链DNA，控制细菌某些特定的遗传特性。 细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为贮藏的营养物质。其中有一种主要成分是RNA和多偏磷酸盐的颗粒，其嗜碱性强，用亚甲蓝染色时着色较深呈紫色，称为异染颗粒(metachromatic granule)。常见于白喉棒
18、状杆菌，位于菌体两端，故又称极体(polar body)，有助于鉴定。,细胞质 (cytoplasm),核糖体(Ribosome),Sites of Protein Synthesis 沉降系数为70S，由50S和30S两个亚基组成。 化学成分：70%RNA，30%蛋白质。 链霉素作用30S小亚基，红霉素作用50S大亚基，干扰蛋白质合成，杀死细菌。,A model of a procaryotic ribosome, showing the small (30S) and large (50S) subunits, both separate and joined.,50S,30S,核糖体(R
19、ibosome),核质 (nuclear material),细菌是原核细胞，不具有成形的核。细菌的遗传物质称为核质或拟核，无核膜、核仁和有丝分裂器。功能与真核细胞的染色体相似。 核质由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成松散网状结构。,The Bacterial Nucleoid,Fluorescent staining highlights the chromosomes of the bacterial pathogen Salmonella enteriditis.,三、细菌的特殊结构,指某些细菌具有的结构。 包括： 荚膜 鞭毛 菌毛 芽胞,荚膜(capsule),名词：荚膜、微
20、荚膜(microcapsule)、黏液层(slime layers) 化学组成： 多糖（多数），多肽或糖蛋白复合物（少数）。 经特殊染色法染色后，可通过光镜观察。,厚薄,荚膜,微荚膜,约20nm,20nm,洗脱难易,荚膜,黏液层,不易,易,Capsule and Slime layer,(a) The slime layer is a loose structure that is easily washed off. (b) The capsule is a thick, structured layer that is not readily removed.,Bacterial Caps
21、ules,Staining reveals the microscopic appearance of a large, well-developed capsule.,Bacterial Capsules,Bacterial Capsules,Bacteroides glycocalyx (gly), TEM (71,250).,荚膜(capsule),功能： 抗吞噬作用 抗有害物质的损伤作用 黏附作用,鞭毛(flagellum),许多菌体表面附着的细长呈波状弯曲的丝状物。 电镜或特殊染色使其增粗后光镜观察。 周毛菌、丛毛菌、双毛菌、单毛菌四种。 为蛋白质。有特殊抗原性，通称H抗原。,功能：
22、 为细菌的运动器官。 可用于细菌鉴定和分类。 某些细菌的鞭毛与细菌致病性有关。,Flagellar Distribution,Monotrichous polar (EM),Monotrichous polar (Pseudomonas) (LM),Flagellar Distribution,Amphitrichous LM,Amphitrichous EM,Flagellar Distribution,Lophotrichous LM,Lophotrichous EM,Flagellar Distribution,Lophotrichous LM,Lophotrichous EM,Flag
23、ellar Distribution,peritrichous flagella EM,peritrichous flagella LM,菌毛：许多革兰阴性菌和少数革兰阳性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。 菌毛蛋白具有抗原性。 根据功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛两类。 菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。,菌毛 (filus/fimbriae),普通菌毛遍布菌细胞表面，每菌可达数百根。 这类菌毛是细菌的粘附结构，能与宿主细胞表面的特异性受体结合，是细菌感染的第一部。因此，菌毛和细菌的致病性密切相关。 菌毛的受体常为糖蛋白或糖脂，与菌毛
24、结合的特异性决定的宿主的易感部位。 如果红细胞表面具有菌毛受体的相似成分，不同的菌毛引起不同类型的红细胞凝集血凝（hemagglutination,HA),1. 普通菌毛(ordinary pilus),仅见于少数革兰阴性菌。 数量少，1-4根。 比普通菌毛长而粗，中空呈管状。 性菌毛由致育因子（F）编码，故又称F菌毛。 带有性菌毛的F+菌与无性菌毛的F-菌相遇时，性菌毛与其相应受体结合，F+菌内的质粒或DNA可通过性菌毛 进入F-菌体内，此过程接合(conjugation)。 性菌毛是某些噬菌体吸附于菌细胞的受体。,2. 性菌毛(sex pilus),Bacterial Conjugatio
25、n,An electron micrograph of two E. coli cells in an early stage of conjugation. The F cell to the right is covered with small pili or fimbriae, and a sex pilus connects the two cells.,Adhesion Between Fimbriae and Epithelial Cells,A row of E. coli cells tightly adheres by their fimbriae to the surfa
26、ce of intestinal cells (12,000).,菌毛与鞭毛的差异,普通菌毛和性菌毛比较,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。芽胞形成后细菌即失去繁殖能力。 产生芽胞的都是革兰阳性菌。,芽胞 (spore),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能形成，其形成条件因菌种而异。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)。,1. 芽胞的形成与发芽,芽胞的大小、形状、位置等随菌种而异，有重要的鉴别意义。,芽胞的抵抗力强，可在自然界中存在多年，是重要的传染源。但芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后，才能迅速大量繁殖而致病。芽胞抵抗力强，故应以杀灭芽胞作为可靠的灭菌指标。芽胞抵抗力强的原因： (1)芽胞含水量少，蛋白质受热后不易变性。 (2)芽胞具有多层致密的厚膜，理化因素不易透入。 (3)含有的DAP与钙结合的盐能提高芽胞中各种酶的稳定性。,2. 芽胞的功能,
