微生物学：细菌的形态与结构

细菌的总论之形态与结构，介绍了细菌的基本结构和特殊结构，以及它们的形态大小和基本分类。

细菌的形态与结构

• 细菌的大小与形态
  • 概念
    • 属于原核单细胞生物，有细胞壁，形体微小，结构简单
    • 无细胞核，有拟核，无核仁及核膜；除核糖体外，无其它细胞器
    • 多数在自然界中营自养性生活，少数营严格寄生性
  • 细菌的大小测量：以μm为单位
  • 细菌的基本形态
    • 球菌（双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、八叠球菌）
    • 杆菌（链杆菌、棒状杆菌、球杆菌、分歧杆菌、双歧杆菌）
    • 螺形菌（弧菌属、螺菌属、螺杆菌属、弯曲杆菌属）
• 细菌的结构
  • 基本结构
    • 细胞壁
      • 概念
        • 包绕在细胞膜外的一层坚韧结构，成分因不同细菌而异，其主要成分是肽聚糖
      • 主要成分（肽聚糖）
        • 概念
          • 肽聚糖为一类复杂的多聚体，是细菌细胞壁的主要组分，为原核细胞特有
        • 组成
          • 聚糖支架：N-乙酰胞壁酸、N-乙酰葡糖胺组成
          • 四肽侧链：与聚糖支架上的胞壁酸分子连接
          • 五肽交联桥：连接两个相邻的四肽侧链（G- 无此部分，故为二维结构）
        • 图示
          • G+（金黄色葡萄球菌）
          • G-（大肠埃希菌细胞壁）
      • G+菌细胞壁的特殊成分
        • 15-50层肽聚糖
        • 磷壁酸
          • 膜磷壁酸
          • 壁磷壁酸
        • 表面特殊蛋白质
      • G-菌细胞壁的特殊成分
        • 1-2层肽聚糖结构
        • 外膜
          • 脂蛋白
          • 脂质双层
          • 脂多糖/内毒素（LPS）
            • 脂质A
              • 不同种属细菌的脂质A骨架基本一致
              • 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
            • 核心多糖
              • 核心多糖有属特异性，同一属细菌的核心多糖相同
            • 特异多糖
              • 革兰阴性菌的菌体抗原（O抗原），具有种属特异性
        • 少数G-菌的LPS结构不典型，外膜糖脂含有脂寡糖，是重要毒力因子
      • 功能
        • 保护细菌和维持菌体形态
        • 物质交换
        • 与致病性有关
        • 与耐药性有关
          • 青霉素作用位点：抑制四肽侧链与五肽交联桥的连接
          • 溶菌酶作用位点：破坏聚糖骨架MAG与MAN之间的β-1，4糖苷键
        • 与静电性有关
          • 磷壁酸和LPS均带负电，G+等电点更低
      • 细菌细胞壁缺陷型（细菌L-型）
        • 概念
          • 细菌细胞壁的肽聚糖结构受到破坏或合成被抑制，但在高渗环境下仍可存活者
        • 类型
          • 原生质体：G+菌细胞壁缺失后，原生质仅被细胞膜包被
          • 原生质球：G-菌尚有外膜保护
        • 特点
          • 高度多形性
          • 需在高渗低琼脂含血清的培养基中生长
          • 仍有一定的致病性，通常引起慢性感染
    • 细胞膜
      • 参与细胞内外的物质交换
      • 参与细胞的呼吸和分泌过程
      • 膜上有多种酶，参与生物合成
      • 形成中介体（拟线粒体，与细胞分离有关）
    • 细胞质
      • 核糖体
        • 红霉素：与细菌核糖体50S亚基结合，阻断细菌蛋白质的合成
        • 链霉素：与细菌核糖体的30S亚基结合，阻断细菌蛋白质的合成
      • 质粒
        • 特点
          • 染色体外的遗传物质，由闭合的环状双股DNA组成
          • 控制细菌某些特定的遗传性状，非细菌生命活动所必需
        • 重要质粒类型
          • F 质粒： 致育性质粒，编码细菌的性菌毛
          • R 质粒： 耐药质粒，决定细菌耐药性形成的一种重要遗传物质
          • Vi质粒： 与细菌毒力有关
          • Col 质粒：编码大肠埃希菌的大肠菌素
      • 胞质颗粒
        • 由细菌储存的营养物质（多糖、脂类、磷酸盐等）堆积而成
        • 异染颗粒（metachromatic granule）：胞质颗粒的一种，嗜碱性强，亚甲蓝染色时呈紫色，常见于白喉棒状杆菌，有助于鉴别细菌
    • 核质
      • 是细菌的遗传物质，亦称细菌染色体
      • 大多数细菌为单一的闭合环状双股DNA分子（单倍体），少有细菌为线性或有多个DNA分子
      • 控制细菌各种遗传性状，为细菌生命活动所必需的
  • 特殊结构
    • 荚膜
      • 概念
        • 包绕在细胞壁外的一层黏液性物质
      • 化学组成
        • 多糖，少数为多肽
      • 功能
        • 抵抗吞噬细胞的吞噬和消化
        • 抵抗体液因子的杀菌作用
        • 必要时提供细菌代谢时所需的水分
        • 黏附作用，是重要的毒力因子
      • 检测
        • 荚膜肿胀反应
        • 染色方法：墨汁负染
    • 鞭毛
      • 概念
        • 附着在菌体上的细长呈波状弯曲的丝状物
      • 化学组成
        • 主要成分是蛋白质
      • 类型
        • 单毛菌、双毛菌、丛毛菌、周毛菌
      • 功能
        • 细菌的运动器官
        • 有些细菌鞭毛与致病性有关，称H（鞭毛）抗原
    • 菌毛
      • 概念
        • 菌体表面纤细的蛋白质丝状物，包括普通菌毛和性菌毛（比鞭毛短、细）
      • 特点
        • 只能在电镜下观察，具有抗原性
      • 普通菌毛
        • 遍布菌体全身，具有黏附细胞的能力，与致病性密切相关
      • 性菌毛
        • 1～4根，仅见于少数G-菌，细菌通过性菌毛相互间传递遗传物质
        • 细菌的致育性（F+菌与F-菌的接合）、毒力、耐药性通过性菌毛传播
    • 芽胞
      • 概念
        • 某些细菌在一定环境中，在体内形成的圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式
      • 特点
        • 耐热性强，成分是吡啶二羧酸（DAP）
        • 产生芽胞的都是G+菌
        • 只在动物体外对细菌不良的环境条件下形成
        • 保存细菌的全部生命必需物质
        • 一个细菌只形成一个芽胞，一个芽胞也只生成一个菌体，芽胞不是细菌的繁殖方式（与真菌的芽孢区别开来），具有繁殖能力的菌体称为繁殖体
      • 功能及医学意义
        • 抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素有强大的抵抗力
        • 杀死细菌的芽胞是作为判断灭菌效果的指标
        • 是某些外源性感染的重要来源（破伤风、炭疽病）
• 细菌形态与结构检查法
  • 显微放大法
    • 普通光学显微镜（常用油镜观察）
    • 暗视野显微镜：观察活菌运动以及螺旋体
    • 相差显微镜：观察活菌
    • 电子显微镜
  • 染色法
    • 革兰染色法
      • 步骤
        • 初染：结晶紫
        • 媒染：碘液
        • 脱色：95%的乙醇
        • 复染：复红复染
      • 适用对象：所有细菌（有细胞壁的细菌）
      • 原理（假说）：与细胞壁结构、等电点以及核糖核酸镁盐有关
    • 抗酸染色法
      • 步骤
        • 初染：苯酚复红初染，加热避免沸腾
        • 脱色：3%盐酸乙醇脱色
        • 复染：亚甲蓝复染
      • 适用对象：分枝杆菌属 ：结核分枝杆菌/麻风分枝杆菌，因为细胞壁中含有大量脂质（lipid），通过加热和抗酸染色识别
      • 结果：抗酸染色阳性菌为红色（苯酚复红），其他杂菌为蓝色（亚甲蓝）