第二章细菌的生理

医学微生物第二章细菌的生理，细菌的生理活动包括:摄取营养物质和合成各种所需的物质,进行新陈代谢及生长繁殖。

细菌的生理

• 细菌的生理活动包括: 摄取营养物质和合成各种所需的物质,进行新陈代 谢及生长繁殖。
• 细菌的理化性状
  • 细菌的化学组成
    • 水:80% 固体成分:蛋白质50%-80%、糖类10%—30%、脂类 1%—7%、无机盐3%—10% 特殊成分:如肽聚糖、磷壁酸、二氨基庚二酸和吡啶二 羧酸等
  • 细菌的物理性状
    • 光学性质:半透明体,比浊法估测数目 。表面积:单位体积的表面积大 。带电现象:一般环境中带负电荷 G+菌带电多于G—菌 。半透性与渗透压:半透膜,菌体内为高渗
• 细菌的营养与生长繁殖
  • 生长因子(growth factor ):很多细菌在其生长 过程中还需要一些自身不能合成的物质,必须由外界供给 包括维生素,某些氨基酸,脂类,嘌呤和嘧啶等
  • 细菌生长繁殖所需的营养物质有水、碳源、氮源、无机盐 类、生长因子,其中某些细菌生长所必需,而自身有不能合成 的是生长因子
  • 细菌摄取营养物质的机制
    • 被动运输
    • 主动运输
      • 基团移位 (group translocation):细菌对糖的 吸收和积累,需要磷酸 转运系统,即转运过程 中必须磷酸化,这种物 质运转方式。
  • 细菌的营养类型
    • 根据微生物生长所需要的碳源物质的性质,可将微生物分 自养型(autotroph)与异养型(heterotroph)两大类。
      • 自养型
        • 自养菌均非病原菌,以简单的无机物为原料合成菌体成分
      • 异养型
        • 所有病原菌都是异养菌,以多种有机物为原料合成菌体成分
          • 腐生菌
          • 寄生菌
            • ◇病原菌大部分为寄生菌。
  • 影响细菌生长的因素
    • 营养物质
      • 包括细菌所需的碳源，氮源，无机盐及必要的生长因子，不仅种类要合适，而且浓度也要合适
        • 生长因子:是指某些细菌生长必须而自身又不能合成的 一类有机物质。
    • 氢离子浓度
      • 大多数病原菌生长最适pH为7.2～7.6
        • 耶尔森氏菌病是由耶尔森菌引起的一种人畜共患感 染病。临床表现急性胃肠炎小肠结肠炎和败血症等
        • 结核分枝杆菌(pH6.5—6.8) 形态与染色:结核分枝杆菌 为细长略带弯曲的杆菌,。一般 培养基中每分裂1代需时18~24h, 粘附在尘埃上保持传染性8~10d。 对紫外线敏感。直接日光照射数 小时可被杀死,可用于结核患者衣服 、书籍等的消毒。
        • 霍乱弧菌是革兰氏阴性菌,最适合 pH为8.4—9.2生长最好,菌体短小 呈逗点状,有单鞭毛、菌毛,部分 有荚膜。共分为139个血清群,其 中01群和0139群可引起霍乱。 霍乱弧菌对热,干燥,日光,化学 消毒剂和酸均很敏感,耐低温,耐碱。
    • 温度
      • 可分为嗜热菌，嗜温菌和嗜冷菌，大多数病原菌为嗜温菌，最适生长温度为37℃
    • 气体
      • 根据细菌对氧气需求的不同，可分为专性需氧菌，微需氧菌，专性厌氧菌，兼性厌氧菌
        • 专性需氧菌
          • 具有完善的呼吸酶系统;如:结合分 支杆菌、假单胞菌属等
        • 微需氧菌
          • 低氧压(5%~6%)下生长最好;弯 曲菌属、螺杆菌属
        • 兼性厌氧菌
          • 多数病原菌;
            • 大多数致病菌只进行需氧呼吸或发酵以获取能量
        • 专性厌氧菌
          • 缺乏完善的呼吸酶系统,只能在无氧 的环境下生长,如厌氧芽孢梭菌、破伤风杆菌。
    • 渗透压
      • 等渗或低渗
  • 细菌的繁殖方式
    • 生长方式及其特点： 二分裂法 繁殖速度快(20—30分钟/次);结核杆菌例外(18—20小时 次)
    • 群体的生长繁殖
      • 迟缓期
        • 细菌进入新环境的适应阶段,为大量 繁殖作准备;（数量不变，菌体变大）
      • 对数期
        • 生长迅速;形态、染色性、生理活性典型,因此,采用此期观察细菌的 性状(形态染色、生化反应、药物敏感试验等)（生物学性状最典型） （研究抗菌药物的杀菌效果最好）
      • 稳定期
        • 由于营养物质消耗,有害代谢产物积 聚,pH下降以及需氧菌菌数过密通气不良所致。 细菌的芽胞和外毒素、抗生素等代谢产物在此 期产生;
      • 衰亡期
        • 形态多样不典型。
  • 厌氧菌只能在无氧条件下生长繁殖,其原因是缺乏细胞色素、细 胞色素氧化酶、过氧化氢酶与过氧化物酶。
• 细菌的新陈代谢
  • 细菌的能量代谢
    • 病原菌合成细胞组分和 获得能量的基质主要为 糖类,通过糖的氧化或 酵解释放能量。
  • 分解代谢产物及细菌的生化反应
    • 通过检测细菌各种代谢产物来鉴别细菌的反应,称为生 化反应
      • 检查细菌对糖和蛋白质分解产物（生化反应）的主要意义在于帮助鉴别细菌的种类
  • 常见的生化反应
    • 糖发酵试验
      • 糖发酵试验是测验微生物具有不同 的利用各种碳源的能力,其原理在 于不同微生物具有不同的酶系
        • 由于肠道正常菌群如大肠 埃希菌,能分解乳糖产酸产气,而肠道致病菌如伤寒沙 门菌、痢疾志贺菌不能分解乳糖,故乳糖分解试验可用 于鉴别肠道致病菌和非致病菌。
    • VP试验
      • 大肠埃希菌与产气英膜梭菌均能分解葡萄糖,产 酸产气。产气英膜梭菌能使丙酮酸脱羧、氧化 (在碱性溶液中)生成二乙,后者可与胍基的 化合物反应,生成红色化合物,称为vP阳性。 大肠埃希菌只能分解葡萄糖产生丙酮酸,称 VP阴性
    • 甲基红试验
      • 甲基红试验是根据各菌属都能发酵葡萄糖,在分 解葡萄糖过程中产生丙酮酸,进一步分解中,由 于糖代谢的途径不同,产生乳酸,琥珀酸、醋 酸和甲酸等大量酸性产物,可使培养基PH值下 降至pH4.5以下,使甲基红指示剂变红这个原理 进行的测验。主要用于鉴别大肠埃希菌 与产气肠杆菌,前者为阳性,后者为阳性
    • 枸橼酸盐利用试验
      • 枸橼酸盐利用试验是以枸橼酸为唯一碳源、PH 值70的培养基上,产气杆菌分解枸橼酸钠产生碳 酸盐,使培养基由中性变为碱性,培养基中指示剂 溴麝香草酚蓝(BTB)由浅绿色变为深"Citate- 此为枸橼酸盐利用试验阳性。大肠 杆菌因不能利用枸橼酸盐,此试验 为阴性反应。
    • 吲哚试验（靛基质试验）
      • 是指有些细菌如大肠埃希菌、变形杆菌、霍乱弧菌 等能分解培养基中的色氨酸生成吲哚(靛基质),经 与试剂中的对二甲基氨基苯甲醛作用,生成玫瑰吲 哚而呈红色,则为吲哚试验阳性
    • 硫化氢试验
      • 变形杆菌、沙门菌等能分解含硫氨基酸如胱氨酸、 甲硫氨酸等,生成硫化氢。在醋酸铅或硫酸亚铁 存在时,生成黑色硫化铅或者硫化亚铁。
    • 尿素分解试验
      • 变形杆菌具有尿素酶,可将尿素分解、产生 2个分子的氨,使培养基变为碱性,酚红呈 粉红色。
• 合成代谢产物及其在医学上的意义
  • 热原质
    • 又称致热原,是细菌合成的一种注入人体或动物体内能 引起发热的物质。即细菌细胞壁中的脂多糖LPS 。
      • 本质为细菌脂多糖 (LPS ),是产生输液 反应的主要因素,耐高温
    • 较难去除,用250℃高 温干烤,用特殊吸附剂 或超滤膜过滤才能去除, 蒸馏法效果最好。（高压蒸气灭菌121°，20分钟， 无法达到250°杀灭热原质）
  • 毒素( toxin )和侵袭性酶
    • 内毒素
      • G-菌细胞壁的脂多糖，菌体死亡崩解后游离出来
    • 外毒素
      • 多数G+菌和少数G-菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质，毒性强于内毒素
    • 侵袭性酶
      • 侵袭性酶亦为细菌重要的致病物质,能损伤机体组织,促 使细菌的侵袭和扩散。如链球菌的透明质酸酶。
  • 抗生素
    • 某些微生物在代谢过程中产生一些能抑制或杀死某些其他微生 物或肿瘤细胞的物质,称抗生素。大多由放线菌和真菌产生。
  • 色素
    • 一般在营养丰富、氧气充足、温度适宜的条件下产生,功能 尚不清楚,有助于鉴别细菌。
      • 脂溶性色素
      • 水溶性色素
  • 细菌素（与致病性无关，与细菌鉴定有关）
    • 某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质,其作用范围比 抗生素狭窄,仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。 如大肠杆菌产生的大肠菌素、霍乱弧菌产生的弧菌素等。可 用于细菌分型和流行病学调查。
  • 维生素
    • 细菌在代谢过程中能产生一些维生素,除供自身所用外,还 能分泌到周围环境。如人体肠道大肠杆菌合成的维生素B和 维生素K
  • 分解性代谢产物只有硫化氢
  • 细菌合成代谢产物中与致病性有关的是毒素、侵袭性酶;与治 疗有关的是抗生素、细菌素、维生素;可供鉴别的是色素。
• 细菌的人工培养
  • 菌落
    • 单个细菌在固体培养基上分裂繁殖成一堆 肉眼可见的细菌集团,称为菌落，一个菌落包含成千上万个细菌
    • 一般经过18—24小时培养后,单个细菌分裂 繁殖成一堆肉眼可见的细菌基团;
      • R型，S型，M型
  • 纯培养
    • 挑取一个菌落,移到另外一种培养基中,生 长出来的细菌均为纯种。
  • 培养基
    • 物理状态分
      • 固体培养基
        • 分离，纯化
      • 液体培养基
        • 细菌在液体培养基中生长可出现均匀混浊、沉淀、菌膜三种 生长形态。
        • 增菌
      • 半固体培养基
        • 运动性观察（检测细菌动力）
    • 按营养组分和用途分
    • 应在选择，鉴别培养基中分离培养病原菌
• 抑制或杀灭微生物的理化因素
  • 消毒灭菌常用术语
    • 灭菌
      • 用理化方法杀灭物体上所有微生物的方法。 (包括杀灭病原微生物和非病原微生物、细菌的 繁殖体和芽胞)要求比消毒高。
      • 对普通培养基的灭菌宜采用高压蒸汽灭菌法, 煮沸法用于消毒食具、刀剪、注射器等,巴氏消 毒法用于牛乳（不能杀死芽胞）,酒类消毒,流通蒸汽灭菌法不能杀灭芽胞,故不用于普通培养基的灭菌,间歇 蒸汽灭菌法适用于一些不耐高热的含糖、牛奶等 培养基。
      • 实验室常用干烤法灭菌的器材是玻璃器皿(
      • 红外线、紫外线UV、巴氏消毒法都不能杀死芽孢
      • 金属还原性很强,漂白粉氧化性很强,无法共存,会发生氧化 还原反应。
      • 常用的湿热灭菌法包括 煮沸法,巴氏消毒法,高压蒸汽灭菌 法,间歇蒸汽灭菌法和流动蒸气消毒法。
    • 消毒
      • 用理化方法杀死物体上（表面）病原微生物的方法,称为 消毒。(不一定能杀死含芽胞的细菌和非病原微 生物)
    • 防腐
    • 清洁
    • 无菌
      • 外科手术时防止微生物进入伤口的方法为无菌,其英文 为asepsis
    • 无菌操作
  • 物理灭菌法
    • 无芽胞细菌经55℃—60℃作用30—60分钟死 亡;湿热80℃经56分钟可杀灭所有细菌繁殖 体、真菌和酵母菌。
      • 干热灭菌法
        • 干热灭菌法包括烧灼法,干烤法,焚烧法。
        • 脱水干燥和大分子变性
      • 湿热灭菌法
        • 巴氏消毒法
          • 62.1-62.8℃，30分钟
          • 71.7摄氏度，15-30秒，主要用于牛乳消毒或酒类
        • 煮沸法
        • 流动蒸气灭菌法
        • 间歇蒸气灭菌法
        • 高压蒸气灭菌法
          • 121.3℃，15-20分钟
          • 杀灭细菌芽胞最常用而有效的方法
      • ※湿热灭菌的效力比干热灭菌好原因: (1)湿热中细菌菌体蛋白较易凝固; (2)穿透力比干热大; (3)湿热的蒸气有潜热存在。
  • 辐射灭菌法
    • 紫外线
      • 波长240—300nm的紫外线具有杀菌作用。 265- 266nm波长最强 其主要作用于DNA,使一条DNA链上相邻的两 个胸腺嘧啶共价结合形成二聚体,导致细菌变异和 死亡。
      • 手术室空气消毒常采用紫外线消毒法。
      • 紫外线杀菌机理是干扰细菌DNA合成,导致细菌变异和死 亡。
    • 电离辐射
    • 微波
  • 滤过除菌法
    • 滤菌器
      • 主要用于不耐高温的血清，毒素和抗生素
      • 0.22um孔径的滤菌器滤膜常用于除去细菌
    • 空气过滤器
  • 干燥与低温抑菌法
  • 化学消毒法
    • 定义:指用化学药品来杀死或抑制微生物的生长繁殖。 常用消毒剂的杀菌机制: 1、使菌体蛋白变性或凝固 2、干扰微生物酶系统和影响其代谢 3、损伤细胞膜 选择原则 效果好(适时适量适度)、毒力低、便宜
      • 一)高效消毒剂( high—level disinfectants )杀芽胞 1.醛类消毒剂;2.过氧化物消毒剂; 3.环氧乙烷，4.含氯消毒剂 (二)中效消毒剂( intermediate—level disinfectants )杀繁殖 体 1.含碘消毒剂;2.含氯消毒剂:75%乙醇 (三)低效消毒剂( low—level disinfectants )杀多数繁殖体 1.苯扎溴铵;2.氯已定;3.高锰酸钾
      • 病毒的排泄物，分泌物，用5%的次氯酸钠消毒
    • 常用于消毒饮水和游泳池的消毒剂是氯气和漂白粉。