医学微生物学(第八版)第二章细菌的生理.ppt

第第2章章 细菌的生理细菌的生理 Bacterial physiology重点与难点重点与难点1.细菌的生长繁殖：了解细菌的生长繁殖：了解细菌的繁殖方式细菌的繁殖方式和速度，掌和速度，掌握细菌的握细菌的生长繁殖的条件生长繁殖的条件。2.细菌的代谢产物及其实际意义：了解分解产物及其细菌的代谢产物及其实际意义：了解分解产物及其在细菌鉴别上的意义，掌握与医学有关的合成代谢在细菌鉴别上的意义，掌握与医学有关的合成代谢产物的种类及意义。产物的种类及意义。3.细菌的人工培养：熟悉培养基的定义及种类，熟悉细菌的人工培养：熟悉培养基的定义及种类，熟悉细菌在人工培养基中的生长情况细菌在人工培养基中的生长情况，掌握细菌，掌握细菌菌落菌落概概念及意义。念及意义。第一节第一节 细菌的理化性状细菌的理化性状 Physical and Chemical PropertyOptical property半透明半透明Surface proportions较一般生物体大较一般生物体大1万倍万倍Electronic phenomenaG+菌菌 pI 23G-菌菌 pI 45permeability细胞壁、膜有半透性细胞壁、膜有半透性Osmotic pressureG+菌菌 2025大气压大气压G-菌菌 56大气压大气压物理的性状物理的性状(physical Property)化学组成化学组成(chemical component)占细胞总重量占细胞总重量75%-90%carbon、hydrogen、nitrogen、oxygen、phosphorus、sulfur etc.钾、钠、铁、镁、钙等钾、钠、铁、镁、钙等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等water：organisminorganicsSpecial composition第二节第二节 细菌的营养与生长繁殖细菌的营养与生长繁殖Nutrition and growth nutrimentwaterwaterCarbonNitrogeninorganic saltGrowth factors重要溶剂重要溶剂菌体成分菌体成分能源能源菌体成菌体成分原料分原料某些菌需之某些菌需之菌体及酶的组分菌体及酶的组分能量储存及转运能量储存及转运调节渗透压调节渗透压与繁殖及致病相关与繁殖及致病相关一、细菌的营养物质一、细菌的营养物质nutritive substance二、细菌摄取营养物质的机制二、细菌摄取营养物质的机制Mechanism of bacteria ingesting nutriment 被动扩散被动扩散(passive diffusion)：简单扩散、易化扩散简单扩散、易化扩散 (simple and facilitated diffusion)主动转运主动转运(active transport):ABC转运转运、离子偶联转运、离子偶联转运、基团转移基团转移、特异性转运特异性转运三三.细菌营养类型细菌营养类型nutriment types自养菌自养菌（autotroph）以无机物或光合作用为能源以无机物或光合作用为能源异养菌异养菌（heterotroph）以以有有机机物物为为原原料料合合成成菌菌体体成成分分，包包括括腐腐生生菌和寄生菌菌和寄生菌病原菌都是异养菌病原菌都是异养菌，且大部为寄生菌。，且大部为寄生菌。四四.影响细菌生长的因素影响细菌生长的因素 Factors Affecting Growth1.营养物质营养物质 Nutrients2.氢离子浓度氢离子浓度pH 6.0 8.03.温度温度temperature Psychrophilic(嗜冷的嗜冷的)forms-1020oC Mesophilic(嗜温的嗜温的)forms-2040oC Thermophilic(嗜热的嗜热的)forms-5060oC Pathogenic bacteria-374.气体气体(gas)专性需氧菌专性需氧菌 Obligate aerobe：如结核如结核分枝分枝杆菌杆菌 专性专性厌氧菌厌氧菌 Obligate anaerobe：如破伤风梭菌如破伤风梭菌 兼性厌氧菌兼性厌氧菌facultative anaerobe：大多数病原菌大多数病原菌 微需氧菌微需氧菌microaerophile：如空肠弯曲如空肠弯曲,CO2对细对细 菌的生长也很重要菌的生长也很重要。5.渗透压渗透压 Ionic strength&osmotic pressure 一般培养基渗透压适于大多数细菌。一般培养基渗透压适于大多数细菌。五、细菌的生长繁殖五、细菌的生长繁殖groth and multiplication个体个体生长繁殖：生长繁殖：二二分分裂裂法法(binary fission)，2030min一一 代代，而而结核分支杆菌结核分支杆菌1820h才分裂一次。才分裂一次。群体群体生长繁殖生长繁殖-生长曲线：生长曲线：迟缓期迟缓期(lag phase)对数期对数期(logarithmic phase)稳定期稳定期(stationary phase)衰亡期衰亡期(decline phase)Bacteria MultiplicationBinary fission (二分裂二分裂)The Growth CurveA:The Lag PhaseE:The Maximum Stationary Phase C:The Exponential PhaseF:The Death Phase(Decline Phase)COLONY FORMING UNITS TIMELagLogStationary Death 分解代谢：分解代谢：营养物质分解和转化为能量的过程营养物质分解和转化为能量的过程 合成代谢合成代谢：几种简单的前体几种简单的前体+能量能量 用于细胞组分的合成用于细胞组分的合成第三节第三节 细菌的新陈代谢细菌的新陈代谢一、分解代谢产物和生化反应一、分解代谢产物和生化反应 细细菌菌对对糖糖、蛋蛋白白质质的的分分解解能能力力的的不不同同，因因而而代代谢谢产产物物各各异，利用生物化学方法鉴别不同细菌异，利用生物化学方法鉴别不同细菌称为称为细菌的生化反应细菌的生化反应。糖发酵试验糖发酵试验 大肠埃希菌分解乳糖，产酸产气大肠埃希菌分解乳糖，产酸产气；伤寒沙门菌不分解乳糖伤寒沙门菌不分解乳糖吲哚试验吲哚试验 大肠杆菌有色氨酸酶大肠杆菌有色氨酸酶，分解色氨酸产生吲哚。，分解色氨酸产生吲哚。甲基红试验甲基红试验VP试验试验枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验 产产气气杆杆菌菌以以枸枸橼橼酸酸盐盐为为碳碳源源、以以铵铵盐盐为为氮氮源源分分解解铵铵盐盐产产氨氨（碱碱性性）指指示示剂剂淡淡绿绿变变深深蓝蓝为为阳性阳性尿素酶试验尿素酶试验 变变形形杆杆菌菌有有尿尿素素酶酶，可可分分解解尿尿素素产产生生氨氨培培养基变碱养基变碱酚红指示剂显红色酚红指示剂显红色硫化氢试验硫化氢试验 变变形形杆杆菌菌、沙沙门门菌菌分分解解含含硫硫氨氨基基酸酸产产生生硫硫化化氢氢遇铅或铁离子生成黑色的硫化物遇铅或铁离子生成黑色的硫化物IMViC试验试验I：吲哚试验吲哚试验M：甲基红试验甲基红试验Vi：VP试验试验C：枸橼酸盐利用实验枸橼酸盐利用实验 常用于鉴定肠道杆菌常用于鉴定肠道杆菌，如如大肠埃希菌大肠埃希菌+-，产，产气杆菌气杆菌-+Vitek鉴定系统鉴定系统-96E 二、合成代谢产物二、合成代谢产物 热原质热原质 细菌合成的一种注入人体细菌合成的一种注入人体或动物体或动物体内引起内引起发热反应的物质。发热反应的物质。大多数是大多数是G-菌的脂多糖，耐菌的脂多糖，耐高温、高压，高温、高压，250 干烤才能破坏干烤才能破坏。毒素和侵袭性酶毒素和侵袭性酶 内毒素内毒素：G菌的脂多糖菌的脂多糖 外毒素外毒素：G菌和少数菌和少数G菌产生的蛋白质菌产生的蛋白质 外毒素毒性强于内毒素外毒素毒性强于内毒素 侵袭性酶侵袭性酶 损损伤伤机机体体组组织织，促促进进细细菌菌侵侵袭袭和和扩扩散散，如如卵卵磷脂酶磷脂酶(产气荚膜梭菌产气荚膜梭菌)、透明质酸酶、透明质酸酶(链球菌链球菌)。抗抗生生素素：某某些些微微生生物物代代谢谢过过程程中中产产生生的的一一类类能能抑抑制制或或杀杀死死某某些其他微生物或肿瘤细胞的物质。如些其他微生物或肿瘤细胞的物质。如多粘菌素、杆菌肽多粘菌素、杆菌肽。细细菌菌素素：只只能能杀杀伤伤有有亲亲缘缘关关系系的的细细菌菌，如如大大肠肠菌菌素素。无无治治疗疗意义，意义，有助于细菌分型有助于细菌分型。维生素维生素：某些肠道菌合成，如某些肠道菌合成，如B族维生素、族维生素、VK。色素色素：金黄色色素（脂溶性金黄色色素（脂溶性）绿色色素（水溶性绿色色素（水溶性）第四节第四节 细菌的人工培养细菌的人工培养Artifical culture of bacteria一、细菌的一、细菌的培养培养方法方法分离培养分离培养：划线接种在固体培养基的表面，因划：划线接种在固体培养基的表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开。基表面上散开。纯培养纯培养：挑取一个菌落，移种到另一培养基中，：挑取一个菌落，移种到另一培养基中，可生长出来的大量的纯种细菌。可生长出来的大量的纯种细菌。发酵培养发酵培养：在适宜的条件下，发酵罐中大量培养：在适宜的条件下，发酵罐中大量培养微生物（细菌、真菌等）细胞和生产代谢产物的微生物（细菌、真菌等）细胞和生产代谢产物的工艺过程。工艺过程。纯培养纯培养(pure culture)液体液体培养基培养基斜面斜面培养基培养基菌落菌落(colony)菌种筛选筛选摇瓶试验发酵罐中试验中试验发酵培养发酵培养由实验室研究到产业化的过程由实验室研究到产业化的过程发酵生产二、二、培养基培养基培养基培养基（culture medium):是由人工方法配制是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品物制品。Liquid mediumSolid mediumSemi-Solid medium三、三、细菌在培养基中的生长现象细菌在培养基中的生长现象 1.1.液体培养基中生长现象液体培养基中生长现象混浊混浊：大多数细菌大多数细菌 沉淀沉淀：链状生长的细菌链状生长的细菌菌菌膜膜：专专性性需需氧氧菌菌，如如结结核核杆杆菌菌、枯草杆菌枯草杆菌。2.菌落菌落（colony）-单个细菌分单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团菌集团。Mycobacterium Mycobacterium tuberculosis3.半固体培养基中生长情况半固体培养基中生长情况 有鞭毛细菌有鞭毛细菌：扩散生长，周围浑浊扩散生长，周围浑浊。无鞭毛细菌无鞭毛细菌：沿穿刺线生长，周围透明沿穿刺线生长，周围透明。四、人工培养细菌的用途四、人工培养细菌的用途 在医学中的应用在医学中的应用 感染性疾病的病原学诊断感染性疾病的病原学诊断 细菌学的研究细菌学的研究 生物制品的制备生物制品的制备 在工农业生产中的应用在工农业生产中的应用 在基因工程中的应用在基因工程中的应用 第五节第五节 抑制或杀灭微生物抑制或杀灭微生物 Prevention of microoganisms消毒消毒Disinfection The process that reduces the number of pathogenic microorganisms.Bacterial spores and other relatively resistant organisms may remain viable.灭菌灭菌(Sterilization)A treatment that destroys all microbial life,including vegetative form and endospores抑菌抑菌(Bacteriostasis)To inhibit the growth of bacteria防腐防腐(Antisepsis)A chemical agent safely used in or on living tissue to destroy microorganisms无菌无菌(Asepsis)A condition in which living microorganisms are absent无菌或无菌操作技术无菌或无菌操作技术(Aseptic techniques)Measures taken to ensure that living microorganisms are absentMETHODSPhysical methods of disinfection and sterilizationChemical methods of disinfection and sterilizationBiotic controlling of pathogenic micobial infection 1.Physical controls on microoganismsIncluding:Heat Cold Drying Radiation Filtration Osmotic strengthDry heat(干热干热)Hot air sterilizationFlamingIncineration Hot air sterilization Conditions160-170,1-2hrs Significance&applicationsglassware,metal objects(operating knife、scissor、forceps)burning method(incineration)flowing steam disinfectionhot air drying method(烤箱)boiling water disinfectionMoist heat(湿热湿热)Moist heat Boiling waterAutoclavingPasteurizationPasteurizationDefinition:a process in which fluids are heated at temperatures below boiling point to kill pathogenic microorganisms in the vegetative state without altering the fluids palatability.Conditions:62,30 minute or 71.7,15secondSignificance:kills vegetative pathogensApplications:milk,beerBoiling 100 at 1 atmospheric pressure.5min killing most non-sporing bacteria.For 1-2h will kill a few sporing microoganisms.2%sodium carbonate can enhance the efficiency,105(the boiling point).Steam sterillization(with common pressure)It applies water vapor to disinfect 100 for 1530min,not useful for spore.Fractional sterilization It takes water vapor intermittently to sterilization at common pressure.it usually applies to medium containing sugar or milk,which cannot bear high temperature.Autoclaving Conditions:When pressure is 103.4kpa,the temperature in the autoclave can reach 121.3c,1520 minutes is enough for sterilization.Significance:kills both spores and vegetative microorganisms;the most common and effective method of sterilization.Application:sterilizes materials not damaged by heat and moisture.pressure kettleSummary:Moist heat is generally more effective than dry heat Reasons-Steam is more easily to inactivate proteins.Steam penetrates more easily.Steam has potent heat.RadiationUltraviolet radiation The most effective wavelengths:250-260nmMechanism:destroy DNA by forming thymine dimersCharacteristics:poor penetrating power damage of the eyes and the skin Applications:Air disinfectionsSurface disinfectionFiltrationMechanismmechanically removes microorganismsApplicationsterilize materials likely to be damaged by heat2.Chemical antimicrobial methodsMechanisms Injury of cell membranes Inactivation of proteins(e.g.,enzymes)Damage of genetic materialsCommon chemical agents Phenol(苯酚)Alcohols:70-75%(乙醇)Heavy metals:Silver nitrate(1%)(硝酸银)Chlorine(氯)Iodine(碘)37%Formalin(甲醛)Crystal violet(龙胆紫)Effects levelDisinfectants examplesHigh levelEthylene oxide,peracetic acid,kinds of aldehydeNormal levelKinds of alcohol,kinds of iodine,chloric disinfectantsLow levelChlorhexidine,phenolic disinfectants The effects types of disinfectantsFactors influencing antimicrobial activity Concentration and kind of an agent used Length of exposure to the agent Temperature at which the agent is used Number of microorganisms present Kinds of microorganisms present Nature of the material bearing the microorganismSome questionTERMS:Sterilization、disinfectionAsepsis、Aseptic techniquesQuestion:What is the Mechanisms of the Chemical antimicrobial methods3.Biological methodsAntibiotic(抗生素)Bacteriocin(细菌素)Bacteriophage(噬菌体)