細(xì)胞微生物學(xué)(講座)

1、.細(xì)胞微生物學(xué)一、細(xì)胞微生物學(xué)的概念及研究策略（一）細(xì)胞微生物學(xué)概念細(xì)胞微生物學(xué)的概念最早出現(xiàn)在1996 年由雜志專門撰文來介紹。細(xì)胞微生物學(xué)的概念雜志對(duì)這一新學(xué)科作如下的定義：細(xì)胞微生物學(xué)是在細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞微生物學(xué)間的界面形成的雖然目前傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)早以利用微生物的感染數(shù)字測(cè)定和研究但是用病原體來研究細(xì)胞生物學(xué)的問題今年已獲得很有價(jià)值的成果并借證明了這是一條很有希望的途徑。1999年細(xì)胞微生物學(xué)的專業(yè)雜志/經(jīng)過十年的發(fā)展這本雜志在微生物學(xué)的領(lǐng)域取得了舉住輕重的地位可以說他的影響力已經(jīng)超過了微生物學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典雜志/所以說細(xì)胞微生物學(xué)在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的前景是很廣大的。1999/在這個(gè)創(chuàng)刊號(hào)上雜

2、志社專門邀請(qǐng)了美國(guó)大學(xué)的撰寫了一個(gè)小型的鐘素來介紹/的概念同時(shí)也對(duì)他們的雜志做了一個(gè)宣傳因?yàn)樗麄冋?qǐng)的這個(gè)人呢在細(xì)胞微生物學(xué)里面是一個(gè)非常著名的一個(gè)專家。主要是解決數(shù)組和病原相互作用來闡明為什么數(shù)組會(huì)得??？為什么病原能致命？有一個(gè)概念叫細(xì)菌學(xué)，主要是研究這些不治病的細(xì)菌它自身的特征。這門學(xué)科不會(huì)研究數(shù)組可以導(dǎo)致疾病的微生物基本上可以感染人，感染動(dòng)物、感染植物這些不同的渠道從而來治病。二、細(xì)胞微生物學(xué)概述為了研究細(xì)胞微生物學(xué)，我們需要微生物作為一個(gè)研究對(duì)象，但這些微生物必需進(jìn)入細(xì)胞，所以根據(jù)他能否進(jìn)入細(xì)胞分成包內(nèi)菌和白外菌，所以作為細(xì)胞微生物學(xué)的研究對(duì)象分為專性包內(nèi)菌部分、尖性包內(nèi)菌。（一）專性包

3、內(nèi)菌專性包內(nèi)菌是指不能在體外的培養(yǎng)基或人工合成的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，只能在體內(nèi)活在體外的培養(yǎng)的細(xì)胞中繁殖的微生物它主要包括衣原體和貝納柯斯提和埃里克體立克次體。衣原體是常見的引起沙眼的衣原體；貝納柯斯體主要有倆種群主要是引起傷寒；同時(shí)還有一些尖性包內(nèi)菌這類細(xì)菌既可以在細(xì)胞外生長(zhǎng)也能進(jìn)入吞噬細(xì)胞并在其中繁殖這里既包括嗜肺軍團(tuán)菌和分支桿菌；嗜肺軍團(tuán)菌是一個(gè)格蘭陰性菌它屬于需氧可以在體外生長(zhǎng)也可以繁殖；分枝桿菌結(jié)核分枝桿菌和麻風(fēng)分枝桿菌他們分別是引起人結(jié)核病麻風(fēng)病等病人麻風(fēng)病主要是肺結(jié)核和肺外結(jié)核從 2004年以來結(jié)核病的已超過肝炎成為我國(guó)最多的傳染病我國(guó)有近三分之一的人口感染結(jié)合活動(dòng)性肺結(jié)核達(dá)到五百萬同

4、時(shí)每年新證了一百三十萬活動(dòng)性病人每年有十三萬人死于肺結(jié)核。（二）諾卡菌及其他諾卡菌主要引起兩種疾病，諾卡放行菌病主要由星形諾卡菌少數(shù)由巴西諾卡菌和豚鼠諾卡菌引起。還有一種叫足菌腫由馬杜拉諾卡菌引起據(jù)報(bào)道呢星形諾卡菌定植于非酸性性的巨噬細(xì)胞囊泡中從而在那個(gè)環(huán)境進(jìn)而生存。同時(shí)還有一些在非吞噬細(xì)胞中繁殖的尖形黃類菌包括包括把通體布魯菌屬單產(chǎn)和細(xì)胞李斯特菌沙門菌屬志賀菌屬。還有一個(gè)叫包內(nèi)菌，他可以分成倆個(gè)部分革蘭陰性菌革蘭陽(yáng)性菌陰性菌的非常多有不動(dòng)干菌氣單包菌啊非常多陽(yáng)性菌包括 自喉棒狀桿菌葡萄球菌練球菌等。事實(shí)上，很難將同一種微生物接為方位菌。比如說，大腸桿菌根據(jù)他侵染的途徑他有不同的特征，有的不能

5、進(jìn)入細(xì)胞有的可以進(jìn)入細(xì)胞。炭疽芽孢桿菌是人類歷史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌，他可引起人類的碳齲病，是非?？膳碌?，也曾經(jīng)作為一種生物恐怖。厭氧牙膏梭菌屬它主要有四種病有內(nèi)毒梭菌、艱難梭菌產(chǎn)氣莢膜梭菌破傷風(fēng)梭菌，他們可以引起各種各樣的疾病肉毒梭菌它產(chǎn)生的肉毒毒素是非常好的流行的美容的用品他可以改善人的面部表現(xiàn)使人看起來更年輕。以上我們介紹了細(xì)胞微生物學(xué)的概念以及細(xì)胞生物學(xué)的研究對(duì)象一些病原微生物下面我們將介紹微生物對(duì)數(shù)組的影響。從這張圖片上大家可以看到各種各樣的微生物可以通過各種各樣的途徑來與數(shù)組細(xì)胞進(jìn)行相互作用可以通過數(shù)組細(xì)胞的包吞作用有的是通過數(shù)組細(xì)胞的表面的特性的受體從而引起數(shù)組細(xì)胞表面的褶皺數(shù)組細(xì)

6、胞的骨架的從排來自數(shù)組細(xì)胞的凋亡等等。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多細(xì)菌蛋白可以調(diào)節(jié)成很多數(shù)組細(xì)胞的生命活動(dòng)，特別是數(shù)組細(xì)胞的周期。比如說大腸桿菌的Cdc2蛋白積累進(jìn)行區(qū)別數(shù)組細(xì)胞周期大長(zhǎng)腸埃希菌 CF蛋白調(diào)節(jié)數(shù)組細(xì)胞的周期。除了細(xì)菌蛋白病毒也有很多蛋白來調(diào)節(jié)數(shù)組細(xì)胞的生命活動(dòng)，比如說牛痘病毒CrmA蛋白可以抑制ICE/阻斷IL-1B合成，粘液瘤病毒可以促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)同時(shí)可以調(diào)節(jié)數(shù)組的細(xì)胞生命活動(dòng)。作為病原菌它可以產(chǎn)生很多毒素，這些毒素可以稱為抗細(xì)胞因子蛋白，它可以抑制數(shù)組細(xì)胞的因子。例如說霍亂腸毒素他可以特異性的抑制TNF百日咳毒素它可以抑制IL-1。前面所說的這些微生物蛋白如果要進(jìn)一步發(fā)揮作用，大多數(shù)通

7、過一個(gè)分泌系統(tǒng)來分泌。也就是說，這些蛋白在細(xì)菌內(nèi)部被合成，通過分泌系統(tǒng)分泌以后到包外然后再計(jì)入數(shù)組細(xì)胞內(nèi)部才能發(fā)揮作用?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的分泌系統(tǒng)有六種主要稱之為123456型。有不同的結(jié)構(gòu)、不同的特征、不同的分泌底物對(duì)分泌底物的要求也有所不同。這里面研究最多的是三型研究系統(tǒng)在細(xì)菌的表面形成一個(gè)針狀的結(jié)構(gòu)，這個(gè)針狀的結(jié)構(gòu)可以直接刺入數(shù)組細(xì)胞內(nèi)部，直接將分泌的蛋白注入數(shù)組細(xì)胞的內(nèi)部，所以這是一個(gè)非常有意思的進(jìn)化程度。前面我們說到，細(xì)菌如果要浸入速度細(xì)胞，首先要黏附在細(xì)胞表面，這是浸入的第一步。在黏附的過程中，它宿主的表面受體發(fā)揮是一個(gè)非常重要作用，也就是說細(xì)胞表面的受體和細(xì)菌表面的特殊蛋白有特意性的

8、結(jié)合。從而導(dǎo)至細(xì)胞和細(xì)菌的黏連，從而為進(jìn)一步的浸入奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然也有很有意的特特征，比如說，大腸桿菌，它在細(xì)胞表面沒有一個(gè)受體，但是它會(huì)自己分泌一個(gè)受體，叫Te這個(gè)蛋白。它這個(gè)分泌外面以后，可以牟定在宿主細(xì)胞的表面。從而做為后序浸入的一個(gè)受體。細(xì)菌的黏附主要是由黏附素介導(dǎo)，它主要是菌毛和菌體表面毛發(fā)樣突出物，邊毛都可以起到黏附作用。這是細(xì)菌黏附在宿主細(xì)胞表面形成的一個(gè)特意性的結(jié)構(gòu)。前面我和大家介紹微生物和宿主細(xì)胞相互作用，它可以引起宿主細(xì)胞表面的褶皺，引想宿主細(xì)胞內(nèi)部骨架的重排，甚至引起宿主細(xì)胞的凋亡。大家可以看圖，A是沒感染的，B 是感染，C是一個(gè)三形系統(tǒng)分辯。也就是說，當(dāng)這個(gè)感染的感染了

9、沒有感染的，會(huì)引起自身的凋亡。三、宿主細(xì)胞對(duì)微生物作用因?yàn)樗拗骱臀⑸锸窍嗷プ饔?，而不只是微生物?duì)宿主的作用。我們現(xiàn)在也發(fā)現(xiàn)了宿主對(duì)微生物的作用。（一）宿主細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)是有影響的比如，瑪芬分枝桿菌和梅毒螺旋體，這些細(xì)菌需要在動(dòng)物體內(nèi)才能繁殖，連培養(yǎng)的細(xì)胞都無法繁殖他們，這也就說他們對(duì)環(huán)境的生長(zhǎng)的要求是非?？量痰模苍S是某一種宿主產(chǎn)生的蛋白或者其他的一些物質(zhì)，或者是特定的宿主環(huán)境才能使他們生長(zhǎng)，同時(shí)細(xì)菌的生長(zhǎng)并不僅僅與營(yíng)養(yǎng)關(guān)系成線性，而且是有些特定的蛋白或者是細(xì)菌和細(xì)胞都會(huì)產(chǎn)生的其他因子的控制，也就是說這些特定細(xì)菌的生長(zhǎng)他的要求是非常非常高的非常非常復(fù)雜的。比如，藤黃魏秋菊這種細(xì)菌生長(zhǎng)一段時(shí)

10、間以后，更換新的基因營(yíng)養(yǎng)充足，在細(xì)菌的分裂多待以后它會(huì)停止生長(zhǎng)，可能是細(xì)胞分裂產(chǎn)生的異性分子，所以他無法生長(zhǎng)，并不是營(yíng)養(yǎng)條件不夠。如果將處于生長(zhǎng)狀態(tài)的藤黃微球菌的培養(yǎng)基加入到細(xì)胞上去，細(xì)菌繼續(xù)生長(zhǎng)，說明細(xì)菌生長(zhǎng)依賴于一些特定的生長(zhǎng)因子，這些生長(zhǎng)因子可能是由細(xì)菌或者與細(xì)菌接觸的細(xì)胞產(chǎn)生的?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多細(xì)胞因子可以促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)，比如說白介素1，可以促進(jìn)Ecoli 產(chǎn)毒株的生長(zhǎng)，白介素2，可以促進(jìn)Ecoli 產(chǎn)毒株的生長(zhǎng),上皮生長(zhǎng)因子可以促進(jìn)結(jié)核分枝桿菌的生長(zhǎng)。（二）微生物和細(xì)胞的相互作用除了傳統(tǒng)意義上的細(xì)胞微生物學(xué)，就是研究一種微生物和細(xì)胞的相互作用。2002年美國(guó)微生物學(xué)家田納西州大學(xué)Sa

11、vage教授提出正常菌群在生態(tài)學(xué)上應(yīng)當(dāng)被看作是宿主的一個(gè)器官或一個(gè)系統(tǒng)。他作為一個(gè)很大類微生物和宿主相互作用現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)正常菌群，宿主之間的作用是非常重要。作為正常的人，有30000到50000個(gè)基因、有250種細(xì)胞的類型，但是作為微生物來說，他在正常人的內(nèi)表面或者外表面的細(xì)胞的數(shù)量和人細(xì)胞的數(shù)量是10-100比1，就是說是人細(xì)胞總數(shù)的十到一百倍，在正常的一個(gè)人身體里面含有400到600種微生物，只是在人的腸道，他就會(huì)有一百萬個(gè)細(xì)菌的基因他是人類基因組的50-100倍，大街可想而知整個(gè)一個(gè)正常菌群他是多么大的一個(gè)生物量。腸道內(nèi)的正常菌群與宿主虛報(bào)有很強(qiáng)的相互作用，因?yàn)槟c道的黏膜表面巨大，是病原

12、微生物感染的主要位點(diǎn)，同時(shí)是正常菌群和同宿主相互作用的主要位點(diǎn)，因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，黏膜表面有很多種大量的微生物，在腸道上皮有一些崗哨細(xì)胞，用來感覺環(huán)境，來協(xié)同防御，比如說上皮細(xì)胞巨噬細(xì)胞上皮內(nèi)樹突樣細(xì)胞 這些正常的菌群可以對(duì)外界刺激作出反應(yīng)，釋放趨化因子（chemokines）和細(xì)胞因子，促發(fā)炎癥（recruit inflammatory）和激活免疫細(xì)胞來控制潛在的感染因子。在腸道上皮細(xì)胞可以長(zhǎng)生不同的模式識(shí)別受體。PRR用來識(shí)別特使的序列的積蓄，也就是說，用來專門識(shí)別各種各樣的微生物，從而能使腸道上皮細(xì)胞感受到微生物的侵襲，這些受體主要分為兩類：一種是Toll樣受體；一種是核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)

13、構(gòu)域受體。TRA受體TLR是跨膜蛋白，細(xì)胞外側(cè)結(jié)構(gòu)域具有富含亮氨酸的重復(fù)序列，胞內(nèi)側(cè)具有高度保守的Toll/IL-1受體結(jié)構(gòu)域（TIR）。我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)共有11種，標(biāo)號(hào)為1到11，位于細(xì)胞表面的TLR ：TLR1，-2，-3，-5，-6，位于細(xì)胞內(nèi)層的TLR ：TLR7，-8和-9。41現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的=有十幾種功能TLR2識(shí)別革蘭陽(yáng)性細(xì)菌肽聚糖（PGN）層的脂蛋白和脂磷壁酸（LTA）。TLR3識(shí)別感染宿主細(xì)胞的病毒復(fù)制過程中合成的雙鏈RNA，TLR4主要由PAMP中最典型的LPS激活。TLR5識(shí)別革蘭陽(yáng)性和陰性菌的鞭毛蛋白。TLR7識(shí)別病毒的單鏈RNA，鼠類的TLR7和人類的TLR8可以識(shí)別來自HI

14、V-1的富含GU的單鏈RNA。TLR9識(shí)別未甲基化的CpG序列，TLR11可以識(shí)別非致病性大腸桿菌并且保護(hù)腎臟不會(huì)由大腸桿菌引起上行性感染 。還有一類特發(fā)性疾病，他也是由于宿主細(xì)胞和微生物相互作用而產(chǎn)生的。比如：胃潰瘍和十二指腸潰瘍。還有一個(gè)現(xiàn)象就是哮喘，哮喘盛行的一個(gè)可能解釋是結(jié)核病例的減少。當(dāng)人群感染結(jié)核增多時(shí)，大多數(shù)個(gè)體的Th1反應(yīng)大大升高（Th1是對(duì)抗胞內(nèi)微生物所必需的），而人群不再感染結(jié)核時(shí)，Th2反應(yīng)相對(duì)突出，正是這種反應(yīng)引發(fā)了與特異性免疫反應(yīng)和哮喘有關(guān)的肥大細(xì)胞及嗜酸性細(xì)胞。 也就是說結(jié)核病的減少導(dǎo)致了哮喘的流行。四、細(xì)胞微生物學(xué)的方法|細(xì)胞微生物學(xué)實(shí)際上是微生物學(xué)的一個(gè)新的領(lǐng)域，他主要是經(jīng)典的微生物學(xué)的方法組合，分子生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)，免疫學(xué)，生物信息學(xué)，以及組學(xué)等技術(shù)來對(duì)微生物或者是宿主進(jìn)行研究。現(xiàn)在常用的體外的微生物的試驗(yàn)可以應(yīng)用與細(xì)胞微生物學(xué)。比如說從組技術(shù)抑制性消減雜交技術(shù)，基因