第三章 19世紀微生物學的誕生與發(fā)展

近代生物學發(fā)展史武漢大學基礎醫(yī)學院楊國華ghyang@163.co輯課件第三章19世紀微生物學的發(fā)展編輯課件微生物的特點及種類微生物?。▊€體微?。│蘭（微米）級：光學顯微鏡下可見（細胞）簡（構造簡單）單細胞簡單多細胞非細胞（即“分子生物”）nm（納米）級：電子顯微鏡下可見（細胞器，病毒）低（進化地位低）原核類：細菌（真細菌，古生菌），放線菌，藍細菌，立克次氏體,衣原體,支原體等真核類：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生動物，顯微藻類非細胞類：病毒，亞病毒（類病毒，擬病毒，朊病毒）1mm=103μm=106nm=107?

分辨率：肉眼:0.1mm；顯微鏡:0.2μm；電子顯微鏡:10?編輯課件編輯課件細菌數(shù)億/g土壤每個噴嚏的飛沫含4500-150000個細菌微菌落編輯課件每張紙幣帶細菌：900萬個

編輯課件微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！

時時刻刻與微生物“共舞”

是

福？是禍？編輯課件編輯課件酵母菌的出芽生殖編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件少數(shù)微生物也是人類的敵人！鼠疫艾滋病(AIDS)癌癥肺結核、虐疾、霍亂“卷土重來”。埃博拉病毒瘋牛病朊病毒SARS禽流感甲型H1N1流感病毒毒黃瓜事件編輯課件1347年的一場由鼠疫桿菌(Yersiniapestis)引起的瘟疫幾乎摧毀了整個歐洲，有1/3的人(約2500萬人)死于這場災難。

在此后的80年間，這種疾病一再肆虐，實際上消滅了大約75%的歐洲人口，一些歷史學家認為這場災難甚至改變了歐洲文化。我國在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率極高。編輯課件2000年7月，在英國有超過34000個牧場的17.6萬多頭牛感染了此病，最高發(fā)病時間是在1993年1月，每月至少有1000頭牛發(fā)病。截至到2002年，英國共屠宰病牛1100多萬頭，經濟損失達數(shù)百億英鎊。（朊病毒）編輯課件一種急性出血性傳染病，病死率高達50％到90％，通過接觸病人的血液或其他體液，經皮膚、呼吸道或結膜而感染，潛伏期為5至14天。絲狀病毒編輯課件TheSARSCoronavirus:

非典型性肺炎TheSARSoutbreakof2003

AccordingtotheWorldHealthOrganization(WHO),atotalof8,098peopleworldwidebecamesickwithSARSduringthe2003outbreak.Ofthese,774died.編輯課件禽流感席卷韓日越三國世界衛(wèi)生組織2004年1月14日警告說，禽流感已經開始席卷亞洲部分地區(qū)，并且導致越南至少3人死亡，它對亞洲的威脅可能比非典更嚴重。1878年，意大利禽流感，首次爆發(fā)：危害最大，經濟損失最嚴重的禽流感(H5N5):1983年美國濱州等地區(qū),直接損失6000多萬美元，間接經濟損失估計達3.49億美元，1997年5月，香港禽流感，直接損失達8000萬港幣。

2003年3月，荷蘭禽流感爆發(fā)，波及最廣，荷蘭南部海爾德蘭省800個農場已經受到禽流感的影響，已蔓延到比利時與德國邊境附近。編輯課件甲型H1N1流感為急性呼吸道傳染病，其病原體是一種新型的甲型H1N1流感病毒，在人群中傳播。與以往或目前的季節(jié)性流感病毒不同，該病毒毒株包含有豬流感、禽流感和人流感三種流感病毒的基因片段。人群對甲型H1N1流感病毒普遍易感，并可以人傳染人，人感染甲流后的早期癥狀與普通流感相似，包括發(fā)熱、咳嗽、喉痛、身體疼痛、頭痛、發(fā)冷和疲勞等，有些還會出現(xiàn)腹瀉或嘔吐、肌肉痛或疲倦、眼睛發(fā)紅等。2009年開始，甲型H1N1流感在全球范圍內大規(guī)模流行。2010年8月，世衛(wèi)組織宣布甲型H1N1流感大流行期已經結束。編輯課件毒黃瓜是指受到腸出血性大腸桿菌（EHEC）“污染”的黃瓜。食用這種帶有大腸桿菌的黃瓜可引發(fā)致命性的溶血性尿毒癥，可影響到血液、腎以及中樞神經系統(tǒng)等。毒黃瓜引起的疫病從2011年5月中旬開始在德國蔓延，并且疫情繼續(xù)擴散，有1400多人感染導致14人死亡。包括瑞典、丹麥、英國和荷蘭在內的多個國家均已報告感染病例，歐洲一時陷入恐慌。政府告誡民眾暫時不要吃黃瓜、西紅柿、萵苣和其他菜葉沙拉。編輯課件微生物是一把十分鋒利的雙刃劍，它們在給人類帶來巨大利益的同時也帶來“殘忍”的破壞。它給人類帶來的利益不僅是享受，而且實際上涉及到人類的生存。編輯課件1、體積小，表面積大單位：um(10-6m)或nm(10-9m)2μm0.5μm桿菌80個桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度微生物的體積大小微生物的共性編輯課件微生物與其它生物種類的體積比較動物的模式細胞動物細胞核細菌病毒動物、植物和微生物個體大小尺度范圍

編輯課件2、吸收多，轉化快人（50kg）500~1000g/d地鼠（體重3g）3g/d大腸桿菌細胞重量2000倍糖/h奶牛（500kg）合成0.5kg蛋白質/24h微生物細胞合成自身重量30-40倍的細胞物質/24h吸收多轉化快編輯課件3、生長旺，繁殖速大腸桿菌在合適的生長條件下：12.5~20分鐘繁殖1代每小時分裂3代，由1個變成8個。經24小時分裂72代，重約4722噸經48小時可產生2.2×1043個后代。地球重的4000倍微生物代時及每日增殖率微生物名稱代時(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.7×10^11大腸桿菌18371.2×10^24根瘤菌110258.2×10^3枯草桿菌31307.2×10^13光合細菌144301.0×10^3釀酒酵母120304.1×10^3念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6草履蟲642264.92

編輯課件4、適應性強，易變異1）對營養(yǎng)物質的利用上的適應性。2）對環(huán)境條件尤其是惡劣的“極端環(huán)境”的適應性。耐0～－196℃低溫耐250℃～300℃的高溫耐鹽（飽和鹽水）耐干燥（產芽孢細菌、真菌孢子）耐酸堿、耐缺氧、耐毒物、抗輻射適應性強編輯課件易變異青霉素生產菌的發(fā)酵水平1940年每毫升20單位2000年每毫升10萬單位青霉素的使用劑量：1940年10萬元單位/次1980年：輸液80萬單位/次2000年：輸液800萬-1000萬單位/次青霉素對金黃色葡萄球菌最低抑制濃度0.02μg/ml200μg/ml編輯課件5、分布廣，種類多微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入土壤空氣水域生物體內外極端環(huán)境正常環(huán)境高空深海底2000米深的地層溫泉編輯課件微生物發(fā)展的五個時期

1史前期：約8000年前-1676

2初創(chuàng)期：1676-1861

3奠基期：1861-1897

4發(fā)展期：1897-1953

5成熟期：1953-編輯課件一、史前時期（直觀應用時期）春秋戰(zhàn)國時期微生物分解有機物質，漚糞積肥。公元二世紀的《神農本草經》

白僵蠶治病。（白僵蠶來源為蠶蛾的幼蟲感染白僵菌而僵死的干燥全蟲。）公元6世紀后魏的賈思勰《齊民要術》

谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。豆科植物與其它作物輪作。編輯課件二、初創(chuàng)時期（形態(tài)學發(fā)展時期）（17世紀下半葉——19世紀中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界的時期。代表人物：列文·虎克貢獻:（１）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（２）科學地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們的繁茂性．編輯課件微生物的發(fā)現(xiàn)

1676年，荷蘭，列文虎克，單式顯微鏡（復制品）編輯課件A、C、F、Q：桿菌E：球菌H：球菌的聚集體列文虎克向英國皇家學會的信中對細菌形態(tài)的描繪編輯課件十九世紀下葉有關微生物的兩個疑難問題：1、生物是自然產生的嗎？2、傳染性疾病的本質是什么？三、奠基時期（生理學發(fā)展時期）編輯課件弗朗切斯科·雷迪（1626-1698）和自發(fā)生殖

直到19世紀初，人類還認為生命來自無生命物質。自然科學家觀察到腐爛的東西會生蛆，認為這是生命自然產生于污泥的證據(jù)。這種現(xiàn)象被命名為自然發(fā)生。路易斯·巴斯德給了這個理論致命的一擊，但是雷迪使他得到解決這個問題的科學方法。編輯課件雷迪讀了血液循環(huán)發(fā)現(xiàn)者威廉·哈維的一本書，書中說蛆和青蛙不是自然發(fā)生的，而是卵生的。他受到啟發(fā)，于1688年決定進行一項精美簡單的實驗。他在兩個罐子中各放一塊肉，一個罐子用紗布蓋好，另一個敞著口。蒼蠅在敞口的罐內的腐肉和另一個罐子蓋的紗布上產卵，但是只有敞口的罐內生出了蛆，蓋著紗布的那個沒有。雷迪證明蛆是由蒼蠅的卵變來的。但是，他遭到激烈的反對，其中包括當時一些有名的科學家，他們認為生命的關鍵在于發(fā)酵。編輯課件奠基時期（生理學發(fā)展時期）１、巴斯德與自然發(fā)生學說法國，化學家，路易斯·巴斯德1822-1895編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說新鮮食品擱置細菌檢定無細菌腐敗食品細菌檢定有細菌由非生命的物質自然發(fā)生自然發(fā)生說編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第一個實驗空氣乙醇、醚混合物棉纖維沉淀物檢測無細菌檢出編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第二個實驗加熱營養(yǎng)液密封放置細菌檢測無細菌檢出自然發(fā)生說質疑：無機物自然變?yōu)樯袡C體必須提供新鮮的空氣編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗編輯課件１、巴斯德與自然發(fā)生說巴斯德反駁自然發(fā)生說的三個實驗第三個實驗編輯課件第三個實驗編輯課件法國科學家巴斯德（LouisPasteur，1822-1895）

徹底否定了自然發(fā)生說證實發(fā)酵由微生物引起發(fā)明了狂犬病毒減毒疫苗制備方法

發(fā)明巴氏消毒法奠基期生理水平研究階段（1861~1897）編輯課件“進入科學王國的最完美無缺的人”巴斯德，法國微生物學家、化學家。他研究了微生物的類型、習性、營養(yǎng)、繁殖、作用等，奠定了：

工業(yè)微生物學和醫(yī)學微生物學的基礎，開創(chuàng)了微生物生理學編輯課件路易斯·巴斯德1822-1895巴斯德在戰(zhàn)勝狂犬病及霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了成果。英國醫(yī)生李斯特并據(jù)此解決了創(chuàng)口感染問題。從此，整個醫(yī)學邁進了細菌學時代，得到了空前的發(fā)展，人們的壽命因此而在一個世紀里延長了三十年之久。

巴斯德提出發(fā)酵是由微生物引起；他還發(fā)現(xiàn)了厭氧微生物。

編輯課件巴斯德用一生證明了三個科學問題：（1）每一種發(fā)酵作用都是由于一種微菌的發(fā)展。這位法國化學家發(fā)現(xiàn)用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物。很快，“巴氏殺菌法”便應用在各種食物和飲料上。（2）每一種傳染病都是一種微菌在生物體內的發(fā)展：由于發(fā)現(xiàn)并根除了一種侵害蠶卵的細菌，巴斯德拯救了法國的絲綢工業(yè)。他意識到許多疾病均由微生物引起，于是建立起了細菌理論。

（3）傳染病的致病菌，在特殊的培養(yǎng)之下可以減輕毒力，使他們從病菌變成防病的疫苗。編輯課件發(fā)明了培養(yǎng)基并用其純化微生物等一系列研究方法的創(chuàng)立證實炭疽病因—炭疽桿菌發(fā)現(xiàn)結核病原菌—結核桿菌提出了科赫法則。2德國，鄉(xiāng)村醫(yī)生，羅伯特.科赫（RobertKoch，1843-1910）細菌學奠基人

編輯課件２、科赫與疾病的病菌說健康者病者接觸傳染物感染得病科赫的有關實驗——病原菌的發(fā)現(xiàn)炭疽病——炭疽芽孢桿菌奠基時期（生理學發(fā)展時期）編輯課件編輯課件基因水平的科赫法則1.應在致病菌株中檢出某些基因或其產物，而無毒力菌株沒有

2.如有毒力菌株的某個基因被破壞，則菌株的毒力應減弱或消除3.將細菌接種到動物中時，這個基因應在感染的過程中表達4.在接種動物檢測到這個基因產物的抗體，或產生免疫保護編輯課件科赫與疾病的病菌說最早人們認為疾病是由諸如超自然力、被稱為瘴毒的毒氣以及四種體液（血液、粘痰、黃膽汁、黑膽汁）之間的失調而引起的。

AgostinoBassi（1773~1856）在1835年證明蠶病是由真菌感染引起的，首先提出微生物可引起疾病。

1845年，M.J.Berkeley證明愛爾蘭馬鈴薯枯萎?。≒otatoBlightofIreland）是由真菌引起的。之后，巴斯德提出“蠶的微粒子病”是由原生動物寄生蟲引起的。

Lister受巴斯德關于微生物在發(fā)酵和腐敗問題中研究的啟發(fā)，提出了外科消毒術，消毒所使用的石炭酸可以殺死細菌，同樣也可以阻止傷口感染，這一觀點為微生物在疾病中的作用提供了間接的證據(jù)。編輯課件科赫與疾病的病菌說主要貢獻：

建立了疾病細菌說；首創(chuàng)了細菌染色法；首創(chuàng)了細菌的純培養(yǎng)——固體培養(yǎng)基提出了著名的科赫法則。編輯課件柯赫其他主要貢獻：

建立了純培養(yǎng)技術（凝固劑和petridish）

對結核桿菌的分離和觀察,首創(chuàng)了抗酸菌染色的Ziehl-Nielsen染色法結核組織結核桿菌發(fā)現(xiàn)和分離了引起霍亂的微生物——霍亂弧菌，發(fā)現(xiàn)了在控制霍亂傳播中水過濾的重要性，發(fā)表了第一張細菌的顯微鏡照片。編輯課件羅伯特·科赫（RobertKoch1843-1910）1905年，偉大的德國醫(yī)學家、大名鼎鼎的羅伯特·科赫以舉世矚目的開拓性成績，問心無愧地獲得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎。編輯課件世界病原細菌學的奠基人和開拓者傳染病是人類健康的大敵。從古至今，鼠疫、傷寒、霍亂、肺結核等許多可怕的病魔奪去了人類無數(shù)的生命。人類要戰(zhàn)勝這些兇惡的疾病，首先要弄清楚致病的原因。而第一個發(fā)現(xiàn)傳染病是由病原細菌感染造成的人就是羅伯特·科赫。

編輯課件世界上第一次……世界上第一次發(fā)現(xiàn)了炭疽熱的病原菌——炭疽桿菌；世界上第一次證明了一種特定的微生物引起一種特定疾病的原因；世界上第一次分離出傷寒桿菌；世界上第一次發(fā)明了蒸汽殺菌法；世界上第一次分離出結核病細菌；世界上第一次發(fā)現(xiàn)了霍亂弧菌；世界上第一次發(fā)現(xiàn)了鼠蚤傳播鼠疫的秘密。編輯課件馬爾亭烏斯·貝葉林克MartinusBeijerinck（1851-1931）對微生物領域的最大貢獻是提出了富集培養(yǎng)概念。

Beijerinck用富集培養(yǎng)技術從土壤和水中分離得到許多純種微生物，包括好氣的固氮菌、硫化細菌、固氮根瘤菌、乳酸菌、綠藻和許多其他微生物。

在研究煙草花葉病時，Beijerinck指出感染物（一種病毒）不是細菌，而是寄生到植物細胞中生存的一類微生物；實際上，Beijerinck描繪了病毒學的基本理論。其他微生物學家（一）編輯課件

俄國維諾格拉斯基SergeiWinogradsky（1856-1935）成功的分離了硝化細菌、硫化細菌等和氮、硫化合物循環(huán)有關的微生物；提出硝化過程是細菌作用的結果，提出無機化能營養(yǎng)和自養(yǎng)生物的概念。還分離到第一株厭氧固氮菌——巴氏固氮梭狀芽孢桿菌，提出了細菌固氮作用的概念?？煞Q是土壤微生物學的奠基石。其他微生物學家（二）編輯課件四、發(fā)展時期（生物化學水平）1896，德國生物化學家愛德華·布赫納

EdwardBuchner(1860-1907)用無細胞存在的酵母菌抽提液對葡萄糖進行酒精發(fā)酵成功，1907年獲得諾貝爾化學獎。酵母細胞石英砂研磨過濾濾液葡萄糖酵母細胞酒精、CO2編輯課件青霉素的發(fā)現(xiàn)

亞歷山大·弗萊明(1881-1955)1929年，弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉菌能抑制葡萄球菌的生長，揭示了微生物間的拮抗關系，并發(fā)現(xiàn)了青霉素。編輯課件弗萊明由于一次幸運的過失而發(fā)現(xiàn)了青霉素在1928年夏弗萊明外出度假時，把實驗室里在培養(yǎng)皿中正生長著細菌這件事給忘了。3周后當他回實驗室時，注意到一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿中長出了一團青綠色霉菌。在用顯微鏡觀察這只培養(yǎng)皿時，弗萊明發(fā)現(xiàn)，霉菌周圍的葡萄球菌菌落已被溶解。這意味著霉菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。此后的鑒定表明，上述霉菌為青霉菌，因此弗萊明將其分泌的抑菌物質稱為青霉素。

編輯課件鏈霉素的發(fā)現(xiàn)瓦克斯曼（Waksman,SelmanAbraham）俄國-美國微生物學家。1888年7月22日生于俄國普里魯基；1949年，瓦克斯曼在多年研究土壤微生物的基礎上，發(fā)現(xiàn)了鏈霉素。1952年，他以發(fā)現(xiàn)鏈霉素的卓越貢獻獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。瓦克斯曼

還發(fā)明了一系列分離抗生素的方法和技術，使他的實驗室分離了多種抗生素。瓦克斯曼首先將鏈霉素用于治療肺結核病人。

編輯課件五、成熟時期（分子水平）始于二十世紀五十年代（電子顯微鏡的使用和DNA的發(fā)現(xiàn)）