第2章細菌的生理-2014.ppt

1、第二章 細菌的生理,第一節(jié) 細菌的理化性狀,細菌的化學組成：包括水、無機鹽、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和核酸等。 細菌的物理性狀： 菌體半透明：懸液呈一定濁度 表面積大：有利于與外界物質(zhì)交換 帶電現(xiàn)象: 均帶負電荷(中性及弱堿性環(huán)境) 半透性：水和小分子物質(zhì)通過 內(nèi)部滲透壓高：堅韌細胞壁的保護,一、細菌的營養(yǎng)物質(zhì) 水：營養(yǎng)物質(zhì)必須先溶于水，營養(yǎng)的吸收與代謝均需有水才能進行。 碳源：來源于糖類，提供能量。 氮源：來源于氨基酸、蛋白質(zhì)等，合成菌體成分。 無機鹽：鉀、鈉、鈣、鎂、磷、硫等。 生長因子：生長必需但自身不能合成的物質(zhì)，如維生素、氨基酸等。,第二節(jié) 細菌的營養(yǎng)與生長繁殖,二、細菌攝取營養(yǎng)物質(zhì)的機制

2、,被動擴散 : 主動轉(zhuǎn)運系統(tǒng) : 1.依賴于周漿間隙結(jié)合蛋白的轉(zhuǎn)運系統(tǒng) 2.化學滲透驅(qū)使轉(zhuǎn)運系統(tǒng) 3.基團轉(zhuǎn)移,三、細菌營養(yǎng)類型,自養(yǎng)菌(autotroph): 以無機物或通過光合作用獲取能源。 異養(yǎng)菌(heterotroph): 以有機物為原料合成菌體成分，大部分病原菌都是異養(yǎng)菌。 腐生菌：以動植物尸體、腐敗食物作為營養(yǎng)物。 寄生菌：從宿主(人或動物)體內(nèi)的有機物質(zhì)中獲得 營養(yǎng)和能量。,四、影響細菌生長的環(huán)境因素,營養(yǎng)物質(zhì)： 氫離子濃度(pH)：多數(shù)病原菌最適pH為7.27.6。 溫度：多數(shù)病原菌最適37。 氣體條件：依據(jù)對氧氣的需求分4類。 滲透壓:嗜鹽菌(副溶血弧菌),五、細菌的生長繁殖

3、,1.細菌個體的生長繁殖 繁殖方式：二分裂繁殖，速度一般20-30分鐘一代。結(jié)核分支桿菌生長緩慢，18-20h一代。,2.細菌群體的生長繁殖 將一定量的細菌接種于適宜的液體培養(yǎng)基中，連續(xù)定時取樣檢查活菌數(shù)，細菌的生長過程具有規(guī)律性。 以培養(yǎng)物中活菌的對數(shù)為縱坐標，培養(yǎng)時間為橫坐標，繪制的曲線叫生長曲線(Growth curve) 。,遲緩期 對數(shù)期 穩(wěn)定期 衰退期,Lag phase: production of new enzymes needed for growth Log phase: maximum growth Stationary phase: growth = death; n

4、utrients or waste products limiting growth Death phase: death growth; lack of nutrients or accumulation of waste products killing cells,細菌生長曲線,遲緩期(lag phase)： 細菌的適應階段。 2. 對數(shù)期(logarithmic phase)：生長迅速，菌數(shù)以幾何級數(shù)增長，細菌的形態(tài)、染色性、生理活性等都較典型。 3. 穩(wěn)定期(stationary phase)：細菌的繁殖數(shù)與死亡數(shù)幾乎相等，活菌數(shù)保持穩(wěn)定；細菌的芽胞、外毒素和抗生素等大多在該期產(chǎn)生。

5、 4. 衰亡期(decline phase)：死菌數(shù)活菌數(shù)。,學習細菌生長曲線的意義,研究生物學性狀取對數(shù)生長期細菌。 發(fā)酵生產(chǎn)中不斷更新營養(yǎng)液， 通氣保持細菌于對數(shù)生長期。 細菌芽胞、外毒素、抗生素產(chǎn)生于穩(wěn)定期。,第三節(jié) 細菌的新陳代謝,細菌的生化反應 分解代謝:營養(yǎng)物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化為能量的過程。細菌對糖、蛋白質(zhì)的分解能力的不同，因而代謝產(chǎn)物各異，利用生物化學方法檢測代謝產(chǎn)物，可用以鑒別不同細菌稱為細菌的生化反應。 合成代謝:所產(chǎn)生的能量用于菌細胞組分的合成。,（一）分解代謝產(chǎn)物和生化反應 糖發(fā)酵試驗：大腸埃希菌分解乳糖，產(chǎn)酸產(chǎn)氣； 傷寒沙門菌不分解乳糖。 糖 甲酸 CO2+H2 糖 甲酸,二

6、、細菌的代謝產(chǎn)物,1. 熱原質(zhì)： 細菌合成的一種注入人體內(nèi)引起發(fā)熱反應的物質(zhì)。大多數(shù)是G-菌的脂多糖。熱原質(zhì)耐高溫，高壓蒸汽滅菌不能破壞(121，20 min)，250 高溫干烤才能破壞。為導致輸液反應的主要原因。,（二）合成代謝產(chǎn)物及其醫(yī)學意義,內(nèi)毒素：G菌的脂多糖(LPS) 外毒素：G菌和少數(shù)G菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì) 侵襲性酶：損傷機體組織，促進細菌侵襲和擴散，如卵磷脂酶 (產(chǎn)氣莢膜梭菌)、透明質(zhì)酸酶(鏈球菌)。,2.毒素和侵襲性酶,脂溶性 ：金黃色葡萄球菌金黃色色素。 水溶性： 銅綠假單胞菌-綠色色素?？捎糜诩毦b別,3.色素,4. 抗生素(antibiotics)：放線菌和真菌產(chǎn)生，能抑制或殺

7、死其他微生物或腫瘤細胞的物質(zhì)。 5. 維生素(vitamine)：維生素B、K 6. 細菌素(bactericin)：某些細菌產(chǎn)生的具有抗菌作用的蛋白質(zhì)，只對有近緣關系的細菌有殺傷作用。,第四節(jié) 細菌的人工培養(yǎng),一、培養(yǎng)基(culture medium)：是由人工方法配制而成的，專供微生物生長繁殖使用的混合營養(yǎng)物制品。配置后滅菌 基礎培養(yǎng)基 增菌培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基 鑒別培養(yǎng)基 厭氧培養(yǎng)基,根據(jù)不同的標本或不同的培養(yǎng)目的和方法，可采用不同的接種和培養(yǎng)方法，常用的有細菌的分離培養(yǎng)和純培養(yǎng)。 菌落：單個細菌分裂繁殖形成的肉眼可見的細菌集團,二、細菌在培養(yǎng)基中的生長現(xiàn)象,1.液體培養(yǎng)基中生長現(xiàn)象 混濁

8、：大多數(shù)細菌 沉淀：鏈狀生長的細菌 菌膜：專性需氧菌，如結(jié)核桿菌、枯草桿菌,分離培養(yǎng)：將標本或培養(yǎng)物劃線接種在固體培養(yǎng)基的表面，因劃線的分散作用，使許多原混雜的細菌在固體培養(yǎng)基表面上散開。 菌落(colony)：單個細菌分裂繁殖成一堆肉眼可見的細菌集團。,2.固體培養(yǎng)基中生長情況,有鞭毛細菌：擴散生長，周圍渾濁。 無鞭毛細菌：沿穿刺線生長，周圍透明。,半固體培養(yǎng)基中生長情況,第五節(jié) 抑制或殺滅微生物的理化因素,滅菌(sterilization): 殺死物體上所有微生物的方法，包括殺滅細菌芽胞、病毒和真菌在內(nèi)的全部病原和非病原微生物?！盁o菌物品” 消毒(disinfection)： 殺滅物體表面

9、或環(huán)境中的病原微生物，并不一定能殺死含芽孢的細菌或非病原微生物。用于消毒的化學藥物稱消毒劑(disinfectant)，如“消毒靈”，“新潔爾滅”。,一、消毒與滅菌的常用術語,防腐 (antisepsis)：防止或抑制微生物生長繁殖的方法。 細菌一般不死亡。 無菌 (asepsis)：不含活菌的意思 ，多為滅菌的結(jié)果。 無菌操作(aseptic technique)：防止微生物進入人體或其他物品的操作技術。 清潔(cleaning)： 通過除去塵埃和一切污穢以減少微生物數(shù)量的過程。,無菌操作,二、 物理消毒滅菌法,（一）熱力滅菌法 高溫對細菌有明顯的致死作用：蛋白質(zhì)變性，核酸斷裂。 熱力滅菌

10、干熱滅菌（熱空氣滅菌） 濕熱滅菌（熱蒸汽滅菌） 在同一溫度下，后者比前者的效力大。 濕熱中菌體蛋白較易凝固。 濕熱的穿透力比干熱大。 濕熱的蒸汽有潛熱存在。,干熱的殺菌作用是通過脫水干燥和大分子變性。 焚燒：直接點燃或在焚燒爐內(nèi)焚燒。是一種徹底的滅菌方法。 適用于廢棄物品或動物尸體。 燒灼：直接用火焰滅菌。適用于接種環(huán)，試管口等的滅菌。 干烤：將物品置干烤箱內(nèi)，加熱至160-170 ，2h。 適用于高溫下不變質(zhì)、不損壞、不蒸發(fā)的物品。 紅外線：利用電磁波的熱效應滅菌。1 10m波長的熱效應 最強。適用于醫(yī)療器械的滅菌。,干熱滅菌方法,巴氏消毒法(pasteurization) ：用較低溫度殺滅

11、液體中的病原微生物或特定的微生物，而仍保持物品中不耐熱成分不被破壞的消毒方法。61.162.8oC ，30min; 71.7 oC , 1530s。用于牛乳制品、酒類等的消毒。 煮沸法: 100oC 水浴，10min。食具、刀剪等消毒。 流動蒸氣消毒法： 100oC 氣浴，30min。 間歇蒸氣滅菌法： 100oC 氣浴，30min/次。 高壓蒸氣滅菌法：121.3oC （103.4kPa)，1520min。培養(yǎng)基、生理鹽水、手術敷料等 。耐高溫、耐濕物品的滅菌。,濕熱滅菌方法,（二）輻射殺菌法 1.紫外線： 波長240-300nm的紫外線有殺菌作用，其中以265-266nm最強。 殺菌機制：

12、形成嘧啶二聚體,干擾DNA復制與轉(zhuǎn)錄。 作用特點：穿透力弱，表面消毒。 適用范圍：手術室、傳染病房、實驗室的空氣消毒,或不耐熱物品的表面消毒。,無菌室紫外線消毒,紫外線殺菌車,紫外燈,紫外線殺菌效果,2. 電離輻射: 高速電子、射線、射線等。 殺菌機制：產(chǎn)生游離基，破壞DNA。 應用范圍：一次性醫(yī)用塑料制品；食品。 3.微波（1-1000mm 電磁波）： 殺菌機制：主要熱效應殺菌(需要水分子的快速運動)。 應用范圍：食品、非金屬器械、餐具、藥具等,（三）濾過除菌法 用細菌濾器濾去液體或氣體中的細菌、真菌，達到無菌目的。 用于不耐高溫的血清、細胞培養(yǎng)液、抗生素等的除菌。,抽氣,過濾除菌裝置 正壓

13、抽濾裝置 負壓抽濾裝置 一次性微孔濾膜濾器 濾膜的孔徑0.8m、0.45m、0.22m和0.1m等幾種，除菌需要采用0.22m濾膜。,正壓濾器,負壓過濾裝置,一次性針式濾器,生物潔凈技術： 通過初、中、高三級高效分子空氣過濾器(high-efficiency particulate air HEPA filters)，除掉空氣中0.5-5m的塵埃微粒，并采用合理的氣流方式來達到空氣潔凈的目的。,（四）干燥與低溫抑菌法 干燥：使菌體內(nèi)的水分逸出，使細菌生命 活動停止。 低溫：使細菌的新陳代謝減慢，影響細菌 的生長。 冷凍真空干燥法：保存菌種。,在低溫狀態(tài)下真空抽去水份,冷凍真空干燥,三、化學消毒

14、滅菌法,（一）消毒劑的作用機制： 1.菌體蛋白變性或凝固： 酚類、醇類、重金屬鹽類、酸堿類、醛類等。 2.干擾細菌酶系統(tǒng)和代謝，破壞蛋白和核酸基團。如氧化劑、重金屬鹽類。 3.損傷細菌細胞膜，降低菌細胞的表面張力并加其通透 性，胞外液體內(nèi)滲，致使細胞破裂。 如酚類表面活性劑、脂溶劑等。如酚類表面活性劑、脂溶劑等。,（二）消毒劑的分類 1.高效消毒劑：殺滅所有種類的微生物。 2.中效消毒劑：殺滅除細菌芽孢以外的微生物，包括TB在內(nèi)的細菌繁殖體，有包膜病毒和部分真菌。 3.低效消毒劑：殺滅大多數(shù)細菌繁殖體和有包膜病毒，對真菌也有一定作用，但不能殺滅TB和親水性病毒。,四、消毒滅菌的運用,醫(yī)療器械物

15、品(快速周轉(zhuǎn)器械) 室內(nèi)空氣 手/皮膚 粘膜 病人排泄物與分泌物 病人污染物 飲水 環(huán)境,根據(jù)不同的目的選用不同的消毒滅菌方法,微生物的種類 微生物的生理狀態(tài) 微生物的數(shù)量 消毒劑的化學性質(zhì)、濃度作用、時間 環(huán)境溫度 酸堿度 有機物,五. 影響消毒滅菌效果的因素,D 值(Decimal reduction velue)： 在一定的條件下殺滅90%微生物所需要的時間。D值越大，作用越慢。,附錄 病原微生物實驗室生物安全,生物安全(biosafety),廣義概念：與生物有關的各種因素對社會、經(jīng)濟、人來健康及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的危害或潛在風險。 狹義概念：現(xiàn)代生物技術研究、開發(fā)、應用及轉(zhuǎn)基因生物可能對生物

16、多樣性、生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生的潛在危害。 病原微生物學實驗室生物安全的核心是保護操作人員、防止病原微生物防擴散至外環(huán)境。,一、病原微生物危害程度分類,類： 指能夠引起人類或者動物非常嚴重疾病的微生物，以及我國尚未發(fā)現(xiàn)或者已經(jīng)宣布消滅的微生物。 主要包括29種病毒，如克里米亞-剛果出血熱病毒、埃博拉病毒、馬爾堡病毒、猴痘病毒等。 目前尚無疫苗可預防。,類： 指能夠引起人類或者動物嚴重疾病，比較容易直接或者間接在人與人、動物與人、動物與動物間傳播的微生物。 主要包括51種病毒，朊粒，10種細菌，4種真菌。如漢坦病毒、HIV、高致病性禽流感病毒、炭疽芽胞桿菌、結(jié)核分枝桿菌、霍亂弧菌等。 部分已有疫

17、苗可用。 類和類病原微生物又被稱為高致病性病原微生物。,類： 指能夠引起人類或者動物疾病，但一般情況下對人、動物或者環(huán)境不構(gòu)成嚴重危害的微生物。 人類已經(jīng)有了可行的治療和預防措施。 類： 指在通常情況下不會引起人類或者動物疾病的微生物。,二 、病原微生物實驗室的分級,生物安全防護水平(biosafety level，BSL)： 代表了從事體外(in vitro)操作生物因子的實驗室的相應生物安全防護水平。 在BSL-1和BSL-2實驗室內(nèi)不得從事高致病性病原微生物實驗活動。 在BSL-3和BSL-4實驗室才能從事高致病性病原微生物的實驗活動。,BSL-1實驗室: 處理對象為對人類、動、植物危害

18、低，不具有對正常人、動植物致病的微生物。 無需特殊選址，普通建筑結(jié)構(gòu)即可，但要有防止節(jié)肢動物和嚙齒類動物進入的設計或裝置。實驗室的墻面、地面應可以清洗、消毒。室內(nèi)安裝有洗手池。 BSL-2實驗室: 處理對象為中等危害或潛在致病，對正常人、動植物不造成嚴重危害可有效防治。 條件與要求同BSL-1實驗室，但要求配備高壓滅菌設備，專用焚燒爐、應急噴淋設備。工作人員要求著專用工作服，戴乳膠手套操作。操作應在生物安全柜內(nèi)進行。,BSL-3實驗室：處理對象為對人、動、植物高度危險性， 通過氣溶膠傳播，造成嚴重疾病甚至死亡，有防治措施。 建筑物中的可隔離區(qū)域或獨立建筑物；污染區(qū)應設有安全門。實驗室的內(nèi)部表面

19、可清洗，消毒。門、窗均應采用氣密或水密設計。出口處要有明顯發(fā)光標志。 要有獨立的負壓保護通風系統(tǒng)。污染區(qū)內(nèi)氣壓與生物安全柜內(nèi)的氣壓也應保持穩(wěn)定的壓差，以防止柜內(nèi)空氣泄漏到污染區(qū)環(huán)境中。 污染區(qū)、半污染區(qū)內(nèi)不得安裝獨立的空調(diào)、電扇等。 污染區(qū)與半污染區(qū)出口處設自動供水的洗手設備。下水道通往獨立的消毒系統(tǒng)。 配備雙電路應急系統(tǒng)。,BSL-4實驗室：高度危險性或傳播途徑不明或未知致病因子。無有效防治措施。 遠離人口密集地區(qū)獨立建筑物，周圍有封閉的安全隔離帶。布局與BSL- 3實驗室基本相同，但排風裝置必須雙重過濾。氣流及壓力梯度的要求同BSL-3實驗室。 污染區(qū)和半污染區(qū)之間有化學消毒噴淋裝置。工作

20、完畢后用此裝置對正壓防護服表面進行消毒。 進入實驗室的工作人員穿著正壓防護服，其供氣裝置可保證工作服內(nèi)氣壓相對于外環(huán)境為持續(xù)正壓，并配有應急供氣罐和雙電源。 混合型BSL- 4實驗室屬于最高防護級別，即在前述條件基礎上，同時使用級生物安全柜和正壓防護服。,典型的一級生物安全水平實驗室（圖片由CUH2A，Princeton，NJ，USA 提供）,典型的二級生物安全水平實驗室（圖片由CUH2A，Princeton， NJ，USA 提供）。在生物安全柜中進行可能發(fā)生氣溶膠的操作程序。 門保持關閉并貼上適當?shù)奈ｋU標志。潛在被污染的廢棄物同普通廢棄物隔開。,典型的三級生物安全水平實驗室（圖片由CUH2A，Princeton，NJ，USA 提供）。 實驗室與公共通道分開并通過緩沖間或氣鎖室進入。處理廢棄物前，在實驗室內(nèi)先進行高壓滅菌以清除污染。應有非手控的水槽。形成向內(nèi)氣流而且涉及感染性材料的全部工作應在生物安全柜中進行。,個人生物安全防護裝備,防護服 ：材質(zhì)應致密但維持一定的透氣性。對于可能以液態(tài)濺射污染的危險物質(zhì)，還應加穿防水的圍裙或長罩服。 面部防護： 應采用安全護目鏡、防護面罩或其他防護裝置。 手套：最常用的是乳膠手套，應無破損，可覆蓋防護服的袖口，為實驗室專用，用后消毒再摘下，最后作安全處理。 呼