02 原核生物的形态、构造和功能(1)

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1 微生物学 第一章原核微生物的形态 构造和功能 1 1

2 研究形态构造的意义 入门的导向 研究的基础 ; 菌种分类鉴定的必要知识 ; 及时检测杂菌的有力依据 ; 提高菌种定向筛选的效率 ; 拓宽思路 求实创新的基础 结构与功能相适应 --- 生物学的基本观点 2 2

3 微生物类别 非细胞型 (Acellular organisms), 如病毒 微生物 原核 ( 微 ) 生物 (Prokaryotes) 细胞型 真核微生物 (Eucaryotic microorganisms) 微生物不是一个分类意义的名词 通过三章的课堂教学, 了解各种微生物, 包括细菌 古生菌和真核微生物 病毒的基本结构特点 ( 个体 / 群体 ) 和生活特性, 对细胞型 / 非细胞型微生 物的多样性形成概念 3

4 生物类群 原核 ( 微 ) 生物特点 : 细胞核无核膜包裹, 只存在核区 (nuclear region) 原核生物 Procaryotes:1969 年美国生物学家魏泰克将各类原核生物归在一起成立原核生物界, 五界学说提出 ( 详见第十章 ) 原核生物界这一概念被放弃 1977 年美国沃斯根据 16sRNA 和 18sRNA, 提出三域学说 4

5 Tree of Life (Domain System) Prokaryotes ( 原核生物 ) Eukaryotes( 真核生物 ) 细菌域古生菌域真核生物域 Bacteria Archaea Eukarya 三域学说 Macroorganisms 5

6 古生菌的主要类群 盐杆菌 盐球菌古生球菌 Euryarchaeota 广古生菌 嗜盐甲烷菌 甲烷八叠球菌 甲烷螺菌 热原体 甲烷杆菌 甲烷栖热菌 甲烷嗜热菌 甲烷球菌 热网菌 Crenarchaeota 热球菌 热变型菌 泉古生菌 硫化叶菌 硫还原球菌 古古生菌 Korarchaeota 6

7 古生菌的形态 7

8 真细菌的代表 原核微生物 古生菌 (Archaea) 真细菌 (Eubacteria) 包括 : 普通细菌 ( 狭义的细菌 ) 放线菌 蓝细菌 支原体 立克次氏体和衣原体 ( 三体 ) 8

9 衣原体门 蓝细菌门 革兰氏阳性菌 放线菌门 (Actinobacteria) 支原体目 (Mycoplasma) 朊细菌 / 变形杆菌门 教材 10-10: 建立在 16sRNA 序列基础上的细菌进化谱系树 立克次氏体目 (Rickettsia) 9

10 重点掌握内容 : 各种细菌的基本特性, 特点 : 壁 膜 质 内容物各种细胞的结构与功能 : 存在的合理性 区分微生物研究范围 类别, 比如放线菌与细菌 霉菌的区别 10

11 第一节 细菌 一 细菌个体的形态 结构及其功能 ( 一 ) 形态和染色 ( 二 ) 构造 1 细菌细胞的一般构造 (1) 细胞壁 (2) 细胞膜 (3) 细胞质和内容物 (4) 核区 2 细菌细胞的特殊结构二 细菌的群体形态 11 11

12 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 细菌存在于 适宜生长的环境条件 : 温度, 湿度,pH, 营养 How to find and detect? 1. 培养 2. 可观察的形态群体 ( 菌落, 菌苔 ) 个体 ( 显微镜 ) 12

13 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 ( 一 ) 形态和染色 基本形态 (多见) 球状菌 (coccus) 杆状菌 (rod) 螺旋状 (spirillum) 自然界中 : 杆菌 > 球菌 > 螺菌 > 其他菌 ( 到现在培养的菌 ) 13

14 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 1 球状菌细胞个体呈球形或椭圆形, 不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式, 常被作为分类依据 依分裂面及分裂后相连否分 : 单球菌 双 四 八 链 葡萄球菌 14

15 15

16 金黄色葡萄球菌 16

17 肺炎链球菌 17

18 淋病奈瑟氏双球菌 18

19 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 2 杆状菌 (bacillus) 细胞呈杆状或圆柱形, 一般其粗细 ( 直径 ) 比较稳定, 而长度则常因培养时间 培养条件不同而有较大变化 杆状细菌的排列方式常因生长阶段和培养条件而发生 变化, 一般不作为分类依据 依细胞外形为主分 短杆 棒杆 梭杆 分枝 伏螺杆 竹节 链状 栅状 八字状 丝状 19

20 20

21 枯草芽胞杆菌 地衣芽胞杆菌 产生抗活性物质, 并具有独特的生物夺氧作用机制, 能抑制致病菌的生长繁殖 21

22 铜绿假单胞菌 ( 绿脓杆菌 ) 药物敏感性试验 铜绿假单胞菌 金黄色葡萄球菌 22

23 结核分枝杆菌 23

24 炭疽病的病原菌 炭疽芽胞杆菌 24

25 梭菌 肉毒梭菌 Clostridium botulinum 破伤风梭菌 Clostridium tetani 25

26 破伤风梭菌 26

27 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 3 螺旋菌弧菌 (vibrio) < 1 环 (spirilla) 菌体只有一个弯曲, 其程度不足一圈, 形似 C 字或逗号, 鞭毛偏端生 螺旋菌 (spirillum) 2~ 6 环 菌体回转如螺旋, 螺旋数目和螺距大小因种而异 鞭毛二端生 细胞壁坚韧, 菌体较硬 螺旋体菌 (spirochaeta) > 6 环 菌体柔软, 用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内 27 27

28 弧菌 霍乱弧菌 ( 寄生性弧菌 蛭弧菌 ) 28

29 螺旋菌 : 29

30 梅毒密螺旋体 菌体柔软, 用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内 30

31 4. 特殊形态的细菌 1) 柄杆菌 (prosthecate bacteria) 2) 星形细菌 (star-shaped bacteria ) 3) 方形细菌 (square-shaped bacteria) 4) 异常形态 31

32 4. 特殊形态的细菌 1) 柄杆菌 (prosthecate bacteria) 细胞上有柄 (stalk) 菌丝 (hyphae) 附器 (appendages) 等细胞质伸出物, 细胞呈杆状或梭状, 并有特征性的细柄 一般生活在淡水中固形物的表面, 其异常形态使得菌体能有效地吸附在颗粒表面, 吸收有限的营养物 ; 32

33 4. 特殊形态的细菌 2) 星形细菌 3) 方形细菌 Haloarcula 盐盒菌属 Genus Stella 星状菌属 33

34 4) 异常形态出现的原因 环境条件的变化 : 物理 化学因子的刺激 培养时间过长 细胞衰老 营养缺乏 阻碍细胞正常发育 自身代谢产物积累过多 正常形态 异常形态 环境条件恢复正常 34 34

35 结核杆菌的正常形态 结核杆菌的异常形态 35

36 不同形态细菌的比较 36

37 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 细菌的大小 (the size of bacteria) 测量 : 显微测微尺表示 : 直径 长单位 :μm 0.5 ~ 1 µm ( 直径 ) 0.2 ~ 1 µm( 直径 ) 1 ~ 80µm( 长度 ) 0.3 ~ 1 µm( 直径 ) 1 ~ 50 µm( 长度 ) 37 37

38 1 µm 1 µm 1 µm 球菌 6 µm 5 µm 细菌大小测量与质量 弧菌 杆菌 细菌的质量 ~10-9 g/ 细胞 20 µm 1.5 µm 螺旋菌 38

39 细菌细胞的大小 菌名直径或宽 长 /(µm µm ) 乳链球菌 0.5 ~ 1 金黄色葡萄球菌 0.8 ~ 1 大肠杆菌 0.5 (1 ~ 3) 枯草芽孢杆菌 (0.8 ~ 1.2) ( 1.2 ~ 3) 霍乱弧菌 (0.3 ~ 0.6) (1 ~ 3) 39

40 较大细菌 费氏刺尾鱼菌 1985 年费氏刺尾鱼菌 (Epulopiscium fishelsoni) (80µm 200~600µm) 草履虫 体积比大肠杆菌大 100 万倍 (1985 年发现 ) 40

41 最大细菌 纳米比亚嗜硫珠菌 Thiomargarita namibiensis 细胞直径 0.3~1 mm ( 迄今发现最大的细菌!) 德国 Schulz 等 1997 年在非洲西部大陆架土壤中 发现的, 以海底散发的 H 2 S 为生 41

42 Science, Vol 284, Issue 5413, 其体积比E. fishelsoni还大100倍 该菌细胞内约98 的空间都被 一个胞液内富含硝酸盐的液泡所占据 液泡中的硝酸盐则被用 作硫氧化的电子受体 以产生能量 而厚度在 mm 充满硫粒的细胞质层则环绕在液泡的周围42

43 最小的细菌? 1998 年, 芬兰科学家 E O Kajander 等发现了一种能引起尿结石的纳米细菌 (nanobacteria), 其细胞直径最小仅为 50 nm(1 µm=1000 nm), 甚至比最大的病毒更小一些 这种细菌分裂缓慢, 三天才分裂一次, 是目前所知 最小的具有细胞壁的细菌 43

44 44

45 45

46 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 形态与大小小结 : 细菌细胞形态简单 : 多数为球状 杆状 螺旋状 ; 大小的单位微米, 球菌直径 1.0 µm 杆菌 :0.5~1.0x 1.0~3.0 µm 最大细菌 0.32~1.0 mm 细胞排列方式多样 : 球菌的, 分类的依据 46 46

47 ( 一 ) 细菌个体的形态和染色 细菌细胞需要染色后才能在显微镜下观察! 正染色死菌 简单染色法 鉴别染色法 革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法姬姆萨染色法 细菌染色法 负染色 : 荚膜染色法等 活菌 用美蓝 ( 亚甲蓝 ) 或 TTC( 氯化三苯基四氮唑 ) 等 作活菌染色 47

48 微生物命名 ( 拉丁文 ) 属名可用缩写, 但种名不能缩写 属名可以单独用, 但种名必须与属名一起用 属名和种名必须要用斜体, 当手写时需用下划线 Escherichia coli K12 属名种名菌株名 例 : Escherichia coli, E. coli, Escherichia sp. K12, Escherichia sp.,escherichia spp., and the genus Escherichia 文章中首次用学名时需要用全称, 第二次开始属名可以用缩写 ( 但必须与种名一起用 ) 如果用缩写后可能与其它属引起混淆, 就不能用缩写 48

49 Escherichia coli 大肠 ( 埃希氏 ) 杆菌 Bacillus anthracis 炭疽杆菌 rod-shaped (bacilli; bacillus; 杆菌 ) 49

50 Pseudomonas aeruginosa 绿脓杆菌 ( 铜绿假单胞菌 ) 俗名 学名 50

51 Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌 Enterococcus faecium 粪肠球菌 spherical (coci; coccus; 球菌 ) 51

52 Vibrio cholerae 霍乱弧菌 52

53 Borrelia burgdorferi 布氏疏螺旋体 Treponema pallidum 苍白密螺旋体 ( 梅毒密螺旋体 ) 53

54 第一节 细菌 一 细菌的形态 结构及其功能第一节 ( 一 ) 形态和染色 ( 二 ) 构造 1 细胞的一般构造 (1) 细胞壁 1)G+ 细菌的细胞壁 2)G- 细菌的细胞壁 3) 革兰氏染色 4) 特殊细菌的细胞壁 5) 缺壁细菌 细菌 54 54

55 细菌细胞的结构 一般构造 : 一般细菌都有的构造 特殊构造 : 部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造 55

56 (1) 细胞壁 ( 二 ) 细胞的结构 A 概念 : 细胞壁 (cell wall) 位于细胞最外? 的一层厚实 坚韧的外被 )--( 位于细胞表面, 内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧, 略具弹性的细胞结构 ) 细胞壁 56 56

57 (1) 细胞壁 B 研究 证实细胞壁的方法 : u 细菌超薄切片的电镜直接观察 ; x 制备原生质体, 观察细胞形态的变化 ; 57

58 (1) 细胞壁 v 适当的染色 质壁分离, 可以在光学显微镜下看到细胞壁 ; w 制备原生质体后, 可以证明细胞壁存在 ;

59 (1) 细胞壁 4 机械法破裂细胞后, 分离得到纯的细胞壁 ;

60 (1) 细胞壁 C 细胞壁的功能 : u 固定细胞外形和提高机械强度 ; 有报道说大肠杆菌的膨压 (turgor) 可达 2 个大气压 ( 相当于汽车内胎的 压力 ) 60

61 (1) 细胞壁 C 细胞壁的功能 : v 为细胞的生长 分裂和鞭毛运动所必需 ; w 渗透屏障, 阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质 ( 分子量大于 800) 进入细胞, 保护细胞免受消化酶和链霉素等有害物质的损伤 ; x 细菌特定的抗原性 致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础 ; 61

62 (1) 细胞壁 D 细胞壁的化学组成与结构 : l 多数细菌基本成分是肽聚糖 (Peptidoglycan) l 但是 G- G+ 和古生菌中还有自己的特点 62 62

63 G + 和 G - 细胞壁结构比较 ( 立体模型 ) 肽聚糖 胞壁酸 脂磷壁酸 外膜 多糖 孔蛋白蛋白质 脂质 肽聚糖 周质空间 细胞膜 膜蛋白 膜蛋白 G + G - 63

64 1)G + 细菌的细胞壁 特点 : 肽聚糖层厚度大 (20~80nm) 细胞壁化学组分简单, 一般只含 90% 肽聚糖和 10% 磷壁酸 64

65 1)G + 细菌的细胞壁 1 肽聚糖 (peptidoglycan) 脂磷壁酸胞壁酸肽聚糖 又称粘肽 (mucopeptide) 胞壁质 (murein) 或粘质复合物 (mucocomplex), 是细菌细胞壁中的特有成分 2 磷壁酸 (teichoic acid) 结合在 G+ 细菌细胞壁上的一种酸性多糖 细胞膜 G

66 1)G + 细菌的细胞壁 1 肽聚糖 : 厚 20~80 nm, 由几层至 25 层左右的网格状分子织成的网套覆盖在整个细胞上 肽聚糖 肽 聚糖 四肽尾肽桥 N - 乙酰葡糖胺 (G) N - 乙酰胞壁酸 (M) 66 66

67 原核生物所特有的己糖 双糖单位 四肽尾 肽桥 肽聚糖单体组成 革兰氏阳性细菌肽聚糖的立体结构 ( 片段 ) 67 67

68 双糖单位中的 β-1,4- 糖苷键很容易被溶菌酶 (lysozyme) 所水解, 从而引起细菌因肽聚糖细胞壁的 散架 而死亡 肽桥起着连接前后两个四肽尾分子的 桥梁 作用 p144( 第五章新陈代谢 ) 青霉素 L 型与 D 型交替方式连接而成 四肽 尾由 四个氨基酸分子按 68

69 肽桥 ( 肽间桥 ) 目前所知的肽聚糖已超过 100 种, 在这一 肽聚糖的多样性 中, 主要的变化发 生在肽桥上 在金黄色葡萄球菌中, 肽桥为甘氨酸五肽 69

70 G + 肽聚糖网格状结构 70

71 2 磷壁酸 (teichoic acid) p18 磷壁酸是 G + 细菌细胞壁上特有的化学成分, 主要分为甘油磷酸或核糖醇磷酸 a, 核糖醇磷酸 b, 甘油磷酸 71 71

72 磷壁酸种类 膜磷壁酸 / 脂 磷壁酸 壁磷壁酸 由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合后形成 其含量与培养条件关系不大 与肽聚糖分子间进行共价结合, 含量随培养基成分而改变, 一般占细胞壁质 量的 10%, 有时接近 50% 72

73 磷壁酸的主要生理功能 1. 通过负电荷浓缩 Mg 2+, 提高细胞膜上合成酶活性 ; 2. 贮藏磷元素 ; 3. 调节细胞内自溶素 (autolysin) 的活力, 防止自溶 ; 自溶素是细菌自身产生的可降解细菌细胞壁的蛋白水解酶. 磷壁酸对自溶素有 调节功能, 阻止胞壁过度降解和壁溶 4. 噬菌体的特异性吸附受体 ; 5. G+ 细菌特异表面抗原的物质基础 ; 金葡菌的细胞壁有大量磷壁酸构成该菌的表面抗原, 通 过共价键与肽聚糖层的胞壁酸相连. 可作为细菌分类 鉴定的依据 6. 增强某些致病菌 ( 如 A 族链球菌 ) 对宿主细胞的粘连, 避免被白细胞吞 噬以及抗补体的作用 73

74 G+ 菌形成脚手架一样的坚固的细胞壁 74

75 2 G- 细菌细胞壁 ②外膜 ③外膜蛋白 ④周质空间 ①肽聚糖 75

76 2) G- 细菌的细胞壁 1 肽聚糖 1 肽聚糖 : 埋藏在外膜层之内, 是仅由 1~2 层肽聚糖网状分子组成的薄层 (2~3nm), 含量约占细胞壁总重的 5%~10%, 故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱 肽桥 : 没有特殊的肽桥, 只形成较为疏稀 机械强度较差的肽聚糖网套 肽尾 : 内消旋二氨基庚二酸 (m-dap) ( 只在原核微生物细胞壁上发现 ) 76

77 2 G- 细菌的细胞壁 ②外膜 (outer membrane) 脂多糖 位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层 由脂多糖 磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜 有 时也称为外壁 外膜 磷 脂 脂蛋白 77

78 2 G- 细菌的细胞壁 ②外膜 (outer membrane) 脂多糖 lipopolysaccharide, LPS 位于G- 细菌细胞壁最外层的一层较厚 8~10nm 的类脂多糖类物质 由3 部分组成 类脂A lipida 核心多糖(core polysaccharide) O-特异侧链 O-specific side chain 或称O-多糖或O-抗原 78

79 2)G- 细菌的细胞壁 2 外膜 (outer membrane) 脂多糖的主要功能 O- 特异侧链具有抗原性, 结构多变, 决定了 G- 细菌细胞表面抗原决定簇的多样性 ; 根据 LPS 抗原性的测定, 沙门氏菌属 (Salmonella) 的抗原型多达 2107 种 O- 特异侧链种类的变化 1) 躲避宿主免疫系统攻击, 保持感染成功 2) 用灵敏的血清学方法对病原菌进行鉴定, 在传染病的诊断中有其重要意义 79 79

80 2)G- 细菌的细胞壁 2 外膜 (outer membrane) 脂多糖的主要功能 核心多糖含有带电荷的糖和磷酸, LPS 负电荷较强, 与磷壁酸相似, 也有吸附 Mg2+ Ca2+ 等阳离子以提高其在细胞表面浓度的作用, 对细胞膜结构起稳定作用 80 80

81 2)G- 细菌的细胞壁 2 外膜 (outer membrane) 脂多糖的主要功能 类脂 A 是革兰氏阴性细菌致病物质 内毒素的物质基础 ; 81 81

82 2)G- 细菌的细胞壁 2 外膜 (outer membrane) 脂多糖的主要功能 许多噬菌体在细胞表面的吸附受体 ; 具有控制某些物质进出细胞的部分选择性屏障功能 ; 可透过水 气体和若干种较小的分子 ( 嘌呤 嘧啶 双糖 肽类和氨基酸等 ), 但能阻拦溶菌酶 抗生素 ( 青霉素等 ) 去污剂和某些染料等较大分子进入细胞膜 G- 细菌因含有 LPS 外膜, 故比 G+ 细菌更能抵抗毒物和抗生素对其毒害, 例 如, 利福平虽可抑制 G+ 细菌和 G- 细菌的 RNA 聚合酶, 但 G+ 细菌因无 LPS, 故对利福平的敏感性比 G- 细菌高 1000 倍 要维持 LPS 结构的稳定性, 必须有足够的 Ca2+ 存在 如果用 EDTA 等螯合剂去除 Ca2+ 和降低离子键强度, 就会使 LPS 解体 这时, 其内壁层的肽聚糖分子就会暴露出来, 因而易被溶菌酶所水解 82 82

83 2)G- 细菌的细胞壁 3 外膜蛋白 (outer membrane protein) 嵌合在 LPS 和磷脂层外膜上的蛋白 有 20 余种, 但多数功能尚不清楚 83

84 2)G- 细菌的细胞壁 3 外膜蛋白 (outer membrane protein) 孔蛋白 (porins) 是由三个相同分子量 (36000) 蛋白亚基组成的一种三聚体跨膜蛋白, 中间有一直径约 1nm 的孔道, 通过孔的开 闭, 可对进入外膜层的物质进行选择 非特异性孔蛋白 可通过分子量小于 800~900 的任何亲水性分子 特异性孔蛋白 只容许一种或少数几种相关物质通过, 如维生素 B 12 和核苷酸等 84

85 2)G- 细菌的细胞壁 3 外膜蛋白 (outer membrane protein) 脂蛋白 (lipoprotein) 是一种通过共价键使外膜层牢固地连接在肽聚糖内壁层上的蛋白, 分子量约为 7200 除脂蛋白和孔蛋白外, 还有一些外膜蛋白与噬菌体的吸附或细菌素的作用有关 85

86 2)G- 细菌的细胞壁 1 细胞壁 4 周质空间 (periplasmic space, periplasm) 在周质空间中, 存在着多种周质蛋白 (periplasmic proteins) 水解酶类 ( 消化 ) 合成酶类 ; 结合蛋白 ( 运输 ) 受体蛋白 ( 趋化 ); 86

87 2)G- 细菌的细胞壁 1 细胞壁 4 周质空间 (periplasmic space, periplasm) 一般认为革兰氏阳性细菌是无周质空间的, 故一些水解酶就无法保留而只能释放到外环境中 G+ 多产胞外酶 87

88 小结 :G+ 与 G- 细菌的细胞壁 肽聚糖仅在细菌中发现 肽聚糖有利于防止由于膨压引起的细胞溶解 88 88

89 革兰氏阳性和阴性细菌的比较 项目革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌 细胞壁 厚度厚 (20~80nm) 薄 (8~11nm) 层次 1 2 肽聚糖层厚度厚薄 磷壁酸 有 无 外膜 (LPS) 无 有 孔蛋白 无 有 脂蛋白 无 有 周质空间 无或窄 有 溶质通透性 强 弱 肽聚糖 四肽尾中 Lys 有无 四肽尾中 m-dap 无有 Gly 五肽等肽桥有无 细胞细胞硬度硬实柔软 产芽胞有的产不产 鞭毛基体有 2 个环有 4 个环 对理化因子抗性 机械力抗性强抗性弱 青霉素 磺胺敏感较抗 链霉素 氯霉素 四环素较抗敏感 阴离子去污剂敏感较抗 碱性染料敏感较抗 溶菌酶处理后形成原生质体形成球状体 其他产毒素以外毒素为主以内毒素为主 89 89

90 第一节 细菌 一 细菌的形态 结构及其功能 ( 一 ) 形态和染色 ( 二 ) 构造 1 细胞的一般构造 (1) 细胞壁 1)G+ 细菌的细胞壁 2)G- 细菌的细胞壁 3) 革兰氏染色 4) 特殊细菌的细胞壁 5) 缺壁细菌 90 90

91 3) 革兰氏染色法的机制 革兰氏染色法是细菌细胞的复合染色法, 是由丹麦医生 Hans Christian Gram 于 1884 年创立的一种鉴别不同类型细菌的染色方法 91

92 A. 革兰氏染色步骤 1. 制片 1. 培养物常规涂片 干燥和固定 ; 2. 初染 2. 结晶紫对菌液涂片进行初染 ; 3. 媒染 3. 用碘溶液进行媒染, 染料和细胞 间结合得更牢 ; 4. 脱色 4. 用乙醇或丙酮进行冲洗脱色 ; 5. 复染 5. 用碱性染料番红进行复染 92 92

93 B 革兰氏染色的基本原理 93 93

94 C. 革兰氏染色结果及细菌分类 单菌染色结果 (G + 或 G - ) 混合菌染色结果 (G+ 和 G-) 94 94

95 革兰氏染色与细胞壁的关系 : 革兰氏阳性菌 : 肽聚糖层次多 厚交联度大, 网格结构, 留住碘与结晶紫复合物 不含类脂和脂蛋白 不受脱色剂影响 革兰氏染色阳性 95 95

96 革兰氏染色与细胞壁的关系 : 革兰氏阴性菌 : 肽聚糖层次少 薄交联度小, 网格疏松, 难以阻挡染料复合物 类脂 脂蛋白组成外膜 被脱色剂溶解 革兰氏染色阴性 96 96

97 革兰氏阳性菌 : 细胞壁结构的普适性? 革兰氏阴性菌 : 97 97

98 4) 特殊细菌的细胞壁 : 抗酸性细菌 : 某些 G + 的分枝杆菌和诺卡氏菌 细胞壁含有大量分枝菌酸 (Mycolic acid)-- 长链脂肪酸 Ø 与侵袭力有关 ; Ø 简单染色很难使其着色 98 98

99 在抗酸细菌的细胞壁中含有约60%类脂 包括分枝菌酸和索状因子等 肽聚糖含量则很少 故它们虽从染色反应上属于革兰氏阳性细菌 但从其类 脂外壁层 相当于革兰氏阴性菌的LPS外膜 和肽聚糖内壁层的结构来看 又 与革兰氏阴性菌的细胞壁相似 99 99

100 抗酸性染色 分枝菌酸与酸性复红染料结合后, 就难被酸性脱色剂脱色, 故名抗酸染色 细菌细胞需要染色后才能在显微镜下观察! 正染色死菌 简单染色法 鉴别染色法 革兰氏染色法抗酸性染色法芽孢染色法姬姆萨染色法 细菌染色法 负染色 : 荚膜染色法等 活菌 用美蓝 ( 亚甲蓝 ) 或 TTC( 氯化三苯基四氮唑 ) 等 作活菌染色

101 抗酸性染色 : 1) 细胞与石碳酸复红和苯酚的混合液一起加热 ; 2) 盐酸乙醇脱色 ( 也不脱色 ); 3) 碱性美蓝复染 ( 仍为红色 ); 抗酸性染色阳性菌 : 抗酸性染色阴性菌 : 红色 蓝色 被称为抗酸性细菌 用抗酸性染色检测宿主体内麻风及结核分枝杆菌病原体

102 和荧光技术相结合的抗酸性染色用于检测病人痰中存在的结核分枝杆菌

103 为什么要用鉴别染色?: Limitation of Light Microscopy Very small cells Live and dead cells Same looks do not mean that they are same genetically. ( 形态和遗传多样性 ) 103

104 荧光显微镜技术 Fluorescent Staining using DAPI Total number of cells in nature DAPI 4,6-diamino-2-phenylindole (4,6- 二脒基 -2- 苯基吲哚 ) Bright blue Binds to nucleic acid 与细胞核 DNA 结合 Detects dead or live cells: 因为 DAPI 可以透过完整的细胞膜, 它可以用于活细胞和固定细胞的染色 104

105 Fluorescent antibodies 荧光抗体 Specific to a taxon (e.g. Sulfolobus, 硫叶菌属 ) Live or dead Sulfolobus acidocaldarius 嗜酸热硫化叶菌, 嗜热古菌 105

106 Genetic stains FISH : Fluorescent in situ hybridization Phylogenetic staining 系统发育染色 Fluorescently labeled oligonucleotide probes complementary to 16S or 18S rrna Specific to various taxonomic ranks Detected by fluorescence microscopy or confocal laser microscopy Specific to insectassociated bacterium 普通变形杆菌与昆虫源细菌 106

107 * * * * Fluorescent in site hybridization Fluorescent in situ hybridisation (FISH) using DNA probes Probe (- 20 bases) 16S rrna DNA * * Fluorescein TAGCTGGCAG T C GUAUCGACC GUC AUA 16S gene * * * * * * * * 16S gene * * * Cell membrane FISH 应用 : 确定被染色的细胞或细胞器的形态和分布 ; DNA 区域或 RNA 分子在染色体或其他细胞器中的定位 107

108 各种环境中未培养古菌 FISH 检测 FISH A, 古生菌 - 红色, 硫还原细菌 - 绿色 ( 地质沉积物中 ) C, 古生菌 - 绿色, 细菌 - 红色 ( 染色细胞核 ) B,Thiotrix- 红色, 淡水古生菌 - 绿色 ( 地质沉积物中 ) D, 古生菌 - 红色, 细菌 - 绿色 ( 土豆根部 ) 108

109 透射与扫描电子显微镜 电子显微镜技术 透射电子显微镜 : 切面结构 (transmission electron microscope, TEM) 样品制备 : 负染技术 - 磷钨酸钠 ( 钾 ) 扫描电子显微镜 : 表面结构 (scanning electron microscope, SEM) 样品制备 : 样品干燥和镀金 109

110 透射电子显微镜 110

111 透射电子显微镜 TEM image of Azonexus caeni 一种固氮菌 111

112 透射与扫描电子显微镜 A B C D SEM (A) and TEM (B,C, D) of ANAMMOX reactor sludge. 厌氧氨氧化反应器的污泥 112

113 5) 缺壁细菌 (cell wall deficient bacteria) 缺壁细菌 实验室或宿主体内形成 缺壁突变 L 型细菌基本去尽 原生质体 (G + ) 人工去壁部分去除 球状体 (G - ) 在自然界长期进化中形成 支原体

114 5) 缺壁细菌 1 L 型细菌 (L-form of bacteria) 英国李斯特 (Lister) 预防研究所首先于 1935 年发现 专指在某些环境条件下 ( 实验室或宿主体内 ) 通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型 特点 : 没有完整而坚韧的细胞壁, 细胞呈多形态 ; 有些能通过细菌滤器, 故又称 滤过型细菌 ; 对渗透压敏感, 在固体培养基上形成 油煎蛋 似的小菌落 ( 直径 ~0.1 mm)

115 5) 缺壁细菌 2 原生质体 (protoplast) 在人为条件下, 用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养, 抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的 圆球形 对渗透压变化敏感的细胞, 一般由 G + 细菌形成 115

116 5) 缺壁细菌 原生质体特点 对环境条件变化敏感, 易引起其破裂 ; 有鞭毛, 但不能运动, 也不被噬菌体感染 ; 在适宜条件可再生形成菌落 ; 更易导入外源遗传物质, 是研究遗传规律和 进行原生质体育种的良好实验材料 116

117 5) 缺壁细菌 3 球状体 (sphaeroplast), 又称原生质球 处理 G - 获得的残留部分细胞壁 ( 外壁层 ) 的球状体 与原生质体相比, 它对外界环境具有一定的抗性, 可在普通培养基上生长 117

118 5) 缺壁细菌 4 支原体 (Mycoplasma) 在长期进化过程中形成 的 适应自然生活条件的无 细胞壁的原核生物 118

119 需要掌握的知识点 细胞壁化学组成与结构 G- G+ 细菌细胞壁的区别? 生物学意义 革兰氏染色法及其机理 青霉素 溶菌酶的作用机理

第一章 图 1 1 传染病的特征 9 T h1 T h2 细胞调节机制简图 正调节 负调节 细胞因子与细菌的相互作用机制目前尚未完全明了 有实验表明 细胞因子与细菌之间 存在有互利和互抑双重效应 例如 T N Fα 和 IFNγ 可抑制放线菌的生长而 IL 6 的作用则 反之 IL 1 2 和 GM CSF 可促进某些致病性大肠杆菌生长而 IL 1ra 可抑制之 研究表 明 某些致病性大肠杆菌有与

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