微生物学课件

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凤靴邱
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排除病原体及其毒性产物通常认为病原体宿主和环境是决定传染结局的三个因素生物体能够辨认自我与非自我,

1 第十三章感染与免疫病原微生物或病原体感染又称传染, 是机体与病原体在定条件下相互作用而引起的病理过程, 一方面, 病原体人侵机体, 损害宿主的细胞和组织 ; 另一方面, 机体运用种种免疫防御功能, 力图杀灭中和排除病原体及其毒性产物通常认为病原体宿主和环境是决定传染结局的三个因素生物体能够辨认自我与非自我, 对非我做出反应以保持自身稳定的功能. 称为免疫免疫是生物在长期进化过程中逐渐发展起来的防御感染和维护机体完整的重要手段

2 第一节感染的概念一感染的途径与方式 1 感染的途径 (1) 呼吸道感染 (2) 消化道感染 (3) 创伤感染 (4) 接触感染 (5) 垂直感染

3 2 感染的部位和方式病原菌不能穿过完整的皮肤, 而是通过皮肤的自然开口, 创伤裂口外科开口, 静脉注射等进入人体病原体侵人人体后寄生和造成病变的方式不同, 分为两大类 : 类是细胞外感染, 绝大多数细菌和寄生虫的感染属于此类 ; 另一类是细胞内感染. 又可分为两类 : 某些细菌真菌弓形体被吞噬细胞吞噬后不被杀死, 反而在细胞内增殖. 称为兼性细胞内感染 ; 所有的病毒立克次氏体衣原体及少数细菌和原虫只能在靶细胞内增殖, 它们必须存在于细胞内才能引起感染, 称为专性细胞内感染许多病原体对它们所感染的组织或器官具高度选择性如肝炎病毒只侵袭肝细胞. 而肺炎球菌侵袭呼吸道粘膜般而言, 机体对胞外感染的防御策略大多是防止扩散或再感染 ; 而对胞内感染来说重要的是摧毁感染源

4 二微生物的致病性病原菌致病力的强弱称为毒力, 其侵袭力和毒素是构成毒力的基础 (1) 侵袭力在寄主细胞内定居繁殖扩散的能力如菌毛 (2) 毒素按其来源性质和作用的不同, 细菌毒素可分为外毒素和内毒素细菌在生长过程中合成并分泌到胞外的毒素称外毒素, 如破伤风痉孪毒素破伤风溶血毒素, 中枢神经系统不可逆结合白喉毒素, 在呼吸道鼻咽部粘膜增殖, 致病力极强等 ; 肉毒毒素 :1mg 纯品可杀死 2 亿小鼠霍乱弧菌 : 肠毒素

5 内毒素即 G - 菌细胞壁脂多糖 (LPS ), 于菌体裂解时释放, 作用于白细胞血小板补体系统凝血系统等多种细胞和体液系统. 引起发热白细胞增多血压下降及微循环障碍, 有多方面复杂作用, 但相对毒性较弱各种 G - 的内毒素其作用相似, 没有器官特异性

6 类毒素用 0.3~0.4% 甲醛溶液对外毒素进行脱毒处理, 可获得失去毒性但仍保留其免疫原性的生物制品将其注射机体后, 可使机体产生相对应外毒素的免疫性抗体常用类毒素如 : 白喉类毒素破伤风类毒素肉毒类毒素

7 第二节寄主的非特异性免疫非特异性免疫 (non-specific immunity) 机体的一般生理防卫功能, 又称天然免疫 (innate immunity); 它是在种系发育过程中形成的, 由先天遗传而来, 是防卫任何外界异物对机体的侵入而不需要特殊的刺激或诱导主要包括生理屏障细胞因素和体液因素生理屏障 : 皮肤粘膜及其附属物共生菌群体液因素 : 溶菌酶补体干扰素细胞因素 : 吞噬细胞自然杀伤细胞其他免疫的综合作用等

8 一生理屏障 1 表面屏障皮肤汗腺分泌物中的乳酸和皮肤腺分泌物中的长链不饱和脂肪酸均有一定的杀菌抑菌作用 2 局部屏障乳脑毛细血管壁及其外的星形细胞组成的血脑屏障, 阻挡血中的物质进入 3 共生菌群

9 二体液免疫正常体液和组织中含有多种抗菌物质, 如补体溶菌酶乙型溶素干扰素吞噬细胞杀菌素组蛋白白细胞素等, 它们一般不能直接杀灭病原体, 1 补体系统补体 : 是指存在于正常人体或高等动物血清中的一组非特异性血清蛋白在免疫反应中具有扩大和增强抗体的辅助功能通常以无活性形式存在于血清和体液中当在一定条件下促发补体系统的一系列酶促级联反应, 称补体激活

10 2 干扰素高等动物细胞在病毒或 dsrna 等多种诱生剂刺激下, 所产生的一种具有高活性广谱抗病毒等功能的糖蛋白干扰素的功能除能抑制病毒在细胞内的增殖外, 还具有免疫调节作用和对癌细胞的杀伤作用, 因此用于病毒病和癌症的治疗除了各种病毒灭活病毒和病毒 RNA 等能诱导细胞产生干扰素外, 还有许多物质具有同样功能, 它们都可称作干扰素诱生剂包括人工合成的 dsrna, 可在细胞内繁殖的微生物微生物产物多聚化合物等干扰素作用于宿主细胞, 使之合成抗病毒蛋白控制病毒蛋白质合成. 影响病毒的组装释放, 具有广谱抗病毒功能 ; 同时, 还有多方面的免疫调节作用 1 型干扰素以抗病毒活性为主, 而 II 型干扰索的抗病毒活性较 I 型为弱, 但免疫调节作用更强.

11 3 溶菌酶溶菌酶是不耐热的碱性蛋白, 主要来源于吞噬细胞并可分泌到血清及各种分泌液中, 能水解革兰氏阳性菌胞壁肤聚糖而使细胞裂解此外体液中还有 B 溶解素转铁蛋白血浆铜蓝蛋白 c 反应蛋白等多种能杀菌或抑菌的因素, 但直接作用很弱, 仅在机体免疫中起辅助作用

12 三细胞因素 1 吞噬细胞和吞噬作用吞噬细胞有吞噬入侵的病原微生物等颗粒的能力. 并且由于吞噬细胞表面存在补体受体抗体受体等多种受体, 当有相应配体存在并与之结合时, 将刺激吞噬细胞活化, 大大增强其吞噬杀伤能力吞噬细胞内含有丰富的溶酶体, 其中含有水解酶溶菌酚等多种两类和其他杀菌物质当病原微生物入侵时, 吞噬细胞可在趋化因子和黏附分子的作用下穿过毛细血管壁到达感染局部, 吞入病原体形成吞噬体, 进而与溶酶体融合为吞噬溶菌体, 然后通过依氧和不依氧两种机制将吞入胞内的病原体杀灭

13 2 自然杀伤细胞属于淋巴细胞, 主要分布于外周血和脾脏, 具有不须事先致敏, 不须其他辅助细胞或分子的参与而直接杀伤靶细胞的功能 NK 细胞通过释放穿孔素和颗粒酶造成靶细胞死亡, 也可通过释放肿瘤坏死因子 (TNF) 杀伤靶细胞某些肿瘤细胞和微生物感染细胞可以成为 NK 细胞的靶细胞, 而且 NK 细胞活性较其他杀伤细胞更早出现, 因此在抗肿瘤抗感染特别是病毒感染中起重要作用

14 第三节特异性免疫一特异性免疫概念特异性免疫 : 也称获得性免疫是相对于上述非特异性免疫而言, 其主要特点 : (1) 生物个体在其后天活动中接触了相应的抗原后而获得的, 故又称获得的特异性免疫 (2) 其产物与相应的刺激物 ( 即抗原 ) 之间是有针对性的 ( 即持异 ) (3) 包括体液免疫系统和细胞免疫系统即细胞介导的免疫系统 (4) 特异性免疫力在同种生物的不同个体间或同一个体在不同条件有很大的差别特异性免疫可通过自动免疫或被动两种方式而获得

15 免疫应答 : 指一类发生在活细胞体内的特异性免疫的系列反应过程即从抗原的刺激开始, 经过抗原特异性淋巴细胞对抗原的识别, 是它们发生活化增殖分化等一系列变化, 最终表现出体液免疫活细胞免疫反应免疫应答可分三个过程 : 感应阶段增殖和分化阶段效应阶段根据参与免疫活性细胞的种类和功能不同, 免疫应答又分为细胞免疫和体液免疫细胞免疫 : 集体在抗原刺激下, 淋巴细胞发生增殖分化, 进而直接攻击靶细胞或间接地释放一些淋巴因子的免疫作用体液免疫 : 机体受抗原刺激后, 来源于骨髓的一类淋巴细胞进行增殖并分化为浆细胞, 由它合成抗体并释放到体液中发挥其免疫作用

16 1 免疫器官中枢免疫器官 : 免疫细胞发生和分化的场所包括骨髓胸腺法氏囊外周免疫器官 : 免疫细胞居住和发生免疫应答的场所包括脾脏淋巴结和粘膜相关的淋巴组织 2 免疫细胞泛指一切具有免疫功能的细胞, 它们均来自多能造血干细胞免疫活性细胞 : 能特异性地识别抗原, 既能接受抗原的刺激并随后进行分化增殖产生抗体或淋巴因子, 以发挥特异性免疫应答的一群细胞, 主要是 T 细胞和 B 细胞

17 3 第三淋巴细胞 1 NK 细胞 : 自然杀伤细胞因在其细胞质中有嗜天青颗粒且细胞较大故也称大颗粒性淋巴细胞它可在无抗体或无抗原致敏的情况下去杀伤某些肿瘤细胞或被病毒感染的细胞, 因此 NK 细胞 NK 细胞在机体内的分布较广, 主要发挥抗肿瘤免疫的作用起源于骨髓干细胞, 然后分布于脾脏外周血中数量可占淋巴细胞总数的 5~10%. 2 K 细胞 : 杀伤细胞它能专一地杀伤被 IgG 抗体所覆盖的靶细胞这时,IgG 分子的 Fc 片段可与 K 细胞表面的 Fc 受体结合, 从而触发 K 细胞的杀伤作用因此,K 细胞与靶细胞的作用是非特异性的由于这种杀伤作用要以持异性的抗体作媒介, 故它是一种抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用

18 二抗原与抗体 ( 一 ) 抗原是能诱导机体产生体液抗体和细胞免疫应答, 并能与相应的抗体在体外发生特异性结合反应的一类物质抗原的特性 : 在体内激活免疫系统, 使其产生抗体和特异效应细胞的特性成为免疫原性抗原能与相对应的免疫应答产物发生特异性结合和反应的能力称为免疫反应性具有免疫原性和免疫反应性的抗原称为完全抗原如大分子蛋白质细菌和病毒

19 只有反应原性而没有免疫原性的抗原称为半抗原如大多数寡糖脂类及一些简单的化学药物能够刺激淋巴细胞产生应答并与其产物特异反应的化学基团成为抗原决定簇抗原所携带抗原决定簇的数目称为抗原价, 一般抗原是多价的抗原的影响因素 : 异己性 : 理化性质 : 分子量越大结构越复杂的物质含有较多的抗原决定簇, 其免疫原性越强对于同一种抗原, 不同物种不同品系的动物产生免疫应答的能力不同, 使有遗传决定的

20 ( 二 ) 抗体机体在抗原物质刺激下所形成的一类能与抗原特异性结合的血清活性成分称为抗体, 又称免疫球蛋白 (Immunoglobulin, Ig.) 抗体的结构与分类 Ig 分子是由两两对称的四条多肽链借二硫键和非共价键连接而成.

21 目前在人类血清中纯化的 Ig 分成五类 : IgG IgA IgM IgD 和 IgE. 在动物的进化过程中, 抗体的出现较晚无脊椎动物不能合成抗体它们对外界抗原刺激的反应, 主要是利用天然凝集素吞噬细胞或炎症反应去排除的进化到脊椎动物以后, 抗体就随之合成了例如, 鱼类一般都具有 IgM, 两栖类般具有 IgM 和 IgG. 鸟类中一般己出现 IgM IgG 和 IgA, 在哺乳动物中, 家免仅有 1gM 1gG 及 1gA, 多数种类具有 1gG 1gA IgM 和 1gE 四种, 而人类和鼠类则同时存在完整的五类 Ig.

22 抗体产生的一般规律 ---- 初次应答和再次应答集体第一次接触某种抗原引起特异抗体产生的过程称作初次应答, 以后再次受到同样抗原刺激所产生的抗体应答过程称为再次应答这种遇到同一抗原时反应更快更强的现象称为免疫记忆其物质基础是抗原刺激下的 B 细胞分化为浆细胞的同时, 分化出一群抗原特异性强的长寿记忆细胞, 因此, 人类患天花麻疹等疾病后, 可获得终生免疫力

23 第四节免疫病理一般而言, 免疫是机体的一种保护性反应但在某些情况下, 也对能对机体产生有害的结果如超敏反应和自身免疫病一超敏反应当由于各种原因引起免疫应答反应过强或反应异常, 造成机体损伤或功能障碍时, 称为超敏反应如过敏性反应二自身免疫病免疫系统的基本特征之一是在淋巴细胞发育过程中经过克隆选择而获得自身耐受但当某些情况下此种自身耐受被打破, 机体免疫系统对自身成分产生免疫应答而造成病理性损害, 则称为自身免疫病

24 三移植免疫用健康组织器官代替机体失去功能的对应器官以维持机体正常生理功能, 称为器官移植在无关个体间进行组织器官移植时, 由于移植物与受体组织的抗原性不同会引起免疫应答而损伤移植物或受体本身当受者将移植器官当作异物产生免疫应答进行杀伤清除. 称为宿主抗移植物反应当用含有免疫活性细胞的组织 ( 骨髓胸腺胚肝等 ) 植入有免疫缺陷的受者时, 移植物不遭排斥但对宿主细胞产生免疫损伤, 称为移植物抗宿主反应

25 四免疫缺陷机体免疫系统发育异常或功能障碍, 造成免疫功能不全或缺失, 称为免疫缺陷免疫缺陷依照其病原分为原发性和继发性两大类临床表现为反复严重感染, 且易并发恶性肿瘤对患者除抗感染补充免疫球蛋白或适当的酶等常规治疗手段外, 骨髓移植基因治疗等新技术也正在应用与完善中五肿瘤免疫早期认为, 免疫系统的功能之是清除自身突变的细胞, 称为免疫监视而旦突变细胞逃脱此监视机制, 则将发展为肿瘤目前人们认识到肿瘤的发生机制十分复杂不是由单一因素引起, 免疫监视假说远远不能给予全部解释但抗肿瘤免疫的理论与实践仍然是关于癌症研究的最活跃领域之一

26 第五节免疫学的实际应用一抗体的制备与应用 1 血清抗体制备抗体的传统方法是用纯制的抗原多次接种于适当的成年健康动物, 刺激其产生免疫应答, 血清中含有大量特异性抗体, 又称抗血清或免疫血清可以直接取用也可将血清抗体提纯为精制免疫球蛋白此方法技术和原理简单, 故至今仍被广泛采用但天然抗原含有多种互不相同的抗原决定簇, 因此血清抗体是具不同特异性的多克隆抗体混合物

27 2 单克隆抗体由单个 B 细胞增殖所产生的抗体, 其遗传背景完全一致. 因此抗体分子的氨基酸序列类型抗原特异性等生物学性状均相同其制备原理是将肿瘤细胞的体外无限增殖能力与 B 细胞的分泌抗体能力相结合大体步骤 : (1) 制备抗体产生细胞通常可用精制抗原接种动物 ( 常用纯系小鼠 ) 后, 取脾脏分离 B 细胞 (2) 选取适用的肿瘤细胞及饲养细胞通常选用与抗体产生细胞同种且有某种生化缺陷的骨髓瘤细胞, 以增加融合细胞的稳定性且便于筛选, 此外, 以本身不分泌任何免疫球蛋白重链或轻链为佳如小鼠骨髓瘤细胞系

28 (3) 细肥融合是杂交瘤技术的中心环节, 通常用聚乙二醇作为融合剂 (4) 筛选及细胞克隆化为将融合得到的具有不同抗原特异性的杂交瘤细胞逐个分离, 日前可用的方法有 : 有限稀释法显微操作法半固态凝胶介质中培养并挑选克隆以及荧光激活细胞分选仪 (5) 扩增与保存一旦获得所需要的杂交瘤细胞系, 即可根据制备目的予以大量生产大量生产的方法有两类, 即组织培养法和活体法组织培养法生产的单克隆抗体纯度较好, 但成本高而产量低, 般应用无血清培养基, 以利于单克隆抗体的浓缩和纯化活体法可用杂交瘤细胞接神同系小鼠腹腔长成腹水瘤, 然后从腹水中收获抗体, 抗体浓度及产量甚高但污染机会较多

29 二免疫学技术由于高度精确灵敏特异性好在医学生物学等领域得到广泛应用 1 血清学技术抗原抗体可于体外特异性结合, 出现凝集沉淀等可观察现. 反应迅速简便易行既可用巳知抗原检出抗体, 又可用已知抗体检出抗原, 既可定量又可定性亦可定位抗原抗体由分子间作用力按定比例结合, 其反应是可逆的, 受电解质温度及 ph 值影 (1) 凝集反映颗粒性抗原 ( 细菌血细胞等 ) 与相应抗体在适量电解质环境中相互用, 经过一定时间出现肉眼可见凝集现象, 称凝集反应, 可于玻片或试管中进行若将可溶性抗原事先偶联到有关颗粒 ( 如乳胶粒 ) 上转化为颗粒性抗原再进行凝集反应. 则称为间接凝集反应如 ABO 血型鉴定

30 (2) 沉淀反应当可溶性抗原 ( 蛋白质多糖类脂血清各种微生物培养液等 ) 与相应抗体在电解质存在的适当条件下相遇, 经过一定时间出现肉眼可见的沉淀现象, 称沉淀反应当反应于试管内进行时, 称环状沉淀实验可溶性抗原与抗体在含电解质的凝胶介质 ( 通常用半固体琼脂, 起支持作用 ) 内自由扩散, 当相对应的抗原抗体相遇时, 若比例适当可出现白色沉淀线, 称琼脂扩散试验苦使抗原抗体的移动在电场中进行, 可以缩短反应时间提高灵敏度, 是琼脂扩散与电泳技术的结合, 称免疫电泳可用于测定血清成分 ( 如 Ig, 补体 ) 的含量, 鉴定提取物的纯度等

31 2 免疫标记技术某些小分子物质结合到抗原或抗体上, 不影响抗原抗体反应但使之更容易观察从而提高检测的灵敏度, 称为免疫标记技术与抗原或抗体结合的小分子物质称为标记剂近年免疫标记技术发展很快, 各类物质被试用作标记物, 其中以荧光素放射性同位素和酶标记最为成熟, 合称三大标记技术免疫荧光技术免疫荧光技术是一种将免疫反应的特异性与荧光标记分子的可见性结合起来的方法, 因常用荧光物质标记抗体, 又称荧光抗体法在一定条件下, 用化学方法将荧光物质 ( 荧光索 ) 与抗体结合, 但不影响抗体与抗原结合的活性, 与相应抗原结合后, 在荧光显微镜下观察抗原的存在与部位

32 放射免疫标定放射免疫测定是一种以放射线同位素作为标记物, 将同位素分析的灵敏性和抗原抗体反应的特异性这两大特点结合起来的测定技术又分为放射免疫分析法和放射免疫测定自显影法放射免疫技术灵敏度极高, 能测得毫微克至微微克的含量, 广泛用于激素核酸病毒抗原肿瘤抗原等微量物质测定但需特殊仪器及防护措施, 并受同位素半衰期的限制

33 免疫酶技术原理是利用酶与抗原或抗体结合后, 既不改变抗原或抗体的免疫学反应特异性, 也不影响酶本身的活性, 在特异抗原抗体反应后, 在相应而合适的酶底物作用下, 产生可见的不溶性有色产物常用的为辣根过氧化物酶, 其次有碱性磷酸酶等免疫酶技术可用于组织切片细胞培养标本等组织细胞抗原的定性定位, 也可用于可溶性抗原或抗体的测定. 称酶联免疫吸附测定 (enzyme linked immunosorbert assay, ELISA) ELISA 方法是将可溶性抗体或抗原吸附到聚苯乙烯等固相载体上, 再进行免疫酶反应, 用分光光度计比色以定性或定量, 是目前应用最广泛的生物学技术之一

34 生物素 --- 亲和素系统生物素是维生素 H. 亲和素是一种存在于卵清中的碱性糖蛋白, 一个亲和素分于可与 4 个生物素分子稳定结合亲和素与生物素都可与蛋白质 ( 包括抗原抗体酶等 ) 荧光素等分子结合而不影响后者的生物活性, 是理想的标记剂一个抗体分子可偶联数十个生物素或亲和素分子, 而亲和素或生物素分子又可与酶或荧光素结合, 从而组成一个分子放大系统, 显著提高检测的灵敏度

35 免疫印迹免疫印迹是在用于 DNA 分析的 DNA 印迹 (Southern blot) 技术基础上发展起来的蛋白质检测技术. 其原理是将 SDS PAGE 电泳的高分辨率与免疫反应的高度特异性相结合. 待测样品经 SDS-PAGE 电泳分离后, 转移到固相介质如醋酸纤维膜上, 然后用标记抗体揭示特异抗原的行在本方法广泛用于蛋白质样品分析研究

36 二免疫预防人为地给机体输入抗原以调动机体的免疫系统, 或直接输入免疫细胞及分子, 使机体获得某种特殊抵抗力, 用以预防或治疗某些疾病, 称为人工免疫人工免疫用于预防传染病时, 即为免疫预防 1 人工自动免疫给机体输入抗原物质, 使免疫系统因抗原刺激而发生类似感染时所发生的应答过程, 从而产生特异免疫力, 又称预防接种用于预防接种的抗原制剂称为疫苗 (vaccine) :

37 疫苗又分为活疫苗和死疫苗活疫苗用人工变异或从自然界筛选的高度减毒或基本无毒的病原微生物制成, 只须接种一次即可产生较牢固的免疫, 常用的有卡介苗脊髓灰质炎疫苗和麻疹疫苗等死疫苗是将病原微生物用理化方法灭活制成病原微生物已失去致病力但仍保持一定的免疫原性, 可以引起机体的保护性免疫 : 常用的有伤寒流脑百日咳狂犬疫苗等细菌外毒素经甲醛固定失去毒力但保持免疫原性, 称为类毒素如破伤风类毒素白喉类毒素等类毒素还可与死疫苗联合使用

38 2 人工被动疫苗输入免疫血清 ( 含特异性抗体 ) 或致敏淋巴细胞及其织机或细胞因子, 使机体获得一定免疫力, 以达到防治某些疾病的目的输入特异性抗体可立即发挥其免疫作用, 但维持时间较短, 主要用于治疗某些外毒素引起的疾病, 或作为与某些传染病人接触后的应急预防措施如精致破伤风毒素抗狂犬病血清等

11. ESSENTIALS OF IMMUNOLOGY

11. ESSENTIALS OF IMMUNOLOGY 11.1 Harmful Microbial Interactions with Humans (Infection) 11.1.1 Routes of infection 11.1.2 Virulence and Pathogenicity 11.2 Immunity 11.2.1 Cells and organs of the immune