医学微生物学(第三版)

绪论 　　学习要点 　　掌握：①微生物的概念及其主要特征；②按细胞结构的微生物分类；③微生物与人类的关系。 　　熟悉：①微生物学与医学微生物学的基本概念；②《医学微生物学》学习的整体内容及学习目的。 　　了解：①医学微生物学的发展简史；②现代微生物学时期的主要标志及其未来发展。 　　医学微生物学是一门重要的基础医学课程，它既与临床众多感染性疾病密切相关，也与人们的日常生活息息相关，所以学习和掌握医学微生物学的基本知识，有利于控制或消灭由微生物引起的感染性疾病，实现生命至上、保护人类健康这一宏伟目标。 　　**节微生物与病原微生物 　　微生物（microorganism，microbe）是指自然界中存在的一大群结构简单、个体微小、肉眼直接不能看到，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍、甚至数万倍才能看到的微小生物。这群微小的生物有数十万种之多，广泛分布于土壤、空气、水、植物、人和动物体表及与外界相通的腔道中，形成一个十分庞大的微生物群，对生命科学和医学都有着重要的意义。 　　一、微生物的分类与特点 　　（一）微生物的分类 　　根据微生物的生物学特性，分为细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体、病毒和真菌八大类。根据有无细胞基本结构、分化程度和化学组成等特性，将微生物分为非细胞型、原核细胞型和真核细胞型微生物三大类。 　　1. 非细胞型微生物非细胞型微生物（acellular microbe）无细胞结构，仅由一种类型的核酸（DNA或RNA）和蛋白质衣壳组成；个体极微小，能通过细菌滤器；只能在活细胞内寄生，通过复制的方式进行增殖。病毒（virus）属于此类微生物。 　　2. 原核细胞型微生物原核细胞型微生物（prokaryotic microbe）只具有原始的拟核（nucleoid），即由单一裸露的DNA分子盘旋而成，无核膜、核仁等结构；除核糖体外无其他细胞器，但含有DNA和RNA两种核酸。这类微生物包括了细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体和螺旋体等六大类微生物，广义的细菌范畴包括了这六大类微生物。另外，依据16S rRNA序列，原核细胞型微生物可分为细菌（bacterium）和古生菌（archaea）两大类。古生菌具有独*的代谢方式，可在极端环境下生存，如嗜热嗜酸菌（thermoacidophile）和极端嗜盐菌（extreme halophile），目前尚未在古生菌中发现致病菌。 　　3. 真核细胞型微生物真核细胞型微生物（eukaryotic microbe）是分化程度*高的微生物，有核膜、核仁和染色体，细胞质内有多种细胞器，含有DNA和RNA两种核酸。真菌属于这类微生物。 　　（二）微生物的特点 　　微生物是一种体形微小的生物，它具有一般生物的共同特征，即新陈代谢、生长繁殖和遗传变异等。此外，微生物还具有以下主要特点。 　　1. 多以独立生活的单细胞或细胞群体形式存在动植物细胞是多细胞统一生物体的基本单位，执行着生命活动的某一生理功能。单细胞的微生物却实现着它的全部生命活动过程，如生长、呼吸产能、繁殖等，而且细菌细胞没有明显的分化，所以微生物的细胞是明显有别于动植物细胞的。 　　2. 代谢能力强、生长繁殖速度快微生物个体微小，又多以独立生活的单细胞而存在，所以代谢极其活跃。为了适应其活跃的代谢，细菌有极大的表面积，如直径为1 μm的球菌，1 cm3体积中的细菌表面积可达60 000 cm2，而多细胞生物体的表面积仅6 cm2。从单位体重来看，微生物的代谢活力要比人强大得多，如有的细菌1 h内分解糖的重量可为自身体重的100～1 000倍，但人体要消耗掉自身体重100倍的糖或粮食，需要几十年的时间。 　　微生物新陈代谢能力强、生长繁殖速度快。多数细菌在适宜的条件下，每20 min左右就分裂一次，一个细菌经10 h就可以繁殖成10亿个，所以多数感染性疾病都呈急性过程。掌握好微生物生长繁殖规律，对研究微生物的生物学性状及其开发利用都具有重要意义。 　　3. 容易发生变异、适应性强微生物基因组大多为单倍体，基因组相对较小，加之它们新陈代谢旺盛、繁殖快、数量多等因素，容易发生变异，可在短时间内产生大量变异的后代。在外界环境条件发生剧烈变化时，大多数微生物会死亡，而发生了变异的微生物则因适应新的环境条件而生存了下来，这就是自然界的物竞天择，适者生存。微生物具有极强的适应性，这是高等动植物所无法比拟的。例如，微生物对环境条件，尤其是“极端环境”的适应力是极其惊人的，堪称生物界之*，在一般生物无法生存的高温或低温、酸、碱、高盐等条件下都有微生物的存在，因此可以说微生物将永远伴随人类的存在而存在。 　　4. 种类繁多、分布广泛微生物是一个种类繁多、十分庞杂的生物类群。除与医学关系密切的八大类微生物外，还包括蓝细菌和古生菌等。各大类群的微生物各自又有很多种，例如真菌就有十多万种。微生物适应能力强，几乎可以利用世界上所有的物质，一般动植物无法生存的极端环境中也有它们的存在。微生物分布广泛，土壤、空气和水、植物、人和动物体表及与外界相通的腔道中都有微生物存在，自然界中土壤是微生物分布*多的地方，一克肥沃的土壤中，微生物的数量可达到数十亿之多。微生物在土壤中不仅数量*大，而且种类也多，它们对自然界各种物质的转化和循环起着非常重要的作用，没有微生物，物质就不能转化和循环。 　　二、微生物与人类的关系 　　自然界中的微生物不仅种类繁多、数量巨大、分布广泛，而且所起的作用也多种多样，其中大多数微生物对人和动植物是有益的。地球上所有的生物能如此生机勃勃延续发展，一方面依赖组成有机体的重要生命元素，如碳、氮元素等的不断转化和循环；一方面绿色植物依靠太阳能量，吸收CO2和H2O进行光合作用，合成含碳有机化合物，将光能转化为化学能，直接或间接地供给动物和人类使用。大气中的CO2又是从何而来的呢？CO2可以通过燃烧和动物呼吸产生，但主要还是通过微生物分解动植物尸体所产生。在地球的生物活动范围内，90%以上的CO2都是微生物生命活动的产物。换而言之，如果没有微生物的分解作用，那么地球上的有机物就会堆积得越来越多，而植物所需要的营养物质就会越来越少，一切生物都将无法生存，也就没有人类的今天。微生物除了参与碳元素的循环外，还参与了氮、磷、硫、铁等元素的转化作用。 　　微生物与人类的生产活动也密切相关。在工业上，如食品、皮革、纺织、石油化工、冶金以及污水处理等方面，微生物都发挥了巨大的作用。在农业上可用于制造微生物肥料、防治病虫害等。在医药工业中，可利用微生物生产抗生素、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及有机溶媒、生物碱和酶制剂等。总之，自然界中的微生物绝大多数对人是有益的，充分开发和利用微生物资源就能更好地造福于人类。 　　在人体的口、鼻、咽部以及消化道中，定植着不同种类和不同数量的微生物，总共达到1014个细菌，远超人体组织细胞数量。在正常情况下它们对人体是无害的，有些还能拮抗病原微生物的入侵，被称为正常菌群（normal flora）。定植在人类肠道中的微生物能合成人类需要的维生素、氨基酸，供人体吸收利用，所以它们可作为微生态制剂进行开发利用。有些微生物在正常情况下不致病，但在特定情况下可导致疾病，被称为机会致病性微生物（opportunistic pathogen microbe）。少数微生物具有致病性，能引起人类的痢疾、结核、鼠疫、霍乱、流感、病毒性肝炎和获得性免疫缺陷综合征（acquired immune deficiency syndrome， AIDS）等传染病，这些具有致病性的微生物被称为病原微生物（pathogenic microbe）。 　　第二节微生物学与医学微生物学 　　1. 微生物学微生物学（microbiology）是研究微生物在一定条件下的形态、结构、生理、遗传变异和分类等生物学特性，以及与人类、动植物、自然界之间的相互关系的一门科学，是生命科学的一个重要分支。微生物学工作者的主要任务，一是控制或消灭对人类有害的微生物，使人类的感染性疾病得到有效的预防和治疗；二是将对人类有益的微生物用于人们的生产和生活实践，延长人类的生命周期和提高生活质量。 　　2. 微生物学的分支学科微生物与生命科学关系非常密切，研究领域和范围日益广泛和深入，使微生物学形成了很多分支学科。着重于微生物学基础理论研究的有普通微生物学、微生物生理学、微生物分类学、分子微生物学等。按应用范围的不同可划分为工业微生物学、农业微生物学、海洋微生物学、医学微生物学、药学微生物学等。按研究对象划分有细菌学、真菌学和病毒学等。此外，还有微生物学与细胞生物学交叉融合形成的细胞微生物学（cellular microbiology）。随着科学技术的不断进步，将来还会出现一些新的微生物学分支学科。 　　3. 医学微生物学医学微生物学（medical microbiology）是研究与人类疾病有关的病原微生物的基本生物学性状、致病机制、机体的抗感染免疫，以及相关的感染性疾病的特异性诊、防、治措施的一门学科，以达到控制和消灭感染性疾病，提高人类健康水平为目的。 　　医学微生物学是基础医学中的一门重要学科，可为学习临床各科的感染性疾病、传染性疾病、超敏反应性疾病以及相关肿瘤等奠定重要的理论基础。医学微生物学分为细菌学、病毒学、真菌学三篇，每篇内容分为总论和各论两个部分，分别讲述原核细胞型微生物、非细胞型微生物和真核细胞型微生物的形态结构、生长繁殖、遗传变异等生物学特性，常见的病原微生物的致病物质及其致病机制，机体的抗感染免疫作用，以及微生物学检查方法和防治原则。 　　第三节医学微生物学发展简史 　　医学微生物学是人们在与各种感染性疾病的长期斗争中逐步发展起来的，为我们积累了丰富的经验和教训，对本学科的发展有了深厚的积淀。回顾医学微生物学的发展历程，我们将从中受到启迪，并学习前辈科学家们从偶然现象当中去发现它的必然，培养严谨求是和创新思维的科学精神，为感染性疾病的诊、防、治打下坚实基础。医学微生物学的发展历程分为微生物学经验时期、实验微生物学时期和现代微生物学时期。 　　一、微生物学经验时期 　　微生物学经验时期是指人类还没有观察到微生物或开展实验研究的阶段。公元前17世纪（殷商时期），我国就有了酒、醴（甜酒）等的记载，这说明早在三千多年前，我国就已将微生物应用于生活实践。北魏（386～534年）贾思勰的《齐民要术》一书中，详细记载了制醋的方法。在18世纪清乾隆年间，师道南在《天愚集》中就生动描述了当时的鼠疫流行情况。我国在很早就应用中草药治疗传染病，并且发明了用人痘苗预防天花（998～1022年），到16世纪明隆庆年间（1567～1572年），人痘已经有了很大改进并普遍应用，先后传至周边邻国及英国。人痘苗接种是免疫学的初始，而抗感染免疫是医学免疫学的核心内容之一。 　　二、实验微生物学时期 　　实验微生物学时期是指人类开展医学微生物学实验研究的阶段，并有了重大发现和进展，主要体现在以下两个方面。 　　1. 微生物的发现1676年，荷兰的列文虎克（Antony Van Leeuwenhoek，1632～1723年）用自制的能放大266倍的显微镜，观察了牙垢、粪便、井水及各种污水，首次在显微镜下观察到球状、杆状、螺旋状的微小生物，证实了微生物的客观存在。 　　19世纪中后期，法国的巴斯德（Louice Pasteur，1822～1895年）和德国的科赫（Robert Koch，1843～1910年）的卓越成就更繁荣了实验微生物学时期。巴斯德根据著名的曲颈瓶实验（goose neck test）彻底推翻了自然发生学说，并建立了病菌学说（germ theory），认为活的微生物才是传染病、发酵和腐败的真正原因。