细菌（bacterium）是一类有细胞壁，以无性二分裂方式进行繁殖的原核细胞型微生物，大小为微米（μm）级。

• 球菌（coccus）：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌
• 杆菌（bacillus）：球杆菌、梭杆菌、棒状杆菌、链杆菌
• 螺形菌（spiral bacterium）
  • 弧菌（vibrio）：一个弯曲
  • 螺菌（spirillum）：多个弯曲，较僵硬（螺旋体 较软）
  • 螺杆菌（helicobacterium）：细长弯曲成弧状或螺旋状

螺旋体 也属于广义的细菌学范畴。

细菌的结构

• 基本结构（各种细菌共有的结构）：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质
• 特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽孢

细胞壁

肽聚糖（peptidoglycan）| 黏肽（mucopeptide）| 胞壁质（murein）| 糖肽（glycopeptide）

为原核细胞特有的成分，是其细胞壁的主要成分。

使用革兰氏染色法可将细菌分为革兰氏阳性菌（G⁺）和革兰氏阴性菌（G^-）两大类。
两者染色不同的原因在于细胞壁组成不同，除了共有的肽聚糖成分之外，各自还有特殊组分。

对细胞壁的灭菌物质：

• 溶菌酶：破坏聚糖骨架 M 和 G 之间的连接
• 青霉素：干扰肽聚糖侧链和交联桥之间的连接

L 型细菌（L-form bacteria）| 细胞壁缺陷型细菌

由于某些药物作用，抑制肽聚糖合成或破坏细胞壁结构，形成的一种细胞壁缺失或缺陷的细菌。

• 形成条件：溶菌酶、青霉素、胆汁、溶葡萄球菌素、抗体、补体
• 生物学特性：革兰氏阴性、高渗培养形成 “荷包蛋（油煎蛋）样”菌落、生长缓慢、多形性
• 临床意义：常引起慢性和反复发作的感染

原生质体（protoplast）

即 L 型 G⁺ 菌，必须在高渗环境中才能存活。

原生质球（spheroplast）

即 L 型 G^- 菌，因其肽聚糖层受损后外膜仍存在，而对低渗环境仍有一定的抵抗力。

细胞膜

• 组成：磷脂、蛋白质，不含胆固醇
• 功能：
  • 生物合成、渗透和运输、呼吸作用
  • 参与细胞分裂（中介体）

中介体（mesosome）

细胞膜内陷折叠形成的囊状物，多见于革兰阳性细菌。

中介体的功能：

• 类似真核生物的线粒体，故称拟线粒体；
• 起着类似于真核生物有丝分裂时纺锤丝的作用。

细胞质

细胞质（cytoplasm）| 原生质（protoplasm）

细胞膜包绕的溶胶状物质，由水、蛋白质、脂类、核酸及少量糖和无机盐组成，其中含有需到重要结构。

核糖体

核糖体（ribosome）

游离于细胞质的、由蛋白质和 RNA 组成的亚微颗粒。

细菌的核糖体沉降系数为 70S（50S+30S）（真核生物为 80S，60S+40S），一些针对专门细菌的抗生素的接合点在核糖体上。

质粒

见 质粒。

胞质颗粒

胞质颗粒

多数是细菌营养储存物，少数为代谢产物，可作为某些细菌 鉴定依据。

异染颗粒（metachromatic granule）/纡回体（volutin granule）：无机偏磷酸的聚合物，可作为 白喉棒状杆菌 的鉴别依据。

核质

核质（nuclear material）| 细菌染色体（bacterial chromosome）| 拟核（nucleoid）

一个共价闭合环状双链 DNA 分子反复卷曲形成的松散的不规则小体，是细菌的遗传物质。

荚膜

荚膜（capsule）

细菌细胞壁外一层疏松、透明、排列有序、不易被洗脱、不易被染色的粘液性物质，用理化方法去除后不影响细菌的生命活动。

厚度 ≤0.2μm 者称为微荚膜（microcapsule）。

• 化学组成：多糖（多数）或多肽（少数，如炭疽杆菌）
• 染色：不易染色，可用墨汁负染
• 形成：受遗传控制和环境影响，一般在动物体内或营养丰富的培养基中才可形成
• 功能：增强致病性
  1. 保护菌体：抗干燥；抗有害物质的损伤作用；抵抗吞噬细胞的吞噬和消化
  2. 黏附作用
  3. 储存营养、堆积代谢废物

鞭毛

• 组成：鞭毛蛋白（flagellin），有较强的免疫原性，又称鞭毛抗原/H 抗原
• 种类：单鞭毛、双鞭毛、丛鞭毛、周鞭毛
• 功能
  1. 细菌的运动器官
  2. 有些鞭毛与致病性有关
  3. 根据鞭毛菌的动力和抗原性（H 抗原），鉴定细菌和进行细菌分类

菌毛

菌毛（pilus，fimbriae）

大多 G⁺ 菌和少数 G^- 菌表面的比鞭毛更为纤细、短而直的丝状物（性菌毛较粗、长而弯曲），由菌毛蛋白（pilin）构成。

• 普通菌毛：粘附作用，与致病性有关
• 性菌毛（F 菌毛）：由 F 质粒编码，传递可遗传物质

芽孢

芽孢（spore）

某些 G⁺ 的杆菌和梭菌在一定环境条件下，在菌体内部形成的一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。

芽孢的功能：

1. 抵抗力强（可作为灭菌的标准），原因：
   1. 含水量少，不易变性；
   2. 有多层致密的厚膜；
   3. 含吡啶二羧酸（DPA），增强酶对热的稳定性。
2. 致病性：发芽后形成繁殖体
3. 鉴别意义：芽孢位置、大小等

细菌的生长代谢

分解性代谢产物和生化反应

细菌的生化反应（biochemical reaction）指检测细菌对各种基质的代谢作用及代谢产物，借此区别和鉴别细菌种类的生化实验。

1. 糖发酵实验：观察细菌对乳糖、葡萄糖、麦芽糖、甘露醇、蔗糖的发酵情况
2. 吲哚（indol，I）实验：分解色氨酸生成吲哚
3. 甲基红（methyl red，M）实验：分解葡萄糖产生酸性的丙酮酸，使培养基呈酸性
4. VP（Voges-Proskauer）实验：产气肠杆菌使丙酮酸脱羧产生的中性的乙酰基甲醇
5. 枸橼酸盐利用（citrate utilization，C）实验：分解枸橼酸盐的同时分解铵盐生成氨，使培养基呈碱性
6. 尿素酶实验：变形杆菌能产生尿素酶，分解尿素产氨
7. 硫化氢实验：分解含硫氨基酸产生硫化氢，遇到铅离子或铁离子生成黑色的硫化物

吲哚（I）、甲基红（M）、VP（V）、枸橼酸盐利用（C）4 种实验合称 IMViC 实验，常用于鉴定肠道杆菌：

• 大肠杆菌：++--
• 产气肠杆菌：--++

细菌的合成性代谢产物

热原质

热原质（pyrogen）| 致热原

细菌合成的一种注入人体内或动物体内可引起发热反应的物质，多由革兰氏阴性菌产生，热原质即其细胞壁的脂多糖。

致热原耐高温，需使用蒸馏或活性炭吸附的方法除去。在制备和使用注射药品时要注意避免细菌污染。

毒素和侵袭性酶

细菌毒素（bacterial toxin）指细菌在黏附、定居及生长、繁殖过程中合成并释放的对宿主细胞的结构和功能有损害作用的物质，包括：

• 外毒素（exotoxin）：多数革兰氏阳性菌和少数革兰氏阴性菌生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质，毒性较内毒素强
  • 种类：神经毒素、细胞毒素、肠毒素、其他
• 内毒素（endotoxin）：革兰氏阴性菌阴性菌细胞壁的脂多糖，在细菌崩解死亡后游离出来，其生物学作用有：
  • 发热反应（致热原）
  • 白细胞反应：白细胞数目骤减
  • 内毒素血症和内毒性休克
  • Shwartzman 现象和弥散性血管内凝血（DIC）

侵袭性酶类有利于细菌侵袭和扩散，一般不具有毒性。

外毒素经甲醛液脱毒处理形成类毒素，可用以制作疫苗。

色素

细菌分泌的色素有助于鉴别细菌，可分为两类：

• 水溶性色素，如铜绿假单胞菌
• 脂溶性色素，如金黄色葡萄球菌

抗生素

抗生素

某些微生物产生的一类能抑制或杀死其他微生物或肿瘤细胞的物质。

抗生素大多数由放线菌、真菌产生，细菌产生的较少，只有多黏菌素（polymyxin）、杆菌肽（bacitracin）等。

细菌素

细菌素（bacteriocin）

某些细菌产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，如大肠杆菌产生的大肠菌素。

细菌素与抗生素相比作用范围窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用。

维生素

细菌分泌的维生素是人体维生素的来源之一。

细菌生长繁殖的条件

1. 充足的营养物质
2. 合适的温度
3. 适宜的 pH 值
4. 必要的气体环境

细菌的生长繁殖规律

繁殖方式为二分裂（binary fission），代时通常为 20~30min，少数（如结核杆菌）为 18~24h。

细菌的生长曲线：

• 迟缓期（lag phase）：准备阶段，不分裂增殖
• 对数（增殖）期（logarithmic phase）：细菌形态、染色性、生理活性最典型
• 稳定期（stationary phase）：增殖数和死亡数即互相等，区线趋于平稳，可进行细菌计数，细菌在此时产生 合成性代谢产物 如抗生素、外毒素
• 衰亡期（decline phase）：数量减少，形态改变

细菌的遗传和变异

细菌遗传变异的物质基础

细菌染色体

见 核质。

质粒

质粒（plasmid）

细菌和简单核细胞中独立于染色体外的闭环双链 DNA 分子（也发现有线型双链 DNA 质粒和 RNA 质粒），可携带细菌的某些遗传物质。

质粒能独立复制，可分为两类：

• 严密型质粒（stringent plasmid）/低拷贝数质粒：与染色体复制同步
• 松弛型质粒（relaxed plasmid）/高拷贝数质粒：与染色体复制不同步

质粒的特征：

1. 具有自我复制能力；
2. 携带的基因往往赋予宿主细菌某些特殊的表型；
3. 可自行丢失或消除；
4. 可通过接合或转导（接合性/非接合性细菌）的方式在细菌间转移；
5. 相容性和不相容性：结构相似、复制调控机制密切相关的多种质粒不能稳定共存于同一宿主菌体内的现象，称为不相容性。

转座因子

转座因子（transposable element）

存在于细菌染色体、质粒和噬菌体基因组分子上的一段具有转位特征的核苷酸序列，包括插入序列、转座子、转座噬菌体。

插入序列（insertion sequence，IS）

最小的转座因子（≤ 2000bp），只携带与插入功能相关的基因。

转座子（transposon，Tn）

长度为 2000~8000BP，除携带有与转座有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因等，可能与细菌的多重耐药性（主要与 质粒 有关）有关。

噬菌体

噬菌体的分类及增殖周期：

• 毒性噬菌体（virulent phage），溶菌性周期/复制周期：在细菌内复制增殖，最终使细菌裂解，增殖过程包括吸附、穿入、生物合成、成熟与释放
• 温和噬菌体（temperate phage），溶原性周期：感染后不增殖、不裂解细菌，将核酸整合到宿主细菌的染色体上，随染色体一起复制传代，整合到宿主菌的基因组称为前病毒（prophage）。

毒性噬菌体的检测：

• 宿主菌液体培养基：浑浊的菌液变得澄清
• 宿主菌固体培养基：可见噬斑（plaque）

细菌遗传变异的机制

• 基因的突变和损伤后修复
• 基因的转移与重组

基因的转移与重组

基因转移（gene transfer）

外源性遗传物质由供体菌转入受体菌细胞的过程。

基因重组（gene recombination）

转移的外源性 DNA 与受体菌 DNA 整合在一起。

转移的基因只有发生基因重组，才会使受体菌获得供体菌的某些特性并稳定遗传。

细菌的基因转移与重组方式：

1. 转化（transformation）：受体菌直接摄取供体菌的游离 DNA 片段并整合到自己的基因组中；
2. 接合（conjugation）：细菌通过 性菌毛 将遗传物质（主要是质粒）从供体菌转移给受体菌，即细菌的“有性生殖”，与细菌的多重耐药性有关。
3. 转导（transduction）：以 温和噬菌体 为载体（DNA 来自供体菌），将供体菌的一段 DNA 转移至受体菌内；
   • 普遍性转导（generalized transduction）：装配出错，可转导任何受体菌 DNA，转导效率低
   • 局限性转导（restricted transduction）：切离偏差，仅可转导前噬菌体两侧 DNA，转导效率高
4. 溶原性转换（lysogenic conversion）：溶原性细菌由于染色体上整合有前噬菌体（DNA 来自噬菌体），从而获得新的遗传性状；
5. 原生质体融合（protoplast fusion）：两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为 原生质体 后彼此融合。

细菌的变异现象

1. 形态结构变异
2. 毒力变异，如 卡介苗
3. 耐药型变异
4. 菌落变异

细菌感染与致病机制

细菌感染

感染的来源：

• 内源性感染
• 外源性感染

传播方式：

• 按病原生物进入机体的方式分类：
  • 直接方式，如吸入、食入病原菌；
  • 间接方式，通过接触环境污染物或器具；
  • 媒介方式：动物或昆虫叮咬。
• 按病原生物在机体间的传播方式：
  • 水平传播：病原生物在人群不同个体间传播，主要通过呼吸道、消化道、皮肤或黏膜，也包括由媒介动物参与的传播；
  • 垂直传播：母体病原生物经胎盘、产道或乳汁传播给子代。

细菌的感染类型

• 按感染结局分型：不感染、隐性感染、显性感染、带菌状态
• 按感染部位和临床症状分型：局部感染/表面感染、全身感染

带菌状态指致病菌在感染后未被完全消灭，而是与机体免疫处于平衡状态。处于带菌状态的宿主称为带菌者（如“伤寒玛丽”），症状轻或不明显，但经常会间歇性地排出细菌。

全身感染在临床上常见下列几种状况：

1. 毒血症（toxemia）：只在局部生长繁殖，不侵入血循环，产生的外毒素入血；
2. 菌血症（bacteremia）：短暂地、一过性地经血循环迁移，不在其中增殖；
3. 败血症（septicemia）：侵入血液，在其中大量繁殖并产生毒性物质；
4. 脓血症（pyemia）/脓毒败血症：化脓性细菌 侵入血液并在其中大量繁殖，通过血液循环扩散到其他部位形成新的化脓性病灶；
5. 内毒素血症（endotoxemia）：革兰氏阴性菌感染使宿主血液中出现内毒素。

细菌的致病机制

细菌的致病作用及过程：

1. 侵入机体并定居于一定的组织；
2. 适应宿主环境，进行繁殖或扩散；
3. 抵抗宿主的防御机能；
4. 产生并释放细菌毒素引起损伤。

构成病原菌毒力的主要因素是侵袭力和细菌毒素。

侵袭力

侵袭力（invasiveness）指细菌突破机体防御机能，在体内定居、繁殖即扩散、蔓延的能力，在感染早期发挥关键作用；

• 黏附定植物质：菌毛蛋白、细胞壁成分、其他因素
• 侵袭性酶类 和侵袭素（肠侵袭性大肠埃希菌质粒基因编码，促进该菌入侵上皮细胞）
• 抵抗宿主防御机能：抗吞噬作用、抗调理作用、抗 sIgA（依靠免疫球蛋白 A 蛋白酶）、细菌生物膜

细菌毒素

见细菌的合成性代谢产物。

细菌感染的影响因素

1. 细菌因素：
   1. 细菌侵入的数量
   2. 细菌侵入的部位
   3. 细菌的毒力（侵袭力、细菌毒素）
2. 宿主：
   1. 宿主生理状态、免疫系统功能等
   2. 机体内（细胞内外环境）理化性质和机体内在物质、能量、信息三方面的相互作用

抗细菌感染免疫

正常菌群和机会致病菌

正常菌群（normal flora）

正常寄居于人的体表和与外界相通的腔道中的微生物群的总称。

正常菌群的生理功能：

1. 生物拮抗：竞争空间、营养，分泌细菌素，降低 PH（如阴道的乳酸杆菌）
2. 帮助消化
3. 营养功能
4. 调节免疫：刺激免疫系统的成熟和免疫应答
5. 抗肿瘤、抗衰老

机会致病菌（opportunistic bacterium）| 条件致病菌（conditional bacterium）

某些在正常条件下不致病，在某些条件改变的特殊情况下可以致病。

由机会致病菌引起的感染称为机会性感染（opportunistic infection），发生条件包括定居部位改变机体免疫力低下菌群失调，常发生于免疫力异常低下的人群，包括长期使用免疫抑制剂或激素者肿瘤患者AIDS 患者。

细菌感染的诊断和治疗

标本的采集和送检六原则：

1. 避免杂菌污染
2. 不同期不同标本
3. 在使用抗菌物质前采集
4. 标本必须新鲜
5. 运送注意保存
6. 标本做好标记采集病变明显部位

致病菌检验步骤：

1. 细菌形态学检查：直接染色（如革兰氏染色）涂片镜检
2. 分离培养：平板三段划线法
3. 生化实验：细菌的酶系统，代谢产物
4. 血清学实验：抗原抗体杂交
5. 动物实验：鉴定毒力
6. 药物敏感试验：最低抑菌浓度、最低杀菌浓度，抑菌环大小