醫(yī)學(xué)部病原生物學(xué)系MicrobialWorldandMeAnIntroductiontoMedicalMicrobiology課件

1、Microbial World and Me An Introduction to Medical Microbiology彭宜紅 Associate Professor / MD, PhDDepartment of Microbiology北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部病原生物學(xué)系November 23, 2019What is Microbiology?Micro - too small to be seen with the naked eyeBio - lifeology - study ofWhat is Microb (microorganism)?Micro - too small to be

2、seen with the naked eyeB - bodyOrganisms included in the study of Microbiology1. Bacteria2. Viruses3. FungiYeasts and MoldsBacteriologyVirology MycologyMicroorganisms - Microbes - GermsProkaryoticNon-cell type EukaryoticDifferent Kinds of Microbs StaphylococcusStreptococcusE. coliHBVHIVIV一、微生物的出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)

3、二、微生物在自然界中的分布三、微生物與人類(lèi)的關(guān)系2. 在人體中出現(xiàn)的時(shí)間：新生兒胃腸道中的細(xì)菌一、微生物的出現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)1. 地球上出現(xiàn)的時(shí)間：地球的年齡大約46億歲,人類(lèi)在32億年前的化石中發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌,據(jù)推算大約35億年前細(xì)菌就在地球上出現(xiàn)了,而原生生物和植物是10億年前才出現(xiàn)的。人類(lèi)出現(xiàn)在地球上則只有幾百萬(wàn)年的歷史。胎兒 - 無(wú)菌出生 - 母體產(chǎn)道菌群養(yǎng)育 - 皮膚和口腔菌群環(huán)境 - 食物等 鏈球菌 葡萄球菌 腸球菌腸桿菌細(xì)菌數(shù)/克糞便1010新生兒一歲需氧菌/兼性厭氧菌厭氧菌 瘤胃球菌 消化球菌 消化鏈球菌 真桿菌 韋榮氏球菌 乳酸桿菌 梭狀芽孢桿菌 擬桿菌雙歧桿菌新生兒腸道正常菌群的發(fā)展細(xì)

4、 菌 數(shù) 量（細(xì)菌/cm2)）1010108 - 1010105 - 107103 - 105Anton van Leeuwenhoek 1674 - 1st person to actually see living microorganismsWhen did mankind discover the microb?二、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物土壤是微生物聚集最多的地方,通常在一克土壤中就有數(shù)億個(gè)微生物。土壤中數(shù)量最多是細(xì)菌,其次是放線菌、真菌。種類(lèi)：細(xì)菌放線菌真菌藻類(lèi)原生動(dòng)物 細(xì)菌多為異養(yǎng)類(lèi)型；藻類(lèi)為光能自養(yǎng) （二）水中的微生物水環(huán)境：地球的70%左右由水覆蓋，其中溶解

5、 和懸浮的有機(jī)和無(wú)機(jī)物，流動(dòng)水有氧滲入可供微生物生長(zhǎng)。 微生物種類(lèi)：90%為革蘭氏陰性菌，主要有弧菌、假單胞菌、黃桿菌等。通過(guò)水體傳播的病原微生物主要有沙門(mén)氏菌屬、志賀氏菌屬、霍亂弧菌等。 作用：在水生環(huán)境的食物鏈中起關(guān)鍵作用。 （三）空氣中的微生物 空氣本身缺乏微生物生活所必需的營(yíng)養(yǎng)物，空氣一般干燥，日光對(duì)微生物也具有殺菌作用，因此空氣不是微生物生活的良好環(huán)境。 空氣中的微生物主要來(lái)源于帶有微生物菌體及孢子的灰塵，這類(lèi)微生物大多數(shù)是腐生性的。-胃腸道 (gastrointestinal tract)食管胃小腸大腸肛門(mén)器官pH2-34-56-7主要的菌群幽門(mén)螺桿菌大約500種微生物腸球菌、乳桿

6、菌腸桿菌、糞腸球菌、類(lèi)桿菌、雙歧桿菌、真桿菌、消化球菌、消化鏈球菌、梭桿菌、乳桿菌、大腸桿菌微生物數(shù)量105-107個(gè)/毫升1010-1011個(gè)/克103個(gè)/毫升（四）生物體（以人為例-正常菌叢）（五）生活用品中微生物的分布衣服、餐具、家具、電話機(jī)、鈔票、書(shū)籍、手機(jī)、電器開(kāi)關(guān)、水龍頭開(kāi)關(guān)、門(mén)把手或扶手、鍵盤(pán)、鑰匙等；廁浴用具、交通工具、醫(yī)院檢查器械等常被病原微生物所污染，成為一些傳染病的媒介物。大腸桿菌、痢疾桿菌、傷寒、副傷寒及其他沙門(mén)氏菌、付溶血弧菌、副霍亂弧菌等細(xì)菌、各種腸道病毒 ；結(jié)核桿菌、白喉?xiàng)U菌，腦膜炎球菌、軍團(tuán)菌、流感病毒、麻疹病毒 ；乙型肝炎病毒、HSV-2、 HPV 、 HIV

7、 、炭疽桿菌。 （六）其他1）根際微生物：利用根系分泌的物質(zhì)大量繁殖的微生物?？杉訌?qiáng)土壤有機(jī)物分解，為植物提供養(yǎng)分； 分泌激素、維生素；產(chǎn)生抗生素，抑制病原菌生長(zhǎng)。2）極端微生物 嗜熱菌：Taq DNA聚合酶, 海底火山口硫化菌135度 嗜冷菌：冷藏食物 嗜極菌：它能夠暴露于數(shù)千倍強(qiáng)度的輻射下仍能存活，而人類(lèi)一個(gè)劑量強(qiáng)度就會(huì)死亡。 特殊嗜性菌： 鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、硫酸還原細(xì)菌、石油菌等 Microb - what comes to mind?DiseasesInfectionsEpidemicsFood SpoilageOnly 1% of all known bacteria cause hu

8、man diseasesAbout 4% of all known bacteria cause plant diseases95% of known bacteria are non-pathogens(一) 人類(lèi)有益的微生物Microbs Benefit Human1.自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用2. 日常生活中的作用3.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用4.工業(yè)方面的作用5.醫(yī)藥方面的作用1. 在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用在生物圈內(nèi)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中，以異養(yǎng)型微生物為主的分解者，在有機(jī)物的分解過(guò)程中有著不可替代的作用，推動(dòng)著生物的物質(zhì)循環(huán)，使生態(tài)系統(tǒng)保持平衡。在碳素循環(huán)中，地球上 90% 的 co2是由微生物的生命活動(dòng)

9、產(chǎn)生的；在氮素循環(huán)中，固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用都有微生物的活動(dòng)；在磷和硫的循環(huán)中同樣也需要各種微生物的活動(dòng)。 土壤中的功臣 土壤中的微生物在分解利用有機(jī)物時(shí)可以產(chǎn)生大量的二氧化碳,輸送到大氣中,從而保正了植物有取之不盡,用之不竭的口糧.微生物可以將一些有機(jī)體分解轉(zhuǎn)化成各種物質(zhì)元素又回到自然界中。由于分解了死去的動(dòng)物和植物，清除有機(jī)垃圾，給人類(lèi)創(chuàng)造一個(gè)潔凈的環(huán)境； 微生物可以形成完整的食物網(wǎng)，同時(shí)它們又是他動(dòng)物的食物，通過(guò)捕食與被捕食的關(guān)系把動(dòng)植物，微生物聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)。2. 日常生活中的作用酵母菌酵母菌可以把食物中的糖類(lèi)在缺氧條件下分解成酒精和二氧化碳，使糧食或

10、糖類(lèi)變酒。酵母菌能使面粉中游離的糖發(fā)酵，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，在蒸烤過(guò)程中，二氧化碳受熱膨脹，于是饅頭或面包就變得松軟可口，所以人們稱(chēng)酵母菌為“發(fā)酵之母” 。酵母菌體中含有一半以上的蛋白質(zhì)，而且酵母菌還含有多種維生素 礦類(lèi)物質(zhì)和核酸等。Microbes produce various food products cheese, sauerkraut, yogurt, soy sauce, vinegar, breadBeer, Wine, AlcoholMushroom3.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用固氮菌 把豆類(lèi)植物連根拔起，除了看到胡須一樣的根毛外，還能看到根毛上有許多的小圓疙瘩。這是由于一種微生物侵入植

11、物根部后形成的腫瘤，叫根瘤。 根瘤根瘤菌制造肥料的固氮菌 利用顯微鏡來(lái)觀察根瘤，會(huì)發(fā)現(xiàn)根瘤中住著一種叫根瘤的細(xì)菌，它門(mén)在侵入植物根部后能分泌一些物質(zhì)刺激根毛的薄壁細(xì)胞，很快增殖就形成了腫瘤。根瘤菌是依賴(lài)于植物提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)生活的。同時(shí)它們也把空氣中游離的氮固定下來(lái)供給植物利用。一個(gè)小小的根瘤就象一個(gè)微型化肥廠一樣，源源不斷的把氮?dú)廪D(zhuǎn)變成氨，供給植物吸收。根瘤菌生廠的氨肥不僅可滿(mǎn)足豆科植物的需要，還能分出一些來(lái)幫助遠(yuǎn)親近鄰，我國(guó)人民很早就知道豆糧間作可提高產(chǎn)量，并且有種肥豆田的習(xí)慣。 制造可再生的生物資源草食性反芻動(dòng)物牛,羊;成年牛的4個(gè)胃瘤胃、網(wǎng)胃（蜂巢胃）、瓣胃、皺胃，瘤胃約占全部總?cè)莘e的80。

12、共生的細(xì)菌具有纖維素酶 -1,4- 葡聚糖酶(EG)，因此能發(fā)酵分解食物中的粗纖維得到葡萄糖，作為能量的來(lái)源。除共生的細(xì)菌外，原生動(dòng)物、真菌、天牛等能產(chǎn)生纖維素酶 利用葡萄糖發(fā)酵，制造乙醇等替代能量。4.工業(yè)方面的作用污水處理在污水的生物學(xué)處理過(guò)程中，微生物起著特別重要的作用。將水體中的含碳有機(jī)物分解成 CO 2 、 H 2 S 、 甲烷 等氣體；將含氮有機(jī)物分解成氨、硝酸、亞硝酸和氮；能使汞、砷等對(duì)人類(lèi)有毒的重金屬鹽在水體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以便于回收或除去。石油脫蠟（Hydrocarban-oxidizing bacteria）用微生物進(jìn)行石油脫蠟，生產(chǎn)低凝固點(diǎn) 石油；石油菌利用蠟作為碳源進(jìn)行繁殖

13、，清除石油污染5. 在醫(yī)藥工業(yè)方面的作用AntibioticsPenicillinPenicillium notatum1928 Alexander FlemingThe father of modern antibiotics. A Scottish physician, Sir Alexander Fleming, accidentally discovered penicillin when his keen eye noticed that colonies of bacteria were being lysed by a fungal contaminant. He isolate

14、d the active ingredient and set the scene for the development of the drug ten years later.有益作用宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞受體正常菌群外來(lái)致病菌*產(chǎn)生生物拮抗物質(zhì)Biofilm or membrane flora6. 安居人體的菌-正常菌群營(yíng)養(yǎng)作用正常菌群的有益作用(續(xù))腸道細(xì)菌合成維生素：-B族維生素（核黃素、煙酸、生物素、泛酸、氰鈷胺、硫胺、吡多醇）-維生素K（食物中沒(méi)有）促進(jìn)腸粘膜細(xì)胞吸收二價(jià)鐵、維生素和鈣雙歧桿菌產(chǎn)酸pH 和 Eh下降正常菌群的有益作用抗腫瘤作用*產(chǎn)生一些酶類(lèi)作用于致癌物質(zhì)*降解硝胺或抑制

15、硝胺合成*充當(dāng)免疫原和免疫佐劑抗衰老作用對(duì)人不利的方面鼠疫1347年的一場(chǎng)由鼠疫桿菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫幾乎摧毀了整個(gè)歐洲，有1/3 的人(約2500萬(wàn)人)死于這場(chǎng)災(zāi)難，在此后的80年間，這種疾病一再肆虐，實(shí)際上消滅了大約75%的歐洲人口，一些歷史學(xué)家認(rèn)為這場(chǎng)災(zāi)難甚至改變了歐洲文化。 云南趙州詩(shī)人師道南 死鼠行1793年 東死鼠，西死鼠，人見(jiàn)死鼠如見(jiàn)虎，死鼠不幾日，人死如折堵，晝死人莫問(wèn)數(shù)，日色慘淡愁云護(hù)，三人行未十步多，忽死兩人橫截路人死滿(mǎn)地人煙倒，人骨漸被風(fēng)吹老。田禾無(wú)人收，官租向誰(shuí)考？INFLUENZA PANDEMICSDeaths:禽流感（Avian Influenza）腳鱗出血 雞冠出血或發(fā)紺 頭部水腫 正常菌群的致病作用（條件致病菌）條件致病菌：正常菌群在正常定居部位和正常情況下不致病的，但當(dāng)正常菌群成員離開(kāi)原來(lái)定居的部位，或在機(jī)體免疫功能下降，或菌群失調(diào)等特殊情況下，可以引起疾病。菌群失調(diào)（dysbacteriosis): 機(jī)體某部位正常菌群間比例變化超出正常狀態(tài)，并可產(chǎn)生病癥。菌群失調(diào)癥和重疊感染（superinfection）Golden Age of Microbiology 1857 - 1914P