第一章　微生物与寄生虫

第一节　细菌

答：病原生物按照有无细胞基本结构、分化程度和化学组成等不同可分为细菌、真菌、病毒和寄生虫四大类。细菌（bacterium）由单细胞组成，细胞核的分化程度较低，仅有原始核，染色体仅为单个裸露的DNA分子，无核膜和核仁等结构，缺乏完整的细胞器。真菌（fungi）是一类由无叶绿素的单细胞或多细胞组成，细胞核分化程度高，有典型的核结构（有核仁、核膜和染色体），通过有丝分裂进行繁殖；胞浆内有多种完整的细胞器（如内质网、核糖体、线粒体等）。病毒（virus）的体积微小，能通过细菌滤器，无细胞结构，无产生能量的酶系统，由单一核酸（DNA或RNA）和（或）蛋白质衣壳组成，必须在活的易感细胞内生长繁殖。寄生虫（parasite）是一类在生活中需要寄生于另一生物才能生存的动物，有完整的细胞膜、细胞质和细胞核，包括单细胞原生动物，多细胞的环节动物、扁平动物、棘头动物、线形动物和节肢动物等。

答：螺旋体（spirochaeta）是一类细长、柔软、弯曲呈螺旋状，利用细胞壁和细胞膜间的轴丝运动的活泼原核细胞型微生物。支原体（mycoplasma）是一群没有细胞壁、能在人工培养基中生长繁殖的最小的原核细胞型微生物，最小个体直径0.2～0.3μm，可通过滤菌器，形态上呈高度多形性，由于生物合成能力有限，生长时需从外界环境摄取胆固醇。衣原体（chlamydia）是一类能通过滤菌器、严格细胞内寄生、有独特的双相生活周期的原核细胞型生物。立克次体（rickettsia）是大小介于细菌和病毒之间，绝大多数为专性细胞内寄生，菌体内同时含有DNA和RNA两类核酸物质，以二分裂方式繁殖的原核细胞型微生物。从分类学角度上，螺旋体、支原体、衣原体、立克次体这几类结构和成分与细菌具有诸多相似之处，所以将它们统列入广义的细菌范畴。

答：我们往往会对生物进行分类，病原生物也和其他生物相同，分类等级主要包括界（kingdom）、 门　（division）、 纲　（class）、 目　（order）、 科　（family）、 属　（genus）、 种（species）。病原生物的分类、命名和鉴定是在全面了解细菌、真菌、病毒和寄生虫的生物学特征的基础上，研究它们的种类，探索其起源、演化以及与其他类群之间的亲缘关系，进而提出能反映自然发展的分类系统。病原生物的分类方法大体包括两种：表型特征分类法和遗传学分类法。病原生物的命名是在分类基础上，给予每种病原生物一个科学名称，使之在生产实践、临床实践和科学研究工作中相互交流成为可能。制定病原生物命名的法规，能保证所有的科研工作者以同样方式给病原生物命名。

答：细菌大小以微米（μm）为测量单位，按其外形描述可分成球菌、杆菌、螺菌。单个球菌直径约为0.5～3.0μm，单个杆菌或螺菌长短从0.5～20μm不等。人肉眼的最小分辨率为0.2mm，因此人的肉眼想要观察到单个细菌需要借助光学显微镜的放大功能，细菌被放大几百到上千倍才能看到。一般的光学显微镜包括目镜和物镜，目镜×10放大，物镜有×4镜、低倍镜（×10）、高倍镜（×40）和油镜（×100），故观察细菌形态需用光学显微镜的油镜。

答：革兰染色（Gram stain）法由丹麦病理学家Christain Gram于1884年创立，是细菌学中很重要的鉴别染色法，染色方法分为四步：结晶紫初染、卢戈碘液媒染、95%乙醇脱色、石炭酸复红复染。通过此法染色，可将细菌染成紫色或粉红色，即革兰阳性菌（G+）或革兰阴性菌（G-）两大类。革兰染色法的原理尚不完全清楚，目前主要有3种学说：①通透性学说：革兰阳性菌细胞壁结构较致密，肽聚糖层厚，脂质含量少，乙醇不易透入；革兰阴性菌细胞壁结构疏松，肽聚糖层薄，脂质含量多，乙醇易渗入；②等电点学说：革兰阴性菌等电点（pI 4～5）较革兰阳性菌等电点（pI 2～3）高，一般染料酸碱度在pH 7.0左右，电离后革兰阳性菌所带的负电荷比革兰阴性菌多，与带正电荷的结晶紫染料结合较牢固不易脱色；③化学学说：革兰阳性菌菌体含大量核糖核酸镁盐，可与结晶紫和碘牢固地结合呈大分子复合物，不易被乙醇脱色；革兰阴性菌菌体内含核糖核酸镁盐很少，吸附染料量少，形成的复合物分子也较小，故易被脱色。

答：细菌生理特征包括细菌的形态、染色性、生化反应及对外界环境因素的作用。生长曲线（growth curve）是以菌落形成单位（colony forming unit，CFU）为纵坐标，培养时间为横坐标作出一条反映细菌生长数变化的规律曲线。典型的生长曲线可以分为迟缓期（lag phase）、对数生长期（logarithmic phase）、 稳定期（stationary phase）和衰亡期（death phase）。对数生长期又称指数期（exponential phase）。细菌在该期生长迅速，活菌数以恒定的几何级数增长，生长曲线图上细菌数的对数呈直线上升，达到顶峰状态，在不添加培养基情况下，一般细菌对数生长期维持4～8小时。对数生长期的细菌的形态、染色性、生理活性等都较典型，对外界环境因素的作用敏感。因此，研究细菌的生物学性状（形态染色、生化反应等）和药物敏感性应选用该生长阶段的细菌。

答：细菌的动力来自于细菌的鞭毛（flagellum）。鞭毛是附着于多种细菌（如大多数杆菌、少数球菌、全部弧菌及螺菌）菌体上的细长而呈波状弯曲的丝状物。鞭毛自细胞膜长出，游离于细胞外，其由三个部分组成：基础小体、钩状体和丝状体。鞭毛的长度超过菌体若干倍。并不是所有细菌都有鞭毛，有鞭毛的细菌有动力，可在显微镜下呈活泼有方向的运动，而无鞭毛的细菌没有动力，在镜下只能呈不规则的布朗运动。因此，可用悬滴法或压滴法在显微镜下直接观察其运动，也可将细菌穿刺接种半固体培养基观察穿刺线（是否清晰）与其周围培养基（是否混浊）从而鉴别细菌种类。另外，细菌鞭毛数目、排列和位置常随不同菌种而异，可分为单毛菌（monotrichate）、双毛菌（amphitrichate）、丛毛菌（lophotrichate）和周毛菌（peritrichate）等类型。通过电子显微镜观察鞭毛，或经特殊染色法使鞭毛增粗后在普通光学显微镜下观察也可用作菌种鉴定。

答：某些细菌表面遍布的比鞭毛更为纤细、短而直的丝状蛋白附属物称菌毛，常把较短的菌毛称为纤毛（fimbriae），较长的称性菌毛（sexpilus），菌毛需借助电子显微镜才能观察到。纤毛数量多，每个细菌细胞的纤毛可达数百根，具有黏附细胞和定居各种细胞表面的能力。借助于菌毛，某些细菌可不受黏膜细胞表面的纤毛运动或蠕动等作用而牢固黏附（adhere）与定植（colonize）在呼吸道、消化道和尿道细胞表面，进而侵入细胞。通常，菌毛与细菌的致病性有关。

答：这是由细菌与人或哺乳动物细胞结构差异造成的。细菌细胞具有细胞壁，不论革兰阳性细菌还是革兰阴性细菌都含有同一组分：肽聚糖（peptidoglycan）又称黏肽（mucopeptide），是细胞壁的主要成分。肽聚糖多糖支架由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸经β-1，4-糖苷键连接间隔排列形成。各种细菌的多糖支架结构均相同，革兰阳性菌的肽聚糖是由多糖支架、四肽侧链和五肽桥三部分组成，革兰阴性菌肽聚糖仅由多糖支架和四肽侧链两部分组成。青霉素属于β-内酰胺类抗菌药物，抑制参与肽聚糖合成所需的转肽酶和羧肽酶等，抑制四肽侧链上D-Ala与五肽交联桥之间的联结或侧链直接相连，破坏细菌细胞壁的合成从而杀伤细菌。人和哺乳动物无细胞壁结构，亦无肽聚糖，青霉素对人和哺乳动物细胞无毒性作用。

答：萋-纳染色（Ziehl-Neelsen staining）又称抗酸染色，是1882年由埃利希（F.Ehrlich）首创并经F.齐尔（Ziehl）改进的细菌染色法。分枝杆菌属革兰染色阳性细菌，但不易着色，萋-纳染色呈红色，故而被分类为抗酸阳性菌。分枝杆菌具有特殊的细胞壁结构，其最外层为外脂（outer lipids）与分枝菌酸（mycolic acid）形成的高度疏水的分枝菌酸酯层（mycolate），内层为特殊的肽聚糖层，两层之间由阿拉伯半乳聚糖（arabinogalactan）形成的多糖层连接。分枝杆菌属细菌细胞壁含有丰富的脂质，并比其他细菌的细胞壁要厚，一般的染料通常难于着色。萋-纳染色在加热条件下使分枝菌酸与石炭酸复红牢固结合成复合物，不被盐酸乙醇脱色。当再加碱性亚甲蓝复染后，分枝杆菌仍然为红色，而其他细菌及背景中的物质为蓝色。由此，可以将分枝杆菌与其他细菌区别开。

答：细菌细胞壁坚韧而富有弹性，可维持细菌的固有外形，并可保护细菌抵抗低渗环境影响，是细菌表层结构的重要组成部分。但有些细菌在人工诱导或自然情况下，通过理化或生物因素作用（如临床抗生素治疗），细胞壁肽聚糖合成被抑制或受到破坏而导致细胞壁缺陷的细菌产生，这类细菌称为细菌L型，于1935年由Lister研究所发现而以其第一字母命名。细菌L型仍具有致病性，可引起组织间质性炎症和慢性感染，由于用常规细菌培养方法不能检出，因此遇有临床症状未改善的常规细菌培养阴性者应考虑到细菌L型感染可能性，应做L型的专门分离培养，并更换抗菌药物。

答：白喉棒状杆菌为革兰阳性杆菌，但用特殊染色法（Albert染色）染色后菌体内部颜色会出现差别。这是因为白喉棒状杆菌的细胞质内含有胞质颗粒（cytoplasmic granules or inclusions），大多为营养储藏颗粒，包括淀粉、糖原、脂类和磷酸盐等。颗粒多少与细菌菌种、生长期、养料及能量状况有关。胞质颗粒可用特殊染色显示，又称异染颗粒（metachromatic granules），常用于细菌的鉴别。Albert染色方法是：先用甲液（甲苯胺蓝、孔雀绿染色液）初染，水洗后滴加Albert乙液（碘液）复染，最终菌体被染成绿色，颗粒被染成蓝黑色。

答：芽胞（endospore）是某些细菌在一定条件下，胞质脱水在菌体内形成具有多层膜包裹的圆形或卵圆形小体。芽胞并非细菌繁殖体，而是避开不良环境维持细菌生存处于代谢相对静止的休眠体。当营养缺乏，特别是碳源和氮源缺乏时，某些革兰阳性菌能形成芽胞，如炭疽杆菌、破伤风梭菌等。不同细菌形成芽胞所需条件不同，如炭疽杆菌须在有氧条件下，而破伤风梭菌则在厌氧条件下。芽胞的形成始于对数生长期末，细菌细胞膜进行性内陷生长，逐渐形成双层膜结构，包被核质成为芽胞核心。细胞膜又能合成特殊物质在内膜和外膜间形成芽胞壁和皮质，再在外膜外围形成芽胞壳和芽胞外衣。成熟的芽胞可被多种代谢物、机械力、热、pH改变等激活而发芽，先是芽胞酶活化，破坏芽胞壳，水分进入，在合适的温度和营养条件下，芽胞的核心向外生长成繁殖体。一个芽胞发芽只生成一个菌体。

答：细菌生长是细菌和环境相互作用的结果，众多环境因素可影响细菌生长，气体条件就是其中之一。根据细菌对氧的需要程度，细菌分为专性需氧菌（obligate aerobe）、 微需氧菌（microaerophile）、兼性厌氧菌（facultative anaerobe）和专性厌氧菌（obligate anaerobe）。氧进入细胞内，常会产生具有杀菌的毒性产物单态氧（singlet oxygen，¹O₂）、超氧阴离子（superoxide ion，O^-₂）、过氧化物（peroxides，H₂ O₂）和OH自由基，它们能破坏和损伤细菌细胞膜，导致生物大分子自由基化，从而对细菌产生致死作用。非厌氧菌通过超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）催化分解生成H₂O₂，后者又可在触酶（catalase）或过氧化物酶作用下生成H₂O。在这种机制下保护细菌得以生存，若细菌没有上述类似的保护机制，则这些细菌不能在有氧条件下生存，专性厌氧菌正因为缺乏处理这些毒性基团的酶类而需厌氧生长。厌氧菌厌氧生长的另一原因为缺乏高氧化还原电势（Eh）的呼吸酶。

答：细菌以简单的二分裂方式进行无性繁殖。细菌分裂数量倍增所需时间称代时（generation time，G）。多数细菌代时为20～30分钟，若细菌进行人工培养，一般24～48小时后单个细菌就能二分裂繁殖形成人肉眼可见的细菌菌落。如此迅速的代谢繁殖速度依赖于细菌表面积。水和水溶性物质可以直接通过细菌半透膜性的细胞壁和细胞膜进入细胞内，蛋白质、多糖等大分子营养物质经细菌分泌的胞外酶作用分解成小分子物质被吸收。细菌虽然体积微小，但相对表面积大，有利于同外界进行物质交换。如葡萄球菌直径约1μm，则1cm³体积的表面积可达60000cm²；直径为1cm的生物体，每平方厘米体积的表面积仅6cm²，两者相差1万倍。因此细菌的代谢旺盛，繁殖迅速。

答：这是由于各种细菌、真菌等微生物接触食物，并利用食物中的有机物生长和大量繁殖造成的。但在一般情况下多是细菌的作用。细菌可以分解食物中的多糖、蛋白质产生一些低分子的物质如氨、硫化氢与酮等，使食品发生不良的气味和味道如酸、臭等。细菌的生存需要适宜的温度、pH、水分、营养物质等。在长期进化过程中细菌已适应人体环境，多数为嗜温菌，最适生长温度为人的体温，即37℃。夏天温度较高，基本在30℃以上，与人体温度近似，食物中又有大量的营养物质和充足水分，非常适合细菌生长。因此，夏天食物中的细菌繁殖加快，细菌数量大幅增加，进而分解食品中的有机物，导致食品的腐败变质。

答：细菌为半透明体，当光线通过细菌悬液时，由于菌体的散射及吸收作用使光线的透过量降低，细菌悬液呈混浊状态。在一定的范围内，微生物细胞浓度与透光度成反比，与光密度成正比，而光密度或透光度可以由相应的仪器例如分光光度计精确测出。因此，可用一系列已知菌数的菌悬液测定光密度，作出光密度—菌数标准曲线。然后，以样品液所测得的光密度，从标准曲线中查出对应的菌数从而粗略估计标本细菌的数量。制作标准曲线时，菌体计数可采用血细胞计数板计数、平板菌落计数等方法。

答：细菌利用人体代谢中的产物和能量不断合成菌体自身成分，如细胞壁、多糖、蛋白质、脂肪酸、核酸等，同时还合成一些在医学上具有重要意义的代谢产物。热原质（pyrogen）或称致热原就是其中一种，是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质即其细胞壁的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），细菌死亡裂解后释放在周围环境中。脂质A是内毒素的主要毒性组分，各种革兰阴性菌脂质A的结构与生物学性质相似，毒性作用类同。LPS首先在血液中与LPS结合蛋白（lipopolysaccharide binding protein，LBP）结合，然后与单核细胞和巨噬细胞表面膜CD14分子结合，使其激活并产生释放TNF-α、IL-1等细胞因子，继而进一步刺激各种免疫细胞、内皮细胞或黏膜细胞，引起局部或全身性病理生理反应，如发热、白细胞升高，严重者可发生内毒素休克、弥散性血管内凝血。

答：细菌是人类肉眼不可见的微生物，临床微生物检验需对细菌进行分离鉴定、毒力鉴定、抗微生物药物敏感性试验等，为达此目的必须将细菌进行人工体外培养。细菌的人工培养是指人工提供细菌生长繁殖所需的营养和生长条件使细菌迅速生长繁殖。细菌在人工配制的培养基（medium）上生长繁殖，培养基内有适合细菌生长繁殖的营养基质，除营养成分外，还要求合适的pH（一般在7.2～7.4）和渗透压，须经灭菌后才能使用。借助人工培养技术细菌可以在体外生长并表现出一定的生长特征，从而满足人们对临床诊断或科研的需要。

答：细菌的生长繁殖需从外界环境中获取营养物质用于细菌生命活动。营养物质被细菌吸收后参与了细菌的细胞组成、构成酶的活性成分和提供细菌各种生命活动所需要的能量。这一过程中各种细菌依据自身酶系统发生新陈代谢，分解底物转化为能量的过程称为分解代谢；所产生的能量用于细胞组分的合成称为合成代谢；将两者紧密结合在一起的过程称为中间代谢。伴随代谢过程细菌还将产生各类代谢产物。细菌种类不同，代谢过程和代谢产物也会有所区别。因此临床常用的细菌生化反应（bacterial biochemical reaction）依据各种细菌具有独特的酶系统，对底物的分解能力不同而产生不同代谢产物，在培养基中加入不同的底物和指示剂，可检测细菌分解底物的能力，通过观察细菌在特定培养基中生长以及所产生的特殊代谢产物对细菌进行鉴定。

答：热力消毒灭菌是应用较为广泛的物理消毒灭菌法。高热可以破坏微生物蛋白质、核酸、细胞壁和细胞膜，从而导致微生物死亡。受高热作用后，蛋白质分子运动加快，肽链连接键断裂，蛋白变性凝固；细胞膜功能受损使胞内物质漏出，细菌内外环境平衡失调，从而起到杀灭细菌的目的。热力灭菌分干热灭菌法和湿热灭菌法两大类，干热法包括焚烧、烧灼和干烤等，湿热法包括巴氏消毒、煮沸、高压蒸汽灭菌等。相同温度下，湿热法较干热法效力大，其原因是：①湿热环境中菌体蛋白易凝固，湿热供给充足的水分，蛋白质在含水多的环境中易凝固，随着蛋白质含水量的增加，凝固所需温度降低；②湿热穿透力比干热大，水是热的良导体，湿热传导快，穿透性强，可使被灭菌物品内温度迅速上升，而干热靠辐射传导，穿透性差；③湿热蒸气变为液态时可释放潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。

答：辐射法也是应用较为广泛的物理消毒灭菌法。根据波长不同，辐射（radiation）有电离辐射及非电离辐射，紫外杀菌产生的是非电离辐射效应。杀菌紫外线波长为240～280nm，它作用于DNA链上相邻两个胸腺嘧啶或胞嘧啶，共价结合形成二聚体而干扰DNA复制与转录，导致细菌的死亡，从而起到消毒灭菌的作用。紫外线能迅速穿透空气，故常用于空气消毒，但其穿透力差，不能穿透固体物品如玻璃、棉布、塑料、纸张等，故而不能用于物品内部的消毒灭菌，加之对机体组织的损伤，只能用于不耐热物品表面消毒。

答：滤过（filtration）是以物理阻留的方法将液体或空气中的微生物除去以达到无菌目的。所用的器具称滤器（filter），滤器中的复层网状微孔结构通过毛细管阻留、筛孔阻留和静电吸附综合作用达到除菌效能。过滤法用于不耐高温物品灭菌如血清、抗毒素与抗生素等。滤器种类很多，其制作材料、滤孔大小与除菌效能有关。目前常用的薄膜滤器的滤膜由醋酸纤维素制成，厚度仅为0.1mm，装在不锈钢或耐高温的塑料支架上。用于除菌的滤膜孔径一般为0.22μm，且醋酸纤维本身不带电荷，因此当液体滤过时有效成分丢失较少。

答：芽胞是某些细菌在一定条件下，胞质脱水在菌体内形成具有多层膜包裹的圆形或卵圆形小体，其特点是含水少，包膜厚而致密，无通透性，含有的2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic acid，DPA）和钙生成盐能使各种酶有较强的稳定性和耐热性，有助于细菌在不良环境中维持生存，在自然界中芽胞能存活数十年，故而细菌的芽胞对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等具有强大抵抗力。一般细菌繁殖体在80℃的水中迅速死亡，芽胞在100℃的沸水中能存活数小时。因此芽胞是较顽强的细菌存在形式，当它被杀灭时，细菌的繁殖体也已经被杀灭，故而将杀灭细菌芽胞作为判断灭菌彻底的标准。

答：突变（mutation）是遗传型变异中常见的一种类型，是细菌细胞中DNA核苷酸序列发生了稳定的可遗传的改变。细菌所含有的遗传信息即DNA中的核苷酸序列，称为基因型（genotype）。基因型的具体表现称为表型（phenotype）。细菌通过核苷酸序列指导蛋白质的合成。点突变是DNA序列上单个碱基的改变。点突变可导致以下结果：同义突变、错义突变、无义突变和移码突变。当碱基的改变不能引起氨基酸的改变或引起氨基酸的改变但此氨基酸不位于蛋白质的重要位置时，细菌可无表型变化，例如同义突变或部分错义突变；当碱基的改变引起氨基酸序列的改变，并进一步导致蛋白质结构发生变化时，细菌的表型会发生变化，例如部分错义突变、无义突变和移码突变。

答：细菌可以通过基因突变的方式获得对一种抗菌药物的耐药性，但这种突变的频率较低，细菌对一种抗菌药物产生耐药性突变的频率按10^-6计算，则双重耐药的突变率应为10^-12，如此推算，耐三种药物及以上的多重耐药突变率会更低。用基因突变很难解释这种多重耐药性产生。进一步研究发现，这些细菌中存在编码对抗生素耐药的基因，而且可通过类似F因子的方式在细菌间传递，这就是R质粒。R质粒含有耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）和耐药性决定因子（resistant determinant factor）。RTF编码类似性菌毛的可传递装置，r因子编码对一种或多种抗生素的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列，转座子两端的插入序列（IS）使r因子可整合入质粒，也可与质粒分离，只有两者处于结合状态时，r因子才可通过接合传递给受体菌，而受体菌就获得耐药性，同时也变成携带R质粒的细菌，可以把R质粒再转移给其他细菌。

（宋珍）