《微生物学与免疫学》1绪论课件.ppt

1、绪论绪论 微生物学与免疫学微生物学与免疫学王莹王莹 微生物教研室微生物教研室主要内容主要内容Part I 微生物学微生物学Part II 免疫学免疫学Part III 微生物学在微生物学在药学中的应用药学中的应用原核微生物：细菌、放线菌、原核微生物：细菌、放线菌、“四体四体”真核微生物：酵母菌、霉菌、大型真菌真核微生物：酵母菌、霉菌、大型真菌病毒病毒营养和代谢营养和代谢生长与控制生长与控制遗传和变异遗传和变异PART 1 微生物学微生物学抗原抗原免疫系统免疫系统免疫分子（抗体，补体）免疫分子（抗体，补体）免疫应答免疫应答超敏反应超敏反应免疫学应用免疫学应用PART 2 免疫学免疫学抗生素抗生素

2、体外抗菌试验体外抗菌试验无菌检查和微生物限度检查无菌检查和微生物限度检查PART 3 在药学中在药学中免疫学基本概念微生物学和免疫学发展历程 微生物学基本概念绪论绪论-本章重点本章重点title1title3title2药学微生物学的研究意义title4 一类体积微小、结构简单、分布广泛、增殖迅速、肉一类体积微小、结构简单、分布广泛、增殖迅速、肉眼不能直接观察到，须借助显微镜放大数百倍、乃至眼不能直接观察到，须借助显微镜放大数百倍、乃至数万倍才能看到的数万倍才能看到的微小生物微小生物。微生物（微生物（microorganism）1.定义定义PART 1 PART 1 微生物学（微生物学（Mic

3、robiologyMicrobiology）微生物学（微生物学（microbiology）研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异、分类、生态等生命活动规律及其应用的遗传变异、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。一门学科。1 个体小，比表面积大（个体小，比表面积大（以以 m或或 nm表示表示）基础基础 巨大的营养物质的吸收面巨大的营养物质的吸收面具有具有 巨大的代谢废物的排泄面巨大的代谢废物的排泄面 巨大的环境信息的接受面巨大的环境信息的接受面 比表面积比表面积=表面积表面积 /体积体积2.微生物特点微生物特点 2 生长旺，繁殖快

4、生长旺，繁殖快 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli )12.5-20min/分裂一次分裂一次 90min，“五世同堂五世同堂”48h,地球大小地球大小 在发酵工业上有重要的实践意义在发酵工业上有重要的实践意义 病原、腐败微生物给人类带来极大的麻烦病原、腐败微生物给人类带来极大的麻烦 3 代谢代谢(metabolize)类型多，活性强类型多，活性强微生物的比表面积大是主要原因！微生物的比表面积大是主要原因！4 种类分布广，数量多种类分布广，数量多 分布广分布广 最高：最高：85km（2004年年8月数据），而飞机最高可达月数据），而飞机最高可达26km;最深：最深：加拉帕戈斯群岛加拉帕戈斯群岛深海深

5、海10000m以下，以下，100 以上，以上，1140个个大气压下；大气压下；最耐热：最耐热：112；最耐酸：最耐酸：0.51.0mol/L的的H2SO4溶液中；溶液中；最耐碱：最耐碱：pH9pH11的溶液中；的溶液中；最耐盐：最耐盐：5.5 mol/L 的的NaCl中；中；另外，微生物抗压、抗辐射、抗重金属、耐低温的能力也是其他另外，微生物抗压、抗辐射、抗重金属、耐低温的能力也是其他生物无法比拟的。生物无法比拟的。美国黄石国家公园的热泉中，栖息着耐热微生物。美国黄石国家公园的热泉中，栖息着耐热微生物。19691969年，年，T.BrockT.Brock发现了嗜热水生菌（发现了嗜热水生菌（Th

6、ermus aquaticusThermus aquaticus）。）。19771977年古细菌作为一个新的域（年古细菌作为一个新的域（domaindomain）被确定。）被确定。来源于该菌的来源于该菌的 TaqTaq 酶成为酶成为PCRPCR技术的关键成分。技术的关键成分。数量多数量多土壤土壤：“土壤是微生物的大本营土壤是微生物的大本营”。1克土壤包含细菌数亿克土壤包含细菌数亿个，地球土壤中的细菌总重量估计为：个，地球土壤中的细菌总重量估计为：11016吨；吨；纸币纸币：每张流通程度中等的纸币携带细菌数，约：每张流通程度中等的纸币携带细菌数，约900万个；万个；5 易变异易变异 有益变异：在

7、发酵工业中进行菌种选育，有益变异：在发酵工业中进行菌种选育，提高生产性能提高生产性能 青霉素青霉素产黄青霉（产黄青霉（Penicillium chrysogenum)1943 20单位单位/mL发酵液，病人需注射十万单位发酵液，病人需注射十万单位 各国微生物遗传育种工作者的不懈努力各国微生物遗传育种工作者的不懈努力 产量变异逐渐累积产量变异逐渐累积 其他发酵条件的改变其他发酵条件的改变 1983 5-10万单位万单位/mL发酵液发酵液有害变异：致病菌对抗生素产生的抗药性变异有害变异：致病菌对抗生素产生的抗药性变异 1943 重病人每天分几次共注射重病人每天分几次共注射10万万单位的青霉素单位的

8、青霉素 现在，现在，病人每天分几次共注射病人每天分几次共注射100万万单位的青霉素单位的青霉素3.分类学地位分类学地位六界分类系统（美国康奈尔大学六界分类系统（美国康奈尔大学Whittaker，1969年）年）非细胞生物非细胞生物 真真 细细 菌菌细菌、放线菌、蓝细菌细菌、放线菌、蓝细菌 古古 细细 菌菌 真真 菌菌霉菌、酵母菌、蕈菌、黏菌霉菌、酵母菌、蕈菌、黏菌 单细胞藻类单细胞藻类 原生动物原生动物 病病 毒毒原核原核生物生物真核真核生物生物细细胞胞生生物物细胞生物的三原界细胞生物的三原界 Tree Domains 真细菌域真细菌域古细菌域古细菌域真核生物域真核生物域(含植物界、动物界）含

9、植物界、动物界）细胞生物的三原界细胞生物的三原界微生物的命名采用林奈（微生物的命名采用林奈（Linnaeus）双名法）双名法。学名学名=属名属名+种名种名+（首次定名人）（首次定名人）+现定名人现定名人+定名年份定名年份属名属名：拉丁文的拉丁文的名词名词或用作名词的形容词，单数，或用作名词的形容词，单数，首字母首字母大写大写，表示微生物的，表示微生物的主要特征主要特征，由微生物构造，形状或由，由微生物构造，形状或由科学家命名。科学家命名。种名：种名：拉丁文拉丁文形容词形容词，字首小写字首小写，为微生物，为微生物次要特征次要特征。如。如微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。微生物色素、形状、来源

10、或科学家姓名等。必要，用斜体表示必要，用斜体表示可省略，用正体字可省略，用正体字4.命名命名例如：例如：Escherichia coli（Migula）Castellani et Chalmers 1919Staphylococcus aureus Rosenbach 1884Bacillus subtilis 当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未定种名）时，可在属名后加未定种名）时，可在属名后加sp.或或ssp.（分别代表（分别代表species 缩写的单数和复数形式）。缩写的单数和复数形式）。例如例如：Saccharomyces sp.

11、表示酵母菌属中的一个种。表示酵母菌属中的一个种。种种（species）：一大群表型特征极其相似的菌株的总称，它）：一大群表型特征极其相似的菌株的总称，它 们亲缘关系相近，与同属中其它种有明显差异。们亲缘关系相近，与同属中其它种有明显差异。变种变种（variety）：某一特征上和模式菌有明显差异的菌株。）：某一特征上和模式菌有明显差异的菌株。Bacillus subtilis var.niger型型（type）：同一细菌种内显示很小生物学差异的菌株。）：同一细菌种内显示很小生物学差异的菌株。菌株菌株（strain）：一种微生物不同来源的纯培养。菌株几乎）：一种微生物不同来源的纯培养。菌株几乎是无

12、限的，它强调遗传型纯的谱系。是无限的，它强调遗传型纯的谱系。Escherichia coli B Escherichia coli K12种、变种、型、菌株种、变种、型、菌株PART 2 免疫学免疫学(Immunology)免疫免疫(Immunity)即通常指免除疫病（传染病）及抵即通常指免除疫病（传染病）及抵抗多种疾病的发生。抗多种疾病的发生。免疫学免疫学(Immunology)研究机体免疫系统的组成（免研究机体免疫系统的组成（免疫器官、免疫细胞和免疫分子）、结构及其免疫生物疫器官、免疫细胞和免疫分子）、结构及其免疫生物学（生理性的和病理性的）功能的学科。学（生理性的和病理性的）功能的学科。

13、表表1 免疫的主要功能免疫的主要功能感染早期，感染早期，M 伸出伸出长长的伪足去捕获长长的伪足去捕获细菌细菌肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌固有免疫固有免疫(Innate Immunity)体液免疫体液免疫细胞免疫细胞免疫T细胞细胞T细胞细胞T细胞细胞获得性免疫获得性免疫(aquired immunity)B细胞释放细胞释放 微生物学及其主要分支学科微生物学及其主要分支学科 微生物学微生物学基础微生物学基础微生物学应用微生物学应用微生物学按微生物种类分按微生物种类分 微微 生生 物物 分分 类类 学学细菌学细菌学真菌学真菌学病毒学病毒学菌物学菌物学原生动物学原生动物学藻类学藻类

14、学按过程或功能分按过程或功能分微生物生理学微生物生理学微生物遗传学微生物遗传学微生物生态学微生物生态学分子微生物学分子微生物学细胞微生物学细胞微生物学微生物基因组学微生物基因组学按与疾病的关系分按与疾病的关系分免疫学免疫学医学微生物学医学微生物学流行病学流行病学三、微生物学和免疫学发展简史三、微生物学和免疫学发展简史n1.感性认识阶段感性认识阶段 发明和使用显微镜前，人们自然地与微生物打交道。发明和使用显微镜前，人们自然地与微生物打交道。酿酒、制醋、制酱油、腌菜；酿酒、制醋、制酱油、腌菜；豆科植物的根瘤有增产作用；豆科植物的根瘤有增产作用；轮作等农业措施可提高作物产量。轮作等农业措施可提高作物

15、产量。n2.形态学阶段形态学阶段 荷兰荷兰 吕文虎克（吕文虎克（Anthony Van Leenwenhock，1632-1723)于于1676,自制了简单的显微镜，观察了许多微小物体和自制了简单的显微镜，观察了许多微小物体和生物。生物。Antony Van Leeuwenhoek3.生理学发展阶段生理学发展阶段（1）巴斯德的鹅颈瓶实验，推翻了）巴斯德的鹅颈瓶实验，推翻了“自然发生说自然发生说”（2）发酵学的研究）发酵学的研究十九世纪中叶，法国南部酿酒业由于酒变质而损失惨重。十九世纪中叶，法国南部酿酒业由于酒变质而损失惨重。Pasteur认为：葡萄汁发酵变成酒是酵母菌作用的结果，认为：葡萄汁发

16、酵变成酒是酵母菌作用的结果，葡萄汁变质是小杆菌即乳酸杆菌引起的乳酸发酵。葡萄汁变质是小杆菌即乳酸杆菌引起的乳酸发酵。提出先将葡萄汁加热，再接种酵母菌，得到纯粹的酒精发酵，得到了提出先将葡萄汁加热，再接种酵母菌，得到纯粹的酒精发酵，得到了品质优良的葡萄酒。品质优良的葡萄酒。巴斯德消毒法巴斯德消毒法PasteurPasteur又用试验证明：又用试验证明：不同的微生物可引起不同的发酵，不同的微生物可引起不同的发酵，酵母菌引起酒精发酵酵母菌引起酒精发酵 乳酸杆菌引起乳酸发酵乳酸杆菌引起乳酸发酵 醋酸杆菌引起醋酸发酵醋酸杆菌引起醋酸发酵 发酵作用就是微生物无氧呼吸的结果。发酵作用就是微生物无氧呼吸的结果

17、。氧气对酒精发酵有抑制作用氧气对酒精发酵有抑制作用巴斯德效应巴斯德效应（3）疾病与微生物的关系）疾病与微生物的关系 1850，因炭疽病死亡的牛血液中有大量的杆状物，且杆状物在血，因炭疽病死亡的牛血液中有大量的杆状物，且杆状物在血 液中培养数目增加；液中培养数目增加；Pasteur将这种血液接种健康的牛，至使健康牛将这种血液接种健康的牛，至使健康牛生炭疽病。生炭疽病。血液中的杆菌具有传染性血液中的杆菌具有传染性KochKoch发现病牛的血液中有菌，并提出发现病牛的血液中有菌，并提出“柯赫原则柯赫原则”，特殊的病原菌应在同一疾病中查见，该病原菌能被分离培养得纯种；特殊的病原菌应在同一疾病中查见，该

18、病原菌能被分离培养得纯种；该纯培养物接种至易感动物，能产生同样病症；该纯培养物接种至易感动物，能产生同样病症；自人工感染的实验动物体内能重新分离得该病原菌纯培养。自人工感染的实验动物体内能重新分离得该病原菌纯培养。Lister Lister认为外科手术的感染与细菌有关，采用石炭酸喷雾消毒和认为外科手术的感染与细菌有关，采用石炭酸喷雾消毒和清洗伤口后再行外科手术，大大降低了死亡率。清洗伤口后再行外科手术，大大降低了死亡率。（4）纯培养的建立）纯培养的建立 Lister创立了稀释分离法创立了稀释分离法 Koch创立了划线分离法，获得细菌纯培养。创立了划线分离法，获得细菌纯培养。熟土豆片熟土豆片 明

19、胶平板明胶平板 琼脂平板琼脂平板 （25融化融化）（95融化融化 45 凝固）凝固）（5）免疫学的发展）免疫学的发展 英国医生英国医生 Jenner接种牛痘预防天花接种牛痘预防天花(Pox virus)。Day 7Day 3Day 5天花是由天花病毒引起的一种烈性传染病，也是到目前为天花是由天花病毒引起的一种烈性传染病，也是到目前为止，在世界范围被人类消灭的第一个传染病。止，在世界范围被人类消灭的第一个传染病。Pasteur研究鸡霍乱病原菌认为：长老了的细菌会失去致病力，研究鸡霍乱病原菌认为：长老了的细菌会失去致病力，但这种减毒细菌仍然保留着刺激宿主产生抗体物质的能力。但这种减毒细菌仍然保留着

20、刺激宿主产生抗体物质的能力。而抗体能保护宿主以后接触有毒有机体是不受侵袭。而抗体能保护宿主以后接触有毒有机体是不受侵袭。几星期后几星期后42-43oC下培养下培养的老龄霍乱菌的老龄霍乱菌获免疫力获免疫力37oC下培养下培养的新鲜霍乱菌的新鲜霍乱菌 “微生物学之父微生物学之父”法国的巴斯德（法国的巴斯德（L.Pasteur)曲颈瓶实验彻底推翻曲颈瓶实验彻底推翻“自然发生自然发生”学说学说 发酵学的奠基人发酵学的奠基人 发现并证实发酵是由微生物引起的发现并证实发酵是由微生物引起的 免疫学的奠基人免疫学的奠基人 制备了最早的霍乱，炭疽，狂犬病疫苗制备了最早的霍乱，炭疽，狂犬病疫苗 巴斯德消毒法（巴斯

21、德消毒法（Pasteurization）代表人物的主要贡献：代表人物的主要贡献：德国的柯赫（德国的柯赫（R.Koch)建立实验动物感染法，创立柯赫原则（建立实验动物感染法，创立柯赫原则（1884）发现了结核分枝杆菌，发现了结核分枝杆菌，获获1905年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。建立纯培养技术：划线分离法分离病原菌建立纯培养技术：划线分离法分离病原菌 创立许多显微技术：细菌的鞭毛染色创立许多显微技术：细菌的鞭毛染色 悬滴培养法悬滴培养法 显微摄影技术显微摄影技术 英国的李斯特（英国的李斯特（J.Lister)稀释分离法稀释分离法 外科消毒技术的建立外科消毒技术的建立 4.近代微生物学的发展（近代微生物

22、学的发展（1900-1953）病毒学研究：病毒学研究：1892年，俄国伊凡诺夫斯基发现年，俄国伊凡诺夫斯基发现TMV（烟草花叶病毒）（烟草花叶病毒）免疫学机制：免疫学机制：19世纪末世纪末 细胞免疫学说：俄国细胞免疫学说：俄国 梅契尼可夫梅契尼可夫 体液免疫学说：德国体液免疫学说：德国 欧立希欧立希(Ehrlich)化学疗剂：化学疗剂：20世纪初世纪初 弗莱明弗莱明(Fleming)：青霉素：青霉素(Penicillin)。1945年获诺贝年获诺贝尔医学奖尔医学奖 杜马克杜马克(Domagk)：白浪多息：白浪多息(Prontosil)瓦克斯曼瓦克斯曼(Waksman)：多种抗生素：链霉素、氯霉

23、素、：多种抗生素：链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素等。金霉素、土霉素等。1952年获诺贝尔生理学和医学奖年获诺贝尔生理学和医学奖 抗生素的抗生素的发现发现1929年，年，Fleming首先从青霉菌中发现青霉素。首先从青霉菌中发现青霉素。青霉素的诞生有着划时代的意义青霉素的诞生有着划时代的意义 5.微生物分子生物学的发展（微生物分子生物学的发展（1953至今）至今）自自1953年年4月月25日日 Watson和和Crick在在自然自然杂志上发表杂志上发表DNA结构结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段。的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段。微生物迅速成

24、为分子生物学研究中的最主要对象。微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要对象。1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说。1微生物是生物学基础研究中最理想的实验对象，对微生微生物是生物学基础研究中最理想的实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破。物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破。t 基因和酶关系的阐明及基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说；的假说；t 遗传的物质基础的阐明；遗传的物质基础的阐明；Jacob等通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制，提出阐明基因表达调控机制的操纵子学说

25、，为分子生物学的形成奠定了基础。t 基因表达调控机制的研究；基因表达调控机制的研究；四、药学微生物学研究的重要意义四、药学微生物学研究的重要意义 在动物、植物等学科常用的实验技术，如细胞的人工在动物、植物等学科常用的实验技术，如细胞的人工培养；突变体筛选；培养；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程重组技术和遗传工程等，均等，均是借鉴微生物学实验技术而建立的。是借鉴微生物学实验技术而建立的。微生物基因组研究是微生物基因组研究是“人类基因组计划人类基因组计划”的前奏的前奏 作为模式生物，微生物是基因与基因组功能研究的重作为模式生物，微生物是基因与基因组功能研究的重要材料与工具。要材料与工具。微生物

26、学实验技术也为其它学科的发展提供了借鉴微生物学实验技术也为其它学科的发展提供了借鉴2.微生物学促进了医疗卫生的进步微生物学促进了医疗卫生的进步 人类鼠疫大流行：人类鼠疫大流行：6世纪死亡世纪死亡1亿人、亿人、14世纪死亡世纪死亡6500万万人、人、20世纪死亡世纪死亡100万人。现在鼠疫已几乎绝迹。万人。现在鼠疫已几乎绝迹。外科消毒术的建立外科消毒术的建立寻找病原微生物的竞争寻找病原微生物的竞争免疫防治方法的应用免疫防治方法的应用化学治疗和抗生素治疗化学治疗和抗生素治疗基因工程药物的设计和生产基因工程药物的设计和生产五大战役五大战役 现代工业发酵产品包括抗生素、维生素、氨基酸、酶现代工业发酵产

27、品包括抗生素、维生素、氨基酸、酶制剂、激素、基因工程产品制剂、激素、基因工程产品大部分由微生物生产大部分由微生物生产。3.微生物学是工业发酵的基础微生物学是工业发酵的基础 微生物作为地球微生物作为地球“清道夫清道夫”维护生态环境；维护生态环境；水体自净化、农药的微生物降解、污水处理水体自净化、农药的微生物降解、污水处理 微生物生产可持续的清洁能源；甲烷、乙醇、氢气微生物生产可持续的清洁能源；甲烷、乙醇、氢气 丰富的微生物资源及其产物是人类健康的重要宝库；丰富的微生物资源及其产物是人类健康的重要宝库；微生物和食品安全及品质改善密切相关；微生物和食品安全及品质改善密切相关；如生物农药。如生物农药。

28、4.微生物学是人类可持续发展的支撑微生物学是人类可持续发展的支撑 新的微生物资源（新的微生物资源（极端环境和海洋微生物）极端环境和海洋微生物）的开发；的开发；次级代谢途径及其调控的研究；次级代谢途径及其调控的研究；代谢工程；代谢工程；基因组、蛋白组及生物信息学；基因组、蛋白组及生物信息学；极端环境微生物极端环境微生物的研究；的研究；重要致病菌的特点及其防治重要致病菌的特点及其防治；用系统生物学的观点技术研究在药品和食品安全性问题；用系统生物学的观点技术研究在药品和食品安全性问题；生物质材料和生物质能源。生物质材料和生物质能源。5.未来微生物学研究热点未来微生物学研究热点药品生产药品生产：抗生素

29、、维生素、氨基酸：抗生素、维生素、氨基酸药物设计（发明）药物设计（发明）：针对微生物生命活动规律进行理性化设计；：针对微生物生命活动规律进行理性化设计；新药开发（发现）新药开发（发现）：数量繁多数量繁多、分布广泛的微生物为我们提供分布广泛的微生物为我们提供 了丰富的生物活性物质资源了丰富的生物活性物质资源；药品质量控制药品质量控制：控制霉变、药品的卫生学检查；：控制霉变、药品的卫生学检查；临床诊断临床诊断：微生物鉴定：微生物鉴定。6.微生物学对药学专业的应用及其指导意义微生物学对药学专业的应用及其指导意义绪论重点绪论重点n掌握掌握：微生物的概念，特点，分类；：微生物的概念，特点，分类；免疫的概

30、念和功能。免疫的概念和功能。n熟悉：微生物学的概念，分科，药学微生物学的熟悉：微生物学的概念，分科，药学微生物学的 范畴及与药学专业的关系；范畴及与药学专业的关系；微生物学的发展简史、著名人物及其贡献。微生物学的发展简史、著名人物及其贡献。n了解：微生物在自然界的作用；了解：微生物在自然界的作用；微生物学的发展趋向。微生物学的发展趋向。沈萍沈萍 2007，微生物学（第二版）微生物学（第二版）高等教育出版社。高等教育出版社。J.J.尼克林著尼克林著 林雅兰等译。林雅兰等译。科学出版社。科学出版社。周德庆周德庆 2002.微生物学教程微生物学教程 （第二版）。高等教育出版社。第二版）。高等教育出版

31、社。李阜棣李阜棣 胡正嘉胡正嘉.2007，微生物学。微生物学。第六版。中国农业出版社第六版。中国农业出版社。赵斌赵斌 何绍江何绍江.2002 微生物学实验。科学出版社。微生物学实验。科学出版社。References:微生物学导论（第二版）影印本。微生物学导论（第二版）影印本。高等教育出版社高等教育出版社沈萍沈萍，彭珍荣主译，彭珍荣主译 微生物学（中文版）微生物学（中文版）高等教育出版社。高等教育出版社。微生物学（第五版）微生物学（第五版）影印本影印本 高等教育出版社。高等教育出版社。李顺鹏主编李顺鹏主编 微生物学实验指导微生物学实验指导 中国农业出版社。中国农业出版社。中国微生物学会中国微生物学会 http:/ http:/ 中国科学院武汉病毒研究所中国科学院武汉病毒研究所 网址网址:http:/ http:/ http:/ http:/ 细菌名称数据库细菌名称数据库网址网址:http:/ YouThank You