微生物的基本概念
發(fā)布時間：
2022-12-27
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微生物的基本概念
微生物的含義:非分類學上名詞,來自法語“Microbe”一詞.是形體微小、單細胞或個體結(jié)構(gòu)簡單的多細
胞、甚至無細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的通稱.
種類:微生物類群十分龐雜,包括:無細胞結(jié)構(gòu)的病毒、類病毒、擬病毒等,
屬于原核生物的細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等,
屬于真核生物的酵母菌和霉菌,單細胞藻類、原生動物等.
兩界系統(tǒng)(亞里斯多德)
動物界Animalia:不具細胞壁,可運動,不進行光合作用.
植物界Plantae:具有細胞壁,不運動,可進行光合作用.
三界:原生生物界Protista:(E.H.Haeckel,1866年提出)
五界系統(tǒng)
原核生物界Monera:細菌、放線菌等
原生生物界Protista:藻類、原生動物、粘菌等
真菌界Fungi:酵母、霉菌
動物界Animalia:
植物界Plantae:
五界系統(tǒng)是以細胞結(jié)構(gòu)分化的等級以及和光合、吸收、攝食這三種主要營養(yǎng)方式有關(guān)的組織類型為基礎(chǔ)的.六界:加上病毒界.
三界(域)系統(tǒng)
Woese用寡核苷酸序列編目分析法對60多株細菌的16SrRNA序列進行比較后,驚奇地發(fā)現(xiàn):產(chǎn)甲烷細菌完全
大腸桿菌
沒有作為細菌特征的那些序列,于是提出了生命的第三種形式--古細菌(archaebacteria).隨后他又對包括某些真核生物在內(nèi)的大量菌株進行了16SrRNA(18SrRNA)序列的分析比較,又發(fā)現(xiàn)極端嗜鹽菌和極端嗜酸嗜熱菌也和產(chǎn)甲烷細菌一樣,具有既不同其他細菌也不同于其核生物的序列特征,而它們之間則具有許多共同的序列特征.于是提出將生物分成為三界(Kingdom)(后來改稱三個域):古細菌、真細菌(Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes).1990年,他為了避免把古細菌也看作是細菌的一類,他又把三界(域)改稱為:Bacteria(細菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物),并構(gòu)建了三界(域)生物的系統(tǒng)樹.
特點編輯
1.體積小、比表面積大
微生物的大小以μm計,但比表面積(表面積/體積)大,必然有一個巨大的營養(yǎng)吸收,代謝廢物排泄和環(huán)境信息接受面.這一特點也是微生物與一切大型生物相區(qū)別的關(guān)鍵所在.
舉例:乳酸桿菌:120,000;雞蛋:1.5;人(200磅):0.3
2.吸收多、轉(zhuǎn)化快
這一特性為高速生長繁殖和產(chǎn)生大量代謝物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ).
舉例:3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食;1克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食;大腸桿菌每小時消耗2000倍于體重的糖;發(fā)酵乳糖的細菌在1小時內(nèi)就可以分解相當于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖,產(chǎn)生乳酸;1公斤酵母菌體,在一天內(nèi)可發(fā)酵幾千公斤的糖,生成酒精
3.生長旺、繁殖快
極高生長繁殖速度,如E.coli20-30分鐘分裂一次,若不停分裂,48小時2.2×10^43菌數(shù)增加,營養(yǎng)消耗,代謝積累,限制生長速度.這一特性可在短時間內(nèi)把大量基質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品,縮短科研周期.也有不利一面,如疾病、糧食霉變.舉例:Escherichiacoli(大腸桿菌)在最適的生長條件下,每12.5~20分鐘細胞就能分裂一次;在液體培養(yǎng)基中,細菌細胞的濃度一般為108~109個/ml;谷氨酸短桿菌:搖瓶種子→50噸發(fā)酵罐:52小時內(nèi)細胞數(shù)目可增加32億倍.利用微生物的這一特性就可以實現(xiàn)發(fā)酵工業(yè)的短周期、高效率生產(chǎn).例如生產(chǎn)鮮酵母時,幾乎12小時就可以收獲一次,每年可以收獲數(shù)百次.
4、適應(yīng)強、易變異
極其靈活適應(yīng)性,對極端環(huán)境具有驚人的適應(yīng)力,遺傳物質(zhì)易變異.更重要的是在于微生物的生理代謝類型多、代謝產(chǎn)物種類多.舉例:萬米深海、85公里高空、地層下128米和427米沉積巖中都發(fā)現(xiàn)有微生物存在.
5.分布廣、種類多
分布區(qū)域廣,分布環(huán)境廣.生理代謝類型多,代謝產(chǎn)物種類多,種數(shù)多.更重要的是在于微生物的生理代謝
青霉素
類型多、代謝產(chǎn)物種類多.任何有其它生物生存的環(huán)境中,都能找到微生物,而在其它生物不可能生存的極端環(huán)境中也有微生物存在.
舉例:青霉素生產(chǎn)菌Penicilliumchrysogenum(產(chǎn)黃青霉)的產(chǎn)量1943年為每毫升發(fā)酵液中含20單位青霉素,40多年來,經(jīng)過世界各國微生物遺傳育種工作者的不懈努力使該菌產(chǎn)量變異逐漸積累,加上發(fā)酵條件的改進,世界上先進國家的發(fā)酵水平每毫升已超過5萬單位,甚至接近10萬單位.微生物的數(shù)量性狀變異和育種使產(chǎn)量提高的幅度之大,是動植物育種工作中絕對不可能達到的.正因為如此,幾乎所有微生物發(fā)酵工廠都十分重視菌種選育工作.
易于變異,產(chǎn)生突變
微生物個體小,比表面積大等原因,使得微生物容易受環(huán)境條件的影響,在紫外線、生物誘變劑以及環(huán)境中的某些營養(yǎng)因子的改變,微生物個體自覺和被迫產(chǎn)生基因結(jié)構(gòu)改變,從而產(chǎn)生變異體,據(jù)統(tǒng)計自然條件下,微生物個體變異概率為百萬分之一.由于微生物容易產(chǎn)生突變體,因此人們利用微生物這一特性,進行微生物誘變,然后篩選具有某種目的特性的微生物菌株,如提高產(chǎn)量、營養(yǎng)缺陷型等.
作用編輯
1.在自然界物質(zhì)循環(huán)中作用
2.空氣與水凈化,污水處理
3.工農(nóng)業(yè)生產(chǎn):菌體,代謝產(chǎn)物,代謝活動
4.對生命科學的貢獻
命名編輯
微生物的分類單位:界、門、綱、目、科、屬、種
種是最基本的分類單位,每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科...
以啤酒酵母為例,它在分類學上的地位是:
界(Kindom):真菌界
門(Phyllum):真菌門
綱(Class):子囊菌綱
目(Order):內(nèi)孢霉目
科(Family):內(nèi)孢霉科
屬(Genus):酵母屬
種(Species):啤酒酵母
種(species):是一個基本分類單位;是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近,與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱.菌株(strain)表示任何由一個獨立分離的單細胞繁殖而成的純種群體及其一切后代(起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代菌群).因此,一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株.菌株強調(diào)的是遺傳型純的譜系.例如:大腸埃希氏桿菌的兩個菌株:EscherichiacoliB和EscherichiacoliK12
菌株的表示法:如果說種是分類學上的基本單位,那末菌株實際上是應(yīng)用的基本單位,因為同一菌種的不同菌株在產(chǎn)酶上種類或代謝物產(chǎn)量上會有很大的不同和差別！ 亞種(subspecies)或變種(variety):為種內(nèi)的再分類.
當某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳性狀,而又不足以區(qū)分成新種時,可以將這些菌株細分成兩個或更多的小的分類單元——亞種.
變種是亞種的同義詞,因“變種”一詞易引起詞義上的混淆,從1976年后,不在使用變種一詞.通常把實驗室中所獲得的變異型菌株,稱之為亞種.
例如:E.colik12(野生型)是不需要特殊aa的,而實驗室變異后,可從k12獲得某aa的缺陷型,此即稱為E.colik12的亞種.型(form):常指亞種以下的細分.當同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時,可以細分為不同的型.例如:按抗原特征的差異分為不同的血清型
微生物的命名:微生物的名字有俗名和學名兩種.如:紅色面包霉——粗糙脈孢霉;綠膿桿菌——銅綠假單胞菌.學名—是微生物的科學名稱,它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬定的法則命名的.學名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成.學名的命名有雙名法和三名法兩種.雙名法:學名=屬名+種名+(首次定名人)+現(xiàn)定名人+定名年份 屬名:拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞,單數(shù),首字母大寫,表示微生物的主要特征,由微生物構(gòu)造,形狀或由科學家命名.種名:拉丁文形容詞,字首小寫,為微生物次要特征,如微生物色素、形狀、來源或科學家姓名等.例:大腸埃希氏桿菌Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers1919
金黃色葡萄球菌StaphylococcusaureusRosenbach1884 當泛指某一屬微生物,而不特指該屬中某一種(或未定種名)時,可在屬名后加sp.或ssp.(分別代表species縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式).
例如:Saccharomycessp.表示酵母菌屬中的一個種.菌株名稱:在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等 例如:BacillussubtilisAS1.389AS=AcademiaSinica
BacillussubtilisBF7658BF=北紡
ClostridiumacetobutylicumATCC824丙酮丁醇梭菌
ATCC=AmericanTypeCultureCollection美國模式菌種保藏中心
當文章中前面已出現(xiàn)過某學名時,后面的可將其屬名縮寫成1~3個字母.
例如:Escherichiacoli可縮寫成E.coli
Staphylococcusaureus可縮寫成S.aureus 三名法:用于對亞種的命名,這時在屬和種名后加寫一個subsp.,然后再附上亞種名稱(斜排體).例如:Bacillusthuringiensissubsp.galleria蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種
研究方向編輯
微生物學學科方向:中國是世界上微生物資源最豐富的國家之一.微生物資源研究反映了微生物學基礎(chǔ)研究的水平,是國情調(diào)查、資源保護、開發(fā)和可持續(xù)利用的基礎(chǔ),是生物多樣性研究和瀕危物種保護的基礎(chǔ),也是包括微生物分子生物學和生物技術(shù)在內(nèi)的微生物學各分支學科的基礎(chǔ).這一領(lǐng)域的研究將加速微物生資源調(diào)查、收集、系統(tǒng)分類的研究,擴大微生物菌種與標本保藏量,建立中國微生物物種資源庫,使之成為亞洲最大的微生物菌種保藏中心和亞洲最大的菌物標本館.在系統(tǒng)分類研究中普遍引入新的方法、新技術(shù)、新設(shè)想,開展生物多樣性、系統(tǒng)進化、微生物生態(tài)研究,為大規(guī)模篩選功能物質(zhì)提供材料,其中,極端微生物和對農(nóng)作物有害或有益的微生物的研究以逐漸成為當前的熱點研究領(lǐng)域.
微生物學專業(yè)研究方向主要包括:真菌及地衣學、微生物資源、分類、系統(tǒng)學、多樣性、群體遺傳與演化、協(xié)同代謝分子機理、環(huán)境微生物學、工業(yè)微生物學、系統(tǒng)生物技術(shù)、微生物生理學、微生物生理學、微生物代謝學、微生物生態(tài)學、微生物生化工程、分子病毒學、分子免疫學.
具體應(yīng)用
現(xiàn)代臨床微生物學是一門由臨床醫(yī)學、基礎(chǔ)醫(yī)學和預(yù)防醫(yī)學相結(jié)合的交叉學科,又是檢驗醫(yī)學中重要和成熟的專業(yè)之一.這門新興的學科需要微生物醫(yī)師和實驗技術(shù)人員聯(lián)合進行工作,具體任務(wù)有四項:(1)對微生物標本做出快速、準確的檢驗報告,及時滿足臨床需要;(2)進行有關(guān)抗菌藥物耐藥性方面的各種試驗,受理抗菌藥物合理應(yīng)用的咨詢;(3)密切結(jié)合臨床,與臨床醫(yī)師討論、研究及處理有關(guān)感染性疾病的問題;(4)參與抗菌藥物臨床合理應(yīng)用的管理和醫(yī)院感染監(jiān)測、控制和管理.這就要求臨床微生物學工作者不僅要完成實驗室工作,還要完成有關(guān)的臨床工作,成為感染控制和抗菌藥物臨床應(yīng)用的參謀和顧問.
病原學診斷
1.確保臨床標本可靠:恰當?shù)臉吮静杉歉腥拘约膊≡\斷的最為重要的一個步驟.要求臨床醫(yī)生正確采集能代表感染部位的臨床標本,廣泛采用保護性拭子、合格的容器及運送培養(yǎng)基,避免標本中微生物受毒性物質(zhì)作用而死亡.
2.全面了解機體的正常菌群:了解人體的正常菌群是細菌檢驗的必要前提,要了解正常菌群的概念、分布和種類,條件致病菌與內(nèi)源性感染、菌群失調(diào)癥與二重感染的概念,既不要將所有標本分離出來的細菌都當成致病菌,也不能將正常寄居菌所導(dǎo)致的內(nèi)源性感染輕易放過.
3.三定一結(jié)合:分離鑒定時要做定性、定量和定位分析,并結(jié)合病情.要求根據(jù)臨床和標本的具體情況確定檢驗程序,選擇培養(yǎng)基及合適的鑒定試驗.要判定分離細菌是致病菌、條件致病菌、還是非致病菌(定性),同時要有一個細菌數(shù)量的大致估計,必要時進行半定量和定量培養(yǎng).在人體有菌部位分離的細菌,其意義大小要參考微生物的定性和定量分析作出判斷;如在無菌部位(如血液、腦脊液)分離出細菌,無論是何種微生物和數(shù)量多少,均具有重要意義(定位分析).在進行“三定”分析時,一定要結(jié)合病情,觀察是否與病情相符.
4.提供快速、準確的病原學診斷:在臨床醫(yī)生提供病人的臨床診斷信息和適當?shù)呐R床標本,并盡可能獲得流行病學資料的情況下,進行微生物檢驗和抗微生物藥物敏感性試驗,要求及時、全面地分析檢驗結(jié)果,提供臨床以準確的病原學診斷,以便對病人作出恰當?shù)奶幚?盡管微生物的分離鑒定仍作為病原學檢測的金標準,但這種“以活菌生長”為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的細菌學鑒定方法速度較慢,不能適應(yīng)臨床的需要,要求以標本的直接檢查為基礎(chǔ),如形態(tài)、染色、抗原檢測及核酸檢測(核酸雜交、PCR 和16S rRNA 分析),檢測致病基因(致病島、毒力島)和耐藥基因.盡可能在快速診斷方面下工夫.
5.及時報告:要使實驗室數(shù)據(jù)有效地轉(zhuǎn)化為臨床有用的信息,病原微生物診斷報告應(yīng)實行三段報告制度,即在涂片或培養(yǎng)陽性結(jié)果出現(xiàn)時、敏感試驗結(jié)果出來時以及最終結(jié)果出來后都要及時報告.
6.加強質(zhì)量控制,增加檢驗項目:臨床微生物室必須加強質(zhì)量控制,保證各種標本的檢驗質(zhì)量,為臨床提供可靠依據(jù),并滿足臨床需要的各種檢驗項目.當前臨床微生物室應(yīng)根據(jù)本單位的實際情況增加檢驗項目,臨床要求關(guān)注的一些項目有:1)呼吸道標本的細菌學篩選和半定量培養(yǎng)方法;2)呼吸道非典型病原體的檢測,包括衣原體、支原體和軍團菌;3)非結(jié)核分枝桿菌的培養(yǎng)與藥敏;4)免疫抑制或器官移植患者特殊病原體的檢測,如巨細胞病毒,卡氏肺孢子菌等;5)抗生素相關(guān)腹瀉的病原體(主要是艱難梭菌)的檢測;6)侵襲性真菌的快速檢測和藥敏試驗等.