1、兽医微生物学兽医微生物学第第4 4章章 细菌的感染与致病机理细菌的感染与致病机理第一节第一节 细菌的致病性和毒力细菌的致病性和毒力第二节第二节 细菌的毒力因子及分泌系统细菌的毒力因子及分泌系统第三节第三节 机会致病菌机会致病菌第四节第四节 细菌的毒力的增强与减弱细菌的毒力的增强与减弱第五节第五节 细菌毒力因子表达的调控细菌毒力因子表达的调控感染（感染（InfectionInfection）是指病原微生物侵入是指病原微生物侵入宿主体内持续存在或增殖的现象。宿主体内持续存在或增殖的现象。发病（发病（DiseaseDisease）指病原微生物感染后，指病原微生物感染后，对宿主造成明显病理损害的现象。
2、对宿主造成明显病理损害的现象。病原微生物病原微生物(Pathogenic bacteria)(Pathogenic bacteria)指那指那些可以导致机体发病的微生物。些可以导致机体发病的微生物。第一节第一节 细菌的致病性和毒力细菌的致病性和毒力致病性致病性 一定种类的病原菌在一定的条件一定种类的病原菌在一定的条件下，能在宿主体内引起感染的能力称为下，能在宿主体内引起感染的能力称为致病性。致病性是细菌种的特征之一。致病性。致病性是细菌种的特征之一。毒力毒力 指同种病原微生物的不同株的致病指同种病原微生物的不同株的致病力在程度上的差异。毒力是病原微生物力在程度上的差异。毒力是病原微生物株的特征
3、。株的特征。一、细菌致病性的确定一、细菌致病性的确定1.1.柯赫法则柯赫法则 是确定某种细菌是否具有致病性的是确定某种细菌是否具有致病性的主要依据，其要点：主要依据，其要点：第一，特殊的病原菌应在同一疾病中可查见，在健康第一，特殊的病原菌应在同一疾病中可查见，在健康者不存在；者不存在；第二，此病原菌能被分离培养而得到纯种；第二，此病原菌能被分离培养而得到纯种；第三，此纯培养物接种易感动物，能导致同样病症；第三，此纯培养物接种易感动物，能导致同样病症；第四，自感染的动物体内能重新获得该病原菌的纯培第四，自感染的动物体内能重新获得该病原菌的纯培养。养。该法则也适用于其他病原微生物，如病毒等。该法则
4、也适用于其他病原微生物，如病毒等。2.2.法则评价法则评价 柯赫法则在确定细菌致病性方面具有重柯赫法则在确定细菌致病性方面具有重要意义，特别是鉴定一种新的病原体时非常重要。但要意义，特别是鉴定一种新的病原体时非常重要。但是，它也具有一定的局限性。是，它也具有一定的局限性。3.3.基因柯赫法则基因柯赫法则 有以下几点：有以下几点：第一，在致病菌株中能检出某些特定基因或其产物，第一，在致病菌株中能检出某些特定基因或其产物，而无毒力菌株中没有。而无毒力菌株中没有。第二，有毒力菌株的某个基因被损坏，则其毒力应第二，有毒力菌株的某个基因被损坏，则其毒力应减弱或消除。或者将此基因克隆到无毒菌株内，后者减弱
5、或消除。或者将此基因克隆到无毒菌株内，后者成为有毒力菌株。成为有毒力菌株。第三，将细菌接种动物时，这个基因应在感染的过第三，将细菌接种动物时，这个基因应在感染的过程中表达。程中表达。第四，在接种动物检测到这个基因产物的抗体，或第四，在接种动物检测到这个基因产物的抗体，或产生免疫保护。产生免疫保护。该法则也适用于其他微生物，如病毒。该法则也适用于其他微生物，如病毒。二 细菌毒力的测定 在传染病诊断及防治等工作中，需了解细菌的毒力。毒力常用半数致死量和半数感染量等表示。1.半数致死量（LD50）指能使实验动物在一定时限内死亡一半，所需的微生物或毒素的量。2.半数感染量（ID50）指能使实验动物在一
6、定时限内感染一半，所需的微生物或毒素的量。常用的有LD50、ID50、EID50、TCID50等。测定方法类似。第二节第二节 细菌的毒力因子及分泌系统细菌的毒力因子及分泌系统 构成细菌毒力的物质称为毒力因子，主要包括侵袭力和毒素等。细菌的许多重要毒力因子的分泌，与细菌的分泌系统有关。一 侵袭力 病原微生物在机体内定殖，突破防御屏障及内化作用，在体内繁殖和扩散的能力称为侵袭力。1.1.定殖定殖 指病原微生物在体内定居繁殖的过程。指病原微生物在体内定居繁殖的过程。即粘附在宿主（消化道、呼吸道、生殖道、尿即粘附在宿主（消化道、呼吸道、生殖道、尿道及眼结膜等）黏膜上，以免被肠蠕动、黏液道及眼结膜等）黏
7、膜上，以免被肠蠕动、黏液分泌、呼吸道纤毛运动等作用所清除。分泌、呼吸道纤毛运动等作用所清除。具有黏附作用的细菌结构成分，统称为具有黏附作用的细菌结构成分，统称为黏附黏附素素。如菌毛、外膜蛋白。如菌毛、外膜蛋白(OMP)(OMP)、磷壁酸、磷壁酸(LTA)(LTA)等。等。细胞或组织表面与黏附素结合的成分称为细胞或组织表面与黏附素结合的成分称为黏附素受体黏附素受体。如细胞表面糖蛋白等。如细胞表面糖蛋白等。2.2.干扰或逃避宿主的防御机制干扰或逃避宿主的防御机制 病原菌粘附于细胞病原菌粘附于细胞表面后，必须克服机体局部的防御屏障（如抗吞噬、表面后，必须克服机体局部的防御屏障（如抗吞噬、逃避抗体等）
8、才能建立感染。逃避抗体等）才能建立感染。抵抗吞噬作用抵抗吞噬作用 抑制吞噬（外毒素、荚膜抑制吞噬（外毒素、荚膜等）等）；在吞噬细胞内生存（有荚膜菌等）；杀死；在吞噬细胞内生存（有荚膜菌等）；杀死或损伤吞噬细胞（外毒素）。或损伤吞噬细胞（外毒素）。抵抗体液免疫抵抗体液免疫 抗原伪装或抗原变异（如葡抗原伪装或抗原变异（如葡萄球菌萄球菌SPASPA等）；破坏抗体（分泌蛋白降解等）；破坏抗体（分泌蛋白降解IgIg如嗜如嗜血杆菌等）；逃避抗体补体（脂多糖血杆菌等）；逃避抗体补体（脂多糖LPSLPS、外膜蛋、外膜蛋白白OMPOMP、荚膜及、荚膜及S S层等）。层等）。3.3.内化作用内化作用 指某些细菌黏
9、附于细菌表面之后，能进指某些细菌黏附于细菌表面之后，能进入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程，如结核杆入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程，如结核杆菌、衣原体等。菌、衣原体等。内化作用可使细菌扩散感染，提供庇护，逃内化作用可使细菌扩散感染，提供庇护，逃避免疫杀灭等。避免疫杀灭等。4.4.在体内增殖在体内增殖 增殖是感染的关键，增殖速度对致病增殖是感染的关键，增殖速度对致病性极其重要。性极其重要。5.5.在体内扩散在体内扩散 细菌分泌的致病性蛋白酶等，可作用细菌分泌的致病性蛋白酶等，可作用于组织基质或细胞膜，造成损伤，使其通透增加，于组织基质或细胞膜，造成损伤，使其通透增加，有利于细菌在体内的扩散性。如
10、透明质酸酶（扩有利于细菌在体内的扩散性。如透明质酸酶（扩散因子）、胶原酶、磷脂酶、激酶、凝固酶等。散因子）、胶原酶、磷脂酶、激酶、凝固酶等。二、毒素 有外毒素和内毒素两大类1.外毒素 是某些病原菌在生长繁殖过程中产生的对宿主细胞有毒性的可溶性蛋白质。分泌于胞外，为外毒素。外毒素产生菌 如破伤风杆菌、炭疽杆菌、肉毒杆菌、产气荚膜梭菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、霍乱杆菌、多杀性巴氏杆菌等。外毒素特异性外毒素特异性 对组织器官的选择性。如对组织器官的选择性。如破伤风毒破伤风毒素素作用于脊髓前角运动神经细胞，引起肌肉的强作用于脊髓前角运动神经细胞，引起肌肉的强直性痉挛；而直性痉挛；而肉毒
11、毒素肉毒毒素选择性的作用于眼神经和选择性的作用于眼神经和咽神经，引起眼肌和咽肌麻痹。也有一些毒素具咽神经，引起眼肌和咽肌麻痹。也有一些毒素具有相同作用，霍乱杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄有相同作用，霍乱杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等可产生作用类似的球菌等可产生作用类似的肠毒素肠毒素。外毒素的毒性外毒素的毒性 外毒素的外毒素的毒性极强毒性极强，如，如1mg1mg纯化的肉纯化的肉毒毒素能致死毒毒素能致死20002000万只小鼠或万只小鼠或10107 7个人。个人。外毒素抗原性外毒素抗原性 外毒素具有良好的免疫原性，外毒素具有良好的免疫原性，可刺激机体产生特异性的保护抗体，这种抗体可刺激机体产生特异性
12、的保护抗体，这种抗体称为称为抗毒素抗毒素，可用于紧急治疗和预防。外毒素，可用于紧急治疗和预防。外毒素用用0.40.4甲醛溶液处理脱毒后，但仍保留原有甲醛溶液处理脱毒后，但仍保留原有抗原性，称之为抗原性，称之为类毒素类毒素(疫苗疫苗)，可用于免疫接，可用于免疫接种。种。外毒素理化性外毒素理化性 外毒素不耐热，高温失去外毒素不耐热，高温失去毒性。少数例外，如葡萄球菌肠毒素及大肠杆毒性。少数例外，如葡萄球菌肠毒素及大肠杆菌热稳定肠毒素能耐菌热稳定肠毒素能耐10030min10030min。外毒素易被热、酸及蛋白水解酶灭活。外毒素易被热、酸及蛋白水解酶灭活。2.2.内毒素内毒素 内毒素指革兰氏阴性菌外
13、膜内毒素指革兰氏阴性菌外膜中的脂多糖中的脂多糖(LPS)(LPS)成分，细菌在死亡后裂解后成分，细菌在死亡后裂解后才释放。才释放。内毒素的作用内毒素的作用 所有内毒素的毒性作用都所有内毒素的毒性作用都大致相同，引致发热、白细胞减少、弥散性大致相同，引致发热、白细胞减少、弥散性血管内凝血、休克甚至致死。血管内凝血、休克甚至致死。内毒素理化性内毒素理化性 内毒素耐热，加热内毒素耐热，加热100100经经1h1h仍不被破坏。不能被甲醛脱毒成类毒素。仍不被破坏。不能被甲醛脱毒成类毒素。内毒素的抗原性较弱，相应抗体不能中和内内毒素的抗原性较弱，相应抗体不能中和内毒素毒性作用。毒素毒性作用。毒 素（Tox
14、in)表：外毒素与内毒素的主要区别区别要点区别要点外毒素（外毒素（P 53）内毒素内毒素来源来源革兰阳性菌与部分革兰阴革兰阳性菌与部分革兰阴性菌性菌革兰阴性菌革兰阴性菌存在部分存在部分从活菌分泌出，少数菌崩从活菌分泌出，少数菌崩解后释放解后释放细胞壁组分，菌裂解后释放细胞壁组分，菌裂解后释放化学成分化学成分蛋白质蛋白质脂多糖脂多糖稳定性稳定性60-80 60-80，30min30min被破坏被破坏160 160，2-4h2-4h才被破坏才被破坏毒性作用毒性作用强，对组织器官有选择性强，对组织器官有选择性毒害效应，引起特殊临床毒害效应，引起特殊临床表现表现较弱，各菌的毒性效应大致相同，较弱，各菌
15、的毒性效应大致相同，引起发热、白细胞增多、微循环障引起发热、白细胞增多、微循环障碍、休克、碍、休克、弥散性血管内凝血弥散性血管内凝血(DICDIC)等等抗原性抗原性强，刺激机体产生抗毒素；强，刺激机体产生抗毒素；甲醛液处理脱毒形成类毒甲醛液处理脱毒形成类毒素素弱，刺激机体产生的中和抗体作用弱，刺激机体产生的中和抗体作用弱；甲醛处理不形成类毒素弱；甲醛处理不形成类毒素第三节第三节 机会致病菌机会致病菌机会致病菌机会致病菌 是指某些细菌通常并不主动入侵是指某些细菌通常并不主动入侵宿主机体，某种应激条件下或不利条件下宿主机体，某种应激条件下或不利条件下，但当宿主的免疫屏障破坏、免疫功能抑制或但当宿主
16、的免疫屏障破坏、免疫功能抑制或异常时，进入机体的组织、血液，造成感染异常时，进入机体的组织、血液，造成感染并致病并致病。例如：猪链球菌2型感染并能致死猪，不感染人。但可以通过人的伤口使人感染甚至死亡。第四节 细菌毒力的增强与减弱 毒力是病原菌株特有的一种生物学性状。毒力强毒力是病原菌株特有的一种生物学性状。毒力强的菌株在体外连续传代后，毒力往往减弱，而通过的菌株在体外连续传代后，毒力往往减弱，而通过易感动物又能使毒力减弱的菌株恢复毒力。易感动物又能使毒力减弱的菌株恢复毒力。一、细菌毒力减弱的方法一、细菌毒力减弱的方法1.1.体外连续传代培养体外连续传代培养2.2.高于最适生长温度培养高于最适生
17、长温度培养 如炭疽如炭疽型和型和号疫苗，号疫苗，均是将炭疽杆菌强毒株在均是将炭疽杆菌强毒株在42-4342-43培养传代育成。培养传代育成。3.3.含有特殊化学物质的培养基中培养含有特殊化学物质的培养基中培养 如结核病卡介如结核病卡介苗苗(BCG)(BCG)，系将牛型结核杆菌在含有胆汁的马铃薯，系将牛型结核杆菌在含有胆汁的马铃薯培养基上每培养基上每1515天传天传1 1代，持续传代代，持续传代1313年后育成。年后育成。4.4.特殊气体条件下培养特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽孢苗是半如无荚膜炭疽芽孢苗是半强毒菌株在含强毒菌株在含5050%动物血清的培养基上，在动物血清的培养基上，在50%5
18、0%COCO2 2的条件下选育的。的条件下选育的。5.5.通过非易感动物通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗（如猪丹毒弱毒苗（GC42GC42）系将）系将强致病菌株通过豚鼠强致病菌株通过豚鼠370370代后，又通过鸡代后，又通过鸡4242代选代选育而成。如猪瘟兔化弱毒苗。育而成。如猪瘟兔化弱毒苗。6.6.通过基因工程方法通过基因工程方法 去除毒力基因或用点突变的去除毒力基因或用点突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力株或弱毒株。方法使毒力基因失活，可获得无毒力株或弱毒株。二、细菌毒力增强的方法二、细菌毒力增强的方法在自然条件下，回归易感动物是增强细菌毒力在自然条件下，回归易感动物是增强细菌毒力的最佳
19、方法。的最佳方法。第五节 细菌毒力因子表达的调控细菌通过感应宿主信号快速调节基因的表达，以适应宿主内环境并存活。环境因素 某些毒力因子仅在特定的条件下才能表达，这些因素包括温度、铁离子及钙离子浓度、渗透压、PH值、氧含量等。如：志贺菌在30培养时不能侵袭宿主，在37 条件下才内化而致腹泻。非编码小RNA（sRNA）是一大类不编码蛋白质的RNA分子，存在于所有生物体中。细菌的sRNA长度一般小于500nt，可与mRNA结合，导致后者降解，也可与蛋白质结合，影响其生物学功能。如：大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱弧菌、金黄色葡萄球菌、产单核细胞李氏杆菌和铜绿假单胞菌中的sRNA通过调节毒力相关基因的表达，从
20、而调控病原菌对宿主细胞的粘附、侵袭，以及在巨噬细胞中的存活和毒力蛋白的分泌。二元信号系统（TCSTS）由感受器和反应调节子组成，是广泛存在于细菌中的信号转导机制。病原菌在感染宿主的过程中，能通过该系统密切感受和相应体内外各种微环境的变化，进而调节各种基因表达以完成其致病过程。TCSTS在病原菌中起着“神经系统”的作用，它首先感性外界环境的变化，继而把信息传递给内部系统。复习思考题复习思考题1.1.什么是柯赫法则什么是柯赫法则?如何从分子水平解释柯如何从分子水平解释柯赫法则赫法则?2.2.比较外毒素与内毒素的异同点。比较外毒素与内毒素的异同点。3.3.试述增强或减弱细菌毒力的方法。试述增强或减弱细菌毒力的方法。
