第十二章　細(xì)菌的形態(tài)與結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．掌握革蘭陽(yáng)性菌與革蘭陰性菌細(xì)胞壁的差別及細(xì)菌特殊結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)意義。

2．熟悉革蘭染色法的方法、結(jié)果、原理及意義。

細(xì)菌(bacterium)是一類(lèi)具有細(xì)胞壁的單細(xì)胞原核微生物，有廣義和狹義兩種范疇。廣義范疇上泛指各類(lèi)原核細(xì)胞型微生物，包括細(xì)菌、放線菌、支原體、衣原體、立克次體和螺旋體。狹義范疇則專(zhuān)指其中數(shù)量最大、種類(lèi)最多、具有典型代表性的細(xì)菌，是本章討論的對(duì)象。細(xì)菌的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是細(xì)菌生理活動(dòng)、遺傳變異、致病性和免疫性的基礎(chǔ)，了解其特點(diǎn)，對(duì)基礎(chǔ)、臨床和預(yù)防醫(yī)學(xué)等均有重要的理論和實(shí)際意義。

第一節(jié)　細(xì)菌的大小與形態(tài)

細(xì)菌個(gè)體微小，通常以微米(1μm= 1/1 000 mm)作為測(cè)量單位，一般需用光學(xué)顯微鏡放大1 000倍才能看到。各種細(xì)菌大小不一，同一種細(xì)菌也因菌齡和環(huán)境因素的影響而使其大小有差異。多數(shù)球菌的直徑為1μm左右，桿菌長(zhǎng)2～5μm，寬為0．3～1μm。

細(xì)菌為無(wú)色半透明體，一般采用革蘭染色法后可以清楚地觀察細(xì)菌的形態(tài)，并可將細(xì)菌分為兩大類(lèi)，即革蘭陽(yáng)性菌(G+)和革蘭陰性菌(G－)。

細(xì)菌按其外形，主要有球菌、桿菌和螺形菌三大類(lèi)(圖12－1)。

圖12－1　細(xì)菌的基本形態(tài)

第二節(jié)　細(xì)菌的結(jié)構(gòu)

細(xì)菌雖小，仍具有一定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能。細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)等各種細(xì)菌都有，是細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)(圖12－2)。莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞等僅某些細(xì)菌具有，為其特殊結(jié)構(gòu)。

圖12－2　細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式

一、細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)

(一)細(xì)胞壁

細(xì)菌細(xì)胞壁(cellwall)是包裹于細(xì)胞膜外的具有堅(jiān)韌性并使細(xì)胞維持特定形狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，組成隨不同細(xì)菌而異。

1．細(xì)菌細(xì)胞壁的化學(xué)組成　其主要組分是肽聚糖，革蘭陽(yáng)性菌和陰性菌尚各有特殊組分。

(1)細(xì)菌細(xì)胞壁的基本成分

1)肽聚糖(peptidoglycan)　是細(xì)菌細(xì)胞壁主要成分及賦予細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度的多聚體，又稱(chēng)黏肽(mucopeptide)，它是革蘭陽(yáng)性菌與革蘭陰性菌細(xì)胞壁共有成分，但含量有顯著差異。革蘭陽(yáng)性菌的肽聚糖占胞壁干重的50%～80%，革蘭陰性菌只占10%左右。革蘭陽(yáng)性菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽側(cè)鏈和五肽交聯(lián)橋三部分組成(圖12－3)，革蘭陰性菌者僅由聚糖骨架和四肽側(cè)鏈兩部分組成(圖12－4)。

圖12－3　金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)

2)聚糖骨架　由N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸兩種氨基糖交替間隔排列，經(jīng)β－1，4糖苷鍵聯(lián)結(jié)而成。各種細(xì)菌細(xì)胞壁的聚糖骨架均相同。

四肽側(cè)鏈聯(lián)結(jié)于N－乙酰胞壁酸的羧基上。四肽側(cè)鏈的組成和聯(lián)結(jié)方式隨菌不同而異。如葡萄球菌(革蘭陽(yáng)性菌)細(xì)胞壁四肽側(cè)鏈的氨基酸依次為L(zhǎng)－丙氨酸、D－谷氨酸、L－賴(lài)氨酸和D－丙氨酸;第三位的L－賴(lài)氨酸通過(guò)由5個(gè)甘氨酸組成的交聯(lián)橋連接到相鄰聚糖骨架四肽側(cè)鏈末端的D－丙氨酸上，從而構(gòu)成機(jī)械強(qiáng)度十分堅(jiān)韌的三維立體結(jié)構(gòu)。在大腸桿菌(革蘭陰性菌)的四肽側(cè)鏈中，第三位氨基酸是二氨基庚二酸，并由它與相鄰四肽側(cè)鏈末端的D－丙氨酸直接連接，沒(méi)有五肽交聯(lián)橋，因而只形成單層平面網(wǎng)絡(luò)的二維結(jié)構(gòu)。其他細(xì)菌可有不同的氨基酸組成和連接方式。肽聚糖是細(xì)胞壁抗胞內(nèi)高滲透壓，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能完整的主要成分，凡能破壞肽聚糖結(jié)構(gòu)或抑制其合成的物質(zhì)都有抑菌或溶菌作用，如青霉素、頭孢菌素、萬(wàn)古霉素和溶菌酶等。

(2)革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁的特殊成分　革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁較厚(20～80 nm)，除含有15 ～50層肽聚糖結(jié)構(gòu)外，還有豐富的磷壁酸(teichoic acid)。磷壁酸為革蘭陽(yáng)性菌所特有，約占細(xì)胞壁干重的50%，系由核糖醇或甘油殘基經(jīng)磷酸二酯鍵互相連接而成的長(zhǎng)鏈。鏈的一端與細(xì)胞膜或與肽聚糖中的N－乙酰胞壁酸聯(lián)結(jié)，另一端游離伸展在細(xì)胞壁之外。

因此，根據(jù)磷壁酸的連接部位，可將其分為膜磷壁酸和壁磷壁酸兩種。

①磷壁酸的免疫原性很強(qiáng)，是革蘭陽(yáng)性菌重要的表面抗原，與血清型分類(lèi)有關(guān)。②磷壁酸帶有較多負(fù)電荷，能與Mg+等雙價(jià)離子結(jié)合，有助于維持菌體內(nèi)離子的平衡。③可起到穩(wěn)定和加強(qiáng)細(xì)胞壁的作用。④可作為細(xì)菌黏附素(adhesin)，某些細(xì)菌(如A群鏈球菌)的磷壁酸介導(dǎo)菌與宿主多種細(xì)胞的黏附，與細(xì)菌的致病性有關(guān)。

此外，某些革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁表面尚有一些特殊的表面蛋白質(zhì)組分，對(duì)細(xì)菌致病起重要作用。如A群鏈球菌的M蛋白、金黃色葡萄球菌的A蛋白等。

(3)革蘭陰性菌細(xì)胞壁的特殊成分　革蘭陰性菌細(xì)胞壁較薄(10～15 nm)，除含有1～2層的肽聚糖結(jié)構(gòu)外，尚有其特殊組分外膜(outer membrane)，約占細(xì)胞壁干重量的80%。外膜由脂蛋白、脂質(zhì)雙層和脂多糖三部分組成。脂質(zhì)雙層類(lèi)似細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較致密，能阻止大分子物質(zhì)的滲入，這可能與革蘭陰性菌對(duì)某些抗生素的抵抗力有關(guān)，成為細(xì)菌耐藥的機(jī)制之一。其中的孔蛋白形成約1 nm微孔，可允許水溶性小分子通過(guò)。脂蛋白使脂質(zhì)雙層聯(lián)結(jié)在肽聚糖層上。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)由脂質(zhì)A、核心多糖和特異性多糖3個(gè)組分組成。習(xí)慣上將革蘭陰性菌細(xì)胞壁中的脂多糖分子作為一個(gè)整體稱(chēng)為細(xì)菌內(nèi)毒素。脂質(zhì)A是內(nèi)毒素毒性的主要組分，因其與細(xì)菌外膜牢固結(jié)合，只有在菌體裂解時(shí)才能釋放表現(xiàn)毒性，似乎是細(xì)菌內(nèi)部的成分，內(nèi)毒素因此得名。不同革蘭陰性菌內(nèi)毒素的毒性作用相似，沒(méi)有種屬特異性。內(nèi)毒素是革蘭陰性菌重要的致病物質(zhì)，使機(jī)體發(fā)熱，白細(xì)胞增多，直至休克死亡。核心多糖和特異性多糖有免疫原性。核心多糖有屬特異性，同一屬細(xì)菌的核心多糖相同。特異性多糖即革蘭陰性菌的菌體抗原(O抗原)，具有種特異性。

圖12－4　大腸桿菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)構(gòu)

革蘭陽(yáng)性菌和陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)顯著不同(圖12－5，表12－1)，導(dǎo)致這兩類(lèi)細(xì)菌在染色性、免疫原性、毒性及對(duì)藥物的敏感性等方面的很大差異。

圖12－5　革蘭陽(yáng)性菌與革蘭陰性菌細(xì)胞壁成分及結(jié)構(gòu)比較

表12－1　革蘭陽(yáng)性菌與陰性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較

2．細(xì)菌細(xì)胞壁的功能　細(xì)菌細(xì)胞壁堅(jiān)韌而富彈性，其功能主要有:①維持細(xì)菌固有的形態(tài);②保護(hù)細(xì)菌在低滲環(huán)境中生存，細(xì)菌胞質(zhì)內(nèi)高濃度的無(wú)機(jī)鹽和大分子營(yíng)養(yǎng)物使菌體內(nèi)滲透壓高達(dá)5～25個(gè)大氣壓，由于細(xì)胞壁的保護(hù)作用，使細(xì)菌能承受內(nèi)部巨大的滲透壓而不會(huì)破裂，并能在相對(duì)的低滲條件下生存;③協(xié)助細(xì)胞膜完成細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換;④與細(xì)菌的免疫原性、致病性有關(guān)，也是某些抗生素作用的部位。

3．細(xì)菌細(xì)胞壁缺陷型(L型細(xì)菌)通常當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽聚糖結(jié)構(gòu)受到某些藥物的直接破壞或者合成被抑制，這種細(xì)胞壁受損的細(xì)菌便喪失抵抗低滲的功能，由于內(nèi)部高滲壓，導(dǎo)致水分滲入，細(xì)胞膨脹，最終細(xì)菌裂解死亡。這就是作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的藥物(如青霉素、頭孢菌素、萬(wàn)古霉素、結(jié)晶紫、溶菌酶等)能殺滅細(xì)菌的機(jī)制。但如果將這些失去細(xì)胞壁的細(xì)菌置于高滲環(huán)境下(如5%氯化鈉或12%～15%蔗糖溶液)，它們?nèi)钥纱婊疃蔀榧?xì)菌細(xì)胞壁缺陷型。因這種細(xì)胞壁缺損的細(xì)菌首先在Lister研究院被發(fā)現(xiàn)，故取其第一個(gè)字母命名為L(zhǎng)型細(xì)菌。

L型細(xì)菌在體內(nèi)或體外，人工誘導(dǎo)或自然情況下均能產(chǎn)生。臨床使用作用于細(xì)胞壁抗菌藥物治療，是形成L型細(xì)菌的重要條件，青霉素和頭孢菌素與細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)合成肽聚糖過(guò)程中所需的轉(zhuǎn)肽酶，抑制四肽側(cè)鏈上D－丙氨酸與甘氨酸五肽橋之間的聯(lián)結(jié)，使細(xì)菌不能合成完整的肽聚糖;溶菌酶則能裂解肽聚糖中N－乙酰葡萄糖胺與N－乙酰胞壁酸間的β－1，4糖苷鍵，破壞聚糖骨架，從而導(dǎo)致細(xì)胞壁的損傷。細(xì)胞壁缺損的革蘭陽(yáng)性菌，細(xì)胞漿僅被一層細(xì)胞膜包裹，稱(chēng)為原生質(zhì)體(protoplast);細(xì)胞壁缺損的革蘭陰性菌，因其肽聚糖含量較少，且有外膜保護(hù)，仍有一定的抵抗低滲的能力，稱(chēng)為圓球體(spheroplast)，當(dāng)除去抑制或破壞細(xì)胞壁的藥物后，L型細(xì)菌能重新合成肽聚糖。

對(duì)細(xì)菌L型在流行病學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)方面的意義，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①細(xì)菌L型可能是某些傳染病(如鼠疫和霍亂)病原體的一種保菌生存方式，如El Tor型霍亂弧菌在人膽汁、魚(yú)膽汁以及肉湯等因素作用下可變?yōu)長(zhǎng)型，其細(xì)胞膜加厚，不易破裂，利于耐受?chē)?yán)冬，條件適宜時(shí)可回復(fù)為原流行株;②臨床上抗生素的廣泛應(yīng)用是誘導(dǎo)細(xì)菌L型形成的重要因素，在用青霉素治療過(guò)的心內(nèi)膜炎和淋病患者體內(nèi)均曾分離到細(xì)菌L型;③L型與原菌生物學(xué)特性不同，臨床上又常缺乏明顯的癥狀和體征，易造成誤診;④L型對(duì)藥物的敏感性不同于原菌，臨床用藥時(shí)應(yīng)予考慮，一般主張聯(lián)合應(yīng)用作用于細(xì)菌細(xì)胞壁和其他靶位的抗生素，以達(dá)到殺菌并阻止其變成L型的目的。

(二)細(xì)胞膜

細(xì)菌細(xì)胞膜(cellmembrane)是位于細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)、細(xì)胞質(zhì)外面的一層柔軟有彈性，并具有半滲透性的生物膜。其結(jié)構(gòu)與真核生物細(xì)胞膜基本相同，由脂質(zhì)雙層鑲嵌多種蛋白質(zhì)組成。細(xì)菌細(xì)胞膜不含膽固醇是與真核細(xì)胞的主要區(qū)別點(diǎn)。

細(xì)菌細(xì)胞膜是細(xì)菌賴(lài)以生存的重要結(jié)構(gòu)之一，在某些部位向胞漿內(nèi)凹陷折疊形成囊狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為中介體(mesosome)，在電子顯微鏡下方能看到。細(xì)菌的核質(zhì)吸附于中介體，當(dāng)細(xì)菌分裂時(shí)，中介體一分為二，各自帶著復(fù)制的核質(zhì)進(jìn)入子代細(xì)胞。

細(xì)菌細(xì)胞膜的功能有:①選擇性滲透作用，與細(xì)胞壁共同完成菌體內(nèi)外的物質(zhì)交換;②細(xì)胞膜上有多種合成酶，參與生物合成，如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等成分均由細(xì)胞膜合成;③細(xì)胞膜中含有多種呼吸酶，參與細(xì)胞呼吸過(guò)程，與能量的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和利用有關(guān)。由于中介體是細(xì)胞膜的延伸卷曲，它擴(kuò)大了細(xì)胞膜的表面積，相應(yīng)的增加了呼吸酶的含量，可為細(xì)菌提供大量能量，其功能類(lèi)似真核細(xì)胞的線粒體，還與細(xì)胞分裂、胞壁合成和芽胞形成有關(guān)。

(三)細(xì)胞質(zhì)

細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)是細(xì)胞膜內(nèi)除核質(zhì)外所有物質(zhì)的總稱(chēng)，是無(wú)色透明的膠狀物。細(xì)胞質(zhì)是細(xì)菌新陳代謝的場(chǎng)所，其基本成分是水、蛋白質(zhì)、核酸、脂類(lèi)、糖類(lèi)和無(wú)機(jī)鹽。核酸主要成分是RNA，占菌體固體成分的15%～20%，生長(zhǎng)旺盛的幼齡菌含量更高，因此有較強(qiáng)的嗜堿性，易被堿性染料著色。胞漿中的蛋白質(zhì)含有多種酶系統(tǒng)，與細(xì)菌的新陳代謝有關(guān)。細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有許多重要結(jié)構(gòu)。

1．核蛋白體(ribosome)核蛋白體是細(xì)菌唯一的細(xì)胞器，游離存在于細(xì)菌胞質(zhì)中，每個(gè)細(xì)菌體內(nèi)可達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)?；瘜W(xué)成分為RNA和蛋白質(zhì)。當(dāng)mRNA與核蛋白體連成多聚核蛋白體時(shí)，即成為合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。細(xì)菌核蛋白體沉降系數(shù)為70S，由50S和30S兩個(gè)大小亞基組成，鏈霉素、四環(huán)素能與30S亞基結(jié)合，氯霉素、紅霉素能與50S亞基結(jié)合，干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)合成而殺菌。哺乳類(lèi)動(dòng)物的核蛋白體為80S，由60S和40S兩個(gè)亞單位組成，不受上述抗生素的干擾，因此細(xì)菌核糖體是很好的抗生素靶位。

2．質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中染色體外的遺傳物質(zhì)，為閉合環(huán)狀的雙股DNA，帶有遺傳信息控制細(xì)菌某些特定的遺傳性狀。相對(duì)分子質(zhì)量比染色體小得多，質(zhì)粒在胞漿中能獨(dú)立復(fù)制，可遺傳，可轉(zhuǎn)移，也可以自然丟失。質(zhì)粒與細(xì)菌的遺傳變異有關(guān)。

3．胞漿顆?！“麧{顆粒多數(shù)是細(xì)菌貯存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括多糖、脂類(lèi)、多磷酸鹽等。一般在細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)充足時(shí)，胞漿顆粒較多，能源缺乏時(shí)則減少或消失。較重要的是異染顆粒，成分是RNA和多偏磷酸鹽，嗜堿性強(qiáng)，用特殊染色可染成比菌體顏色更深或與菌體顏色不同的顆粒。白喉?xiàng)U菌具有異染顆粒，這一染色特征在鑒定細(xì)菌時(shí)有重要意義。

(四)核質(zhì)

細(xì)菌屬原核細(xì)胞型微生物，無(wú)核膜、核仁、不具有成形的核，其染色體DNA直接裸露于細(xì)胞質(zhì)中，故稱(chēng)為核質(zhì)(nuclearmaterial)。核質(zhì)為閉環(huán)雙鏈DNA，以高度盤(pán)旋纏繞的形式存在。核質(zhì)具有細(xì)胞核的功能，控制細(xì)菌的基本生命活動(dòng)，是細(xì)菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。所有細(xì)菌染色體中共有一種維持DNA超螺旋的酶為旋轉(zhuǎn)酶，環(huán)丙沙星等喹諾酮類(lèi)就是通過(guò)與旋轉(zhuǎn)酶結(jié)合而抑制細(xì)菌繁殖的。

二、細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)

細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)有莢膜、鞭毛、菌毛和芽胞。

(一)莢膜

莢膜(capsule)是包繞在細(xì)胞壁外的一層黏液性物質(zhì)。莢膜厚度一般超過(guò)0．2μm，與周?chē)缦薹置鳎胀ㄈ旧ú灰字?，鏡下觀察只能看到菌體周?chē)幸粚硬恢耐该魅Γ锰厥馊旧蓪⑶v膜染成與菌體不同的顏色，才能清楚看到莢膜。如肺炎鏈球菌(圖12－6)、炭疽桿菌等有這種莢膜。若莢膜厚度小于0．2μm，則在光鏡下不能直接看到，稱(chēng)為微莢膜，如傷寒桿菌的Vi抗原，大腸桿菌的K抗原、A群鏈球菌的M蛋白等屬之。

莢膜的形成與環(huán)境條件有密切關(guān)系。一般在動(dòng)物體內(nèi)或含大量血清或糖的培養(yǎng)基中容易形成莢膜，在普通培養(yǎng)基中則易消失。多數(shù)細(xì)菌莢膜的化學(xué)成分是多糖，如肺炎鏈球菌、腦膜炎球菌等;少數(shù)為多肽，如炭疽桿菌;個(gè)別細(xì)菌的莢膜為透明質(zhì)酸。莢膜多糖為高度水合分子，含水量95%以上。

圖12－6　細(xì)菌的莢膜

莢膜有助于細(xì)菌抵抗不良環(huán)境及細(xì)菌在機(jī)體內(nèi)定植(colonization)，是細(xì)菌毒力因子之一，其具體功能如下:

(1)黏附作用　細(xì)菌黏附宿主細(xì)胞是其在機(jī)體內(nèi)定植引起感染的重要的第一步，糖萼不僅有助于菌體對(duì)宿主細(xì)胞的黏附，而且有助于將單個(gè)菌體粘連成一個(gè)整體，在宿主體內(nèi)形成細(xì)菌生物被膜(biofilm)。生物被膜是指附著于有生命或無(wú)生命物體表面被細(xì)菌胞外大分子(主要是多糖類(lèi)物質(zhì))包裹的有組織的細(xì)菌群體。生物被膜中的細(xì)菌與處于浮游生長(zhǎng)狀態(tài)的同一菌種的特性不同，其對(duì)抗生素和宿主免疫作用耐受性強(qiáng)，易引起慢性感染，如牙周病、慢性支氣管炎、難治性肺部感染和心內(nèi)膜炎等;在介入性診療人工醫(yī)療器械表面形成的生物被膜易引起醫(yī)療器械相關(guān)感染。糖萼協(xié)助細(xì)菌黏附在宿主粘膜表面或介入體內(nèi)的導(dǎo)管等表面，可防止細(xì)菌被體液沖刷掉，同時(shí)給菌體提供一個(gè)保護(hù)性微環(huán)境。如變異鏈球菌通過(guò)產(chǎn)生黏性多糖右旋糖黏附在牙齒琺瑯質(zhì)上，該菌在牙表面生長(zhǎng)產(chǎn)生更大量右旋糖，將其本身、其他口腔細(xì)菌和食物殘?jiān)尺B包裹形成牙菌斑生物被膜，牙菌斑內(nèi)細(xì)菌利用口腔內(nèi)蔗糖產(chǎn)生乳酸使微環(huán)境pH值降低，有利于嗜酸的變異鏈球菌生長(zhǎng)，該菌利用蔗糖產(chǎn)生乳酸能力極強(qiáng)，使牙菌斑微環(huán)境的pH值進(jìn)一步下降，最終導(dǎo)致牙齒琺瑯質(zhì)腐蝕，形成齲齒。

(2)抵抗宿主抗菌免疫功能　不同細(xì)菌的莢膜抵抗宿主免疫系統(tǒng)功能的機(jī)制不同。其中最重要的是莢膜抵抗宿主吞噬細(xì)胞的作用。已知莢膜是肺炎鏈球菌重要毒力因子，10個(gè)有莢膜活菌可使實(shí)驗(yàn)小鼠致死，而1萬(wàn)個(gè)無(wú)莢膜活菌才能使小鼠致死。莢膜多糖親水且?guī)ж?fù)電荷，還可使菌體粘連形成體積較大的生物被膜，從而抑制吞噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的直接吞噬作用。另外，莢膜可抑制補(bǔ)體介導(dǎo)的吞噬細(xì)胞的調(diào)理吞噬作用以及補(bǔ)體組分的活化。例如，有些細(xì)菌的莢膜屏蔽結(jié)合在菌體上的調(diào)理素C3b，使C3b不能與吞噬細(xì)胞表面C3b受體相結(jié)合，從而抑制C3b介導(dǎo)的調(diào)理吞噬作用。莢膜能抑制補(bǔ)體活化途徑中C3轉(zhuǎn)化酶的形成，從而使調(diào)理素C3b和C4b等宿主免疫分子不能產(chǎn)生。此外，有些細(xì)菌莢膜的成分與宿主組織中的某些成分類(lèi)似，如腦膜炎奈瑟氏菌莢膜由含唾液酸的多糖組成，釀膿鏈球菌莢膜由含透明質(zhì)酸的多糖組成，唾液酸和透明質(zhì)酸在宿主組織中常見(jiàn)，宿主免疫系統(tǒng)被“欺騙”誤將這些病原菌成分當(dāng)成自身成分，因此不產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拿庖邞?yīng)答。

(3)其他功能　莢膜有抗干燥作用;營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)可提供營(yíng)養(yǎng);具有抗原性，可用于細(xì)菌鑒別和分型。

(二)鞭毛

鞭毛(flagellum)是某些細(xì)菌菌體表面附著的細(xì)長(zhǎng)并呈波狀彎曲的絲狀物，所有弧菌、約半數(shù)桿菌及個(gè)別球菌具有鞭毛，經(jīng)特殊染色，使鞭毛增粗后在光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)。

根據(jù)鞭毛的數(shù)目和位置，可將有鞭毛菌分為4類(lèi):①單毛菌，在菌體一端僅有一根鞭毛，如霍亂弧菌;②雙毛菌，菌體兩端各有一根鞭毛，如空腸彎曲菌;③叢毛菌，菌體一端或兩端有一叢鞭毛，如綠膿桿菌;④周毛菌，菌體周身遍布許多菌毛，如傷寒桿菌。各種細(xì)菌鞭毛數(shù)目和位置不同，有助于鑒別細(xì)菌。

鞭毛的化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)，具有免疫原性。鞭毛抗原稱(chēng)為H抗原。不同菌種H抗原氨基酸組成不同，因而免疫原性也不同，常用于細(xì)菌的鑒定、分型和分類(lèi)。

鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)有化學(xué)趨向性，常向營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)處前進(jìn)，而逃離有害物質(zhì)。常用懸滴法或壓滴法直接觀察活菌的運(yùn)動(dòng)，有鞭毛的細(xì)菌在液體環(huán)境中自由游動(dòng)，速度迅速;而無(wú)鞭毛菌僅在原地顫動(dòng)。在半固體培養(yǎng)基穿刺培養(yǎng)，有鞭毛的細(xì)菌向周?chē)鷶U(kuò)散，穿刺線呈毛刷狀，無(wú)鞭毛細(xì)菌只在穿刺線上生長(zhǎng)。根據(jù)鞭毛的運(yùn)動(dòng)，也可用于鑒別細(xì)菌，如傷寒桿菌與痢疾桿菌的鑒別。

有些細(xì)菌的鞭毛與致病性有關(guān)。例如霍亂弧菌、空腸彎曲菌等通過(guò)活潑的鞭毛運(yùn)動(dòng)，可以穿透覆蓋在小腸黏膜表面的黏液層，使菌體黏附于腸黏膜上皮細(xì)胞，產(chǎn)生毒性物質(zhì)導(dǎo)致病變的發(fā)生。

(三)菌毛

菌毛(pilus)是存在于許多革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽(yáng)性菌表面的比鞭毛更細(xì)，短而直且硬的絲狀物與細(xì)菌運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，而細(xì)菌黏附有關(guān)，化學(xué)成分為菌毛蛋白。菌毛只有在電子顯微鏡下才能被看到。菌毛分普通菌毛和性菌毛兩種。

1．普通菌毛(common pilus)是短(0．2～2．0μm)的遍布菌體表面具有黏附特性的菌毛，與細(xì)菌致病性密切相關(guān)(圖12－7)。①是細(xì)菌的黏附結(jié)構(gòu)，能與宿主上皮細(xì)胞、血紅細(xì)胞和牙齒表面等發(fā)生黏附，有助于細(xì)菌抵抗黏液、唾液和尿液等的沖刷，抵抗細(xì)胞纖毛運(yùn)動(dòng)和腸蠕動(dòng)等清除作用，幫助細(xì)菌在體內(nèi)定植及形成生物被膜。②菌毛介導(dǎo)的黏附有很高的特異性，其受體一般是宿主細(xì)胞表面的糖脂、糖蛋白或蛋白質(zhì)。黏附的特異性決定了病原菌感染組織和宿主的特異性;同時(shí)宿主細(xì)胞受體結(jié)構(gòu)的多態(tài)性，也使宿主對(duì)感染性疾病的易感性(susceptibility)不同。例如，具有Ⅰ型菌毛的大腸埃希菌特異地識(shí)別甘露糖結(jié)構(gòu)，利于細(xì)菌黏附到富含甘露糖受體的腸道和下尿道粘膜上皮細(xì)胞表面;而具有P菌毛的大腸埃希菌識(shí)別含半乳糖－α－1，4－半乳糖結(jié)構(gòu)的生物分子，有利于細(xì)菌黏附到富含此受體結(jié)構(gòu)的腎集合管和腎盞部位，是引起腎盂腎炎的重要致病因子。③細(xì)菌黏附到宿主細(xì)胞后，細(xì)菌和宿主細(xì)胞都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，如菌毛在黏附后可發(fā)生解聚(depolymerization)，使細(xì)菌以細(xì)胞壁黏附到宿主細(xì)胞上，與細(xì)胞更緊密接觸;又如，當(dāng)腸致病型大腸埃希菌和傷寒沙門(mén)菌等腸道致病菌的菌毛黏附到腸上皮細(xì)胞時(shí)，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)游離鈣增多，激活微絲和微管活動(dòng)，使細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)紊亂，最后導(dǎo)致腸絨毛脫落。這些變化為細(xì)菌及其毒素進(jìn)一步侵犯深層組織創(chuàng)造了條件。

圖12－7　細(xì)菌的菌毛

2．性菌毛(sex pilus)是由F質(zhì)粒編碼產(chǎn)生的，僅見(jiàn)于少數(shù)革蘭陰性菌。數(shù)量少，一個(gè)菌只有1～4根，比普通菌毛長(zhǎng)而粗，中空呈管狀，性菌毛與細(xì)菌的遺傳變異有關(guān)。帶有性菌毛的細(xì)菌具有致育性(fertility)，稱(chēng)為F+菌或雄性菌，無(wú)性菌毛為F－菌或雌性菌。當(dāng)F+菌與F－菌相遇時(shí)，F(xiàn)+菌的性菌毛與F－菌的相應(yīng)性菌毛受體結(jié)合，F(xiàn)+菌體內(nèi)的質(zhì)?；蚝速|(zhì)片段等遺傳物質(zhì)，可通過(guò)中空的性菌毛進(jìn)入F－菌體內(nèi)，引起F－菌的變異。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為接合。細(xì)菌的毒力、耐藥性等性狀可通過(guò)此方式傳遞。此外，性菌毛也是某些噬菌體吸附于菌細(xì)胞的受體。

(四)芽胞

芽胞(spore)是某些革蘭陽(yáng)性菌在一定環(huán)境條件下，胞漿脫水濃縮，在菌體內(nèi)形成的具有多層膜結(jié)構(gòu)的圓形或卵圓形小體，也稱(chēng)內(nèi)芽胞(endospore)，細(xì)菌形成芽胞的能力是由菌體內(nèi)的芽胞基因決定的。芽胞一般只是在動(dòng)物體外才能形成，其形成條件因菌種而異。多見(jiàn)由于營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖減速，啟動(dòng)芽胞形成基因。芽胞帶有完整的核質(zhì)、酶系統(tǒng)和合成菌體組分的結(jié)構(gòu)，能保存細(xì)菌的全部生命必需物質(zhì)。芽胞形成后，菌體即成為空殼，有些芽胞可從菌體脫落游離。

芽胞代謝緩慢，營(yíng)養(yǎng)和能量消耗很低，抵抗力強(qiáng)，能保護(hù)細(xì)菌度過(guò)不良環(huán)境。芽胞形成后，若處于營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)充足，并有熱、酸、機(jī)械力等刺激物作用下破壞其芽胞殼，芽胞又可發(fā)芽形成新的菌體。整個(gè)過(guò)程中，細(xì)菌的數(shù)量并未增多，因此芽胞只是細(xì)菌的休眠狀態(tài)，而不是其繁殖方式。與芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌體可稱(chēng)為繁殖體。

芽胞折光性強(qiáng)，壁厚，不易著色，須用特殊染色法才能著色。芽胞的大小、形狀、位置等隨菌種而異，有重要的鑒別意義(圖12－8)。如炭疽桿菌的芽胞為卵圓形，比菌體小，位于菌體中央;破傷風(fēng)桿菌的芽胞呈圓形，比菌體大，位于頂端，狀如鼓槌;肉毒桿菌的芽胞比菌體寬，位于次極端。這些特點(diǎn)對(duì)細(xì)菌的鑒別有重要價(jià)值。

圖12－8　細(xì)菌芽胞的形態(tài)

細(xì)菌的芽胞具有多層厚膜結(jié)構(gòu)(圖12－9)。芽胞核心是芽胞的原生質(zhì)體，含有細(xì)菌原有的核質(zhì)和蛋白質(zhì)。核心的外層依次為內(nèi)膜、芽胞壁、皮質(zhì)層、外膜、芽胞殼和芽胞外壁。內(nèi)膜和外膜由原來(lái)的細(xì)胞膜形成。芽胞壁含肽聚糖，發(fā)芽后形成細(xì)胞壁。皮質(zhì)層最厚，由一種特殊的肽聚糖組成。芽胞殼堅(jiān)韌、致密，無(wú)通透性，是一種類(lèi)似角蛋白的物質(zhì)，能抵抗化學(xué)藥物透入，并增強(qiáng)對(duì)紫外線照射的抵抗力。芽胞外壁是一層疏松的結(jié)構(gòu)，由脂蛋白和糖類(lèi)組成。

圖12－9　細(xì)菌芽胞的結(jié)構(gòu)

細(xì)菌芽胞對(duì)熱力、干燥、化學(xué)消毒劑和輻射等理化因素均有強(qiáng)大抵抗力。例如，加熱煮沸數(shù)分鐘可殺死細(xì)菌繁殖體，但要3 h才能殺死芽胞;5%石炭酸在5～15 min內(nèi)可殺死細(xì)菌繁殖體，殺死芽胞則需十幾小時(shí);芽胞對(duì)干燥有很強(qiáng)的抵抗力，在自然界可存活數(shù)十年;殺死芽胞的紫外線劑量需要比細(xì)菌繁殖體大好幾倍。因此，在消毒滅菌時(shí)，應(yīng)以殺滅芽胞作為滅菌是否徹底的標(biāo)準(zhǔn)。細(xì)菌芽胞并不直接引起疾病，但當(dāng)發(fā)芽轉(zhuǎn)化為繁殖體后，就能迅速大量繁殖而致病。被芽胞污染的用具、敷料、手術(shù)器械等，用一般方法不易將其殺死。殺滅芽胞最可靠的方法是高壓蒸氣滅菌法。芽胞具有強(qiáng)大抵抗力的原因可能與下列因素有關(guān):①芽胞含水量少，蛋白質(zhì)受熱不易變性;②芽胞具有多層厚而致密的膜結(jié)構(gòu)，可阻礙化學(xué)物質(zhì)的滲入;③芽胞形成時(shí)能合成一些特殊的酶類(lèi)，這些酶有很強(qiáng)耐熱性;④芽胞中有高濃度的鈣離子，可形成某些不溶性鈣鹽，與抵抗力有關(guān)，如吡啶二羧酸鈣鹽與芽胞的抗熱能力有關(guān)。

第三節(jié)　細(xì)菌形態(tài)檢查法

細(xì)菌體積微小，無(wú)色半透明，因此須經(jīng)放大和染色后才能觀察其形態(tài)與結(jié)構(gòu)。

一、顯微鏡放大法

普通光學(xué)顯微鏡以可見(jiàn)光(日光或燈光)為光源，經(jīng)油鏡放大1 000倍后，可清晰觀察到細(xì)菌的基本形態(tài)、排列方式和某些特殊結(jié)構(gòu)，暗視野、相差顯微鏡或熒光顯微鏡觀察效果更好。

電子顯微鏡利用電子流代替光線，用電磁圈代替放大透鏡。電子波長(zhǎng)極短，僅為可見(jiàn)光波長(zhǎng)的1/10萬(wàn)，故其放大倍數(shù)很高，可達(dá)數(shù)十萬(wàn)倍，能分辨直徑1 nm的微粒。應(yīng)用電子顯微鏡，不僅能看清細(xì)菌的外表形態(tài)，也能看清內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡所觀察的形象，可投射到熒光屏上顯示，也可照相拍攝。掃描電鏡用電子流對(duì)物體表面進(jìn)行掃描，可以更清楚地顯露三維空間的立體形象。電子顯微鏡標(biāo)本須在真空干燥的狀態(tài)下檢查，故不能檢查活的微生物。

二、細(xì)菌染色法

由于細(xì)菌等電點(diǎn)為pH值2～5，在近于中性的環(huán)境中多帶負(fù)電荷，易與帶正電荷的堿性染料結(jié)合。同時(shí)細(xì)菌體內(nèi)含有大量RNA，呈酸性，也與堿性染料有親和性。因此，細(xì)菌染色多用堿性苯胺染料，如亞甲藍(lán)(美藍(lán))、堿性復(fù)紅、結(jié)晶紫等。

標(biāo)本在染色前，一般要經(jīng)過(guò)涂片、干燥和固定。涂片是將待檢物涂布于載玻片上，但要檢查組織中的微生物時(shí)，則需進(jìn)行組織學(xué)切片檢查。待自然干燥后，將標(biāo)本經(jīng)火焰加熱固定。固定的目的是殺死細(xì)菌，并使之黏附在破片上，染色時(shí)不致脫落。常用的細(xì)菌染色法有下列幾種。

(一)單染色法

單染色法，指僅用一種染料進(jìn)行染色。用此法可將各種細(xì)菌染成一種顏色，可觀察細(xì)菌的大小、形態(tài)與排列，但不能顯示各種細(xì)菌染色性的差異。

(二)特殊染色法

細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)如鞭毛、莢膜、芽胞以及細(xì)胞壁、異染顆粒，必須用特殊染色法才能著色。

(三)鑒別染色法

鑒別染色法，是用兩種以上的染料依次染色，將不同細(xì)菌染成不同顏色，既能觀察細(xì)菌的大小、形態(tài)與排列，又能鑒別細(xì)菌不同的染色性。最重要最常用的是革蘭染色法。

革蘭染色法(Gram stain)是丹麥細(xì)菌學(xué)家革蘭(Christian Gram)于1884年創(chuàng)用，至今已逾百年，仍在廣泛使用，是細(xì)菌學(xué)中最為經(jīng)典的染色法。具體方法是:細(xì)菌涂片用結(jié)晶紫或甲基紫初染，再經(jīng)碘液媒染，使之生成結(jié)晶紫與碘的復(fù)合物，此時(shí)各種細(xì)菌均被染成深紫色。然后用95%乙醇脫色，其中有的細(xì)菌不被脫色仍保持紫色，為革蘭陽(yáng)性(G+) 菌;有的細(xì)菌脫去紫色，最后用稀釋復(fù)紅或沙黃復(fù)染而呈紅色，為革蘭陰性(G－)菌。細(xì)菌的革蘭染色性是細(xì)菌種的特征，但也受細(xì)菌生長(zhǎng)條件及染色時(shí)操作的影響。例如，衰老的G+菌往往不能染成革蘭陽(yáng)性，而表現(xiàn)為革蘭陰性;脫色是革蘭染色中最關(guān)鍵步驟，脫色時(shí)間掌握不當(dāng)，也會(huì)影響革蘭染色性。

革蘭染色法的原理尚不完全清楚，可能有兩方面的因素。①G+菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較致密，肽聚糖層厚，脂類(lèi)含量少，乙醇不易透入，反而可使細(xì)胞壁脫水形成一道屏障，阻止染料由細(xì)胞內(nèi)滲出。G－菌細(xì)胞壁較為疏松，肽聚糖層薄，而脂蛋白、脂質(zhì)雙層、脂多糖均含大量脂質(zhì)，易被乙醇溶解，致使細(xì)胞壁通透性增高，細(xì)胞內(nèi)的結(jié)晶紫－碘復(fù)合物被乙醇溶解滲出而致脫色。②G+菌含有較多核糖核酸鎂鹽，可與堿性染料和碘的復(fù)合物牢固結(jié)合，不易脫色，另外，G+菌等電點(diǎn)更低(pH值2～3，而G－菌等電點(diǎn)pH值4～5)，與堿性染料結(jié)合更牢固。2種機(jī)制中，前者更為重要，因?yàn)槭ゼ?xì)胞壁的L型細(xì)菌，不論其原來(lái)是G+或是G－，都呈陰性反應(yīng)。

革蘭染色法是最為常用的細(xì)菌染色法，具有重要的實(shí)際意義:①鑒別細(xì)菌，革蘭染色法可將細(xì)菌分成G+和G－兩大類(lèi)，便于初步識(shí)別細(xì)菌，縮小范圍;②指導(dǎo)臨床選擇用藥，G+菌和G－菌對(duì)抗生素敏感性不同，大多數(shù)G+菌對(duì)青霉素、紅霉素、頭孢菌素等敏感，而G－菌則對(duì)青霉素等不敏感，但對(duì)鏈霉素、氯霉素、慶大霉素等敏感;③與致病性有關(guān)，大多數(shù)G+菌的致病物質(zhì)為外毒素，而大多數(shù)G－菌的致病物質(zhì)主要是內(nèi)毒素，二者致病作用不同。

(王雪銀)