细菌感染后毒力因子的表达与调控机制
微生物学第5章细菌与病毒的感染与致病机制
感染来源
外源性感染：病原菌
病人 带菌者 动物
内源性感染：条件致病菌 医院感染：病原菌＋条件致病菌
Department of Microbiology, Harbin Medical University 张文莉
少数细菌有致病性
许多细菌有条件致病性
大多细菌不具有致病性
Department of Microbiology, Harbin Medical University 张文莉
一、正常菌群与条件致病菌
正常菌群
在人体各部位正 常寄居而对人无 害的细菌
人体各部位正常细菌数量
Department of Microbiology, Harbin Medical University 张文莉
细胞毒素 外毒素 细菌
白喉棒状杆菌 白喉毒素
疾病
白喉
作用机制
抑制蛋白质合成
症状和体征
肾上腺出血、心肌损伤、外 周神经麻痹
肠毒素 细菌
霍乱弧菌
产毒型大肠 埃希菌
外毒素
肠毒素 肠毒素 肠毒素
疾病
霍乱 腹泻 食物中毒
作用机制
激活肠粘膜腺苷环化酶， 增高细胞内cAMP水平
症状和体征
腹泻、呕吐 呕吐、腹泻
金葡菌
Department of Microbiology, Harbin Medical University 张文莉
细菌的感染类型
不感染 隐性感染 潜伏感染 显性感染 带菌状态
急性感染 慢性感染 局部感染 全身感染
毒血症、 菌血症、败血 症 脓毒血症、内 毒素血症
生物致病因子的鉴定和分析
生物致病因子的鉴定和分析生物致病因子（Biological Pathogenic Factors）是指能够导致生物体发生致病性反应的一类因素，包括病原菌、病毒、真菌、寄生虫、细胞毒素、过敏原等。
鉴定和分析这些因子是医学防治疾病的重要环节，也是实验室诊断的基础。
一、鉴定生物致病因子的方法1. 细菌鉴定细菌鉴定是指通过分离纯化、生化测定、药敏试验、免疫学检验等手段，鉴定出所感染的细菌种类。
目前常用的方法有传统的细菌培养、气体色谱技术、质谱分析等方法。
细菌培养是细菌鉴定的基础，常用的包括Blood、MacConkey、Sabouraud、m-FC等培养基，通过菌落数、形态、颜色等特征指导细菌的分类和鉴定。
气体色谱技术是基于细菌的挥发性代谢产物特征，通过检测细菌产生的挥发物来鉴定细菌种类。
质谱分析是基于质量分析的原理，通过测量细菌样品的质量来鉴定细菌的物种。
2. 病毒鉴定病毒鉴定是指通过病毒的生物学特性、形态学结构、核酸序列等手段，鉴定出所感染的病毒种类。
常用的方法有传统的电镜观察、细胞培养、免疫荧光检测、PCR扩增等方法。
电镜观察是病毒鉴定的基础，通过电子显微镜观察病毒颗粒形态、大小、结构等特征，进行初步的病毒鉴定。
细胞培养是指在细胞培养基中培养病毒，通过病毒感染细胞、繁殖、形成细胞病变等特征，鉴定出所感染的病毒种类。
免疫荧光检测是基于抗原-抗体作用原理，通过抗体和荧光标记，检测标记的荧光信号来鉴定病毒。
PCR扩增是指通过核酸扩增技术，扩增出病毒的基因片段，从而鉴定病毒物种。
3. 真菌鉴定真菌鉴定是指通过真菌的形态、解剖、培养特性、生物活性等鉴定手段，鉴定出所感染的真菌种类。
常用的方法有传统的菌落形态观察、显微镜观察、培养鉴定、PCR扩增鉴定等方法。
菌落形态是真菌鉴定的基础，通过菌落外形、颜色、质地等特征，指导真菌的分类和鉴定。
显微镜观察是指通过显微镜观察真菌的形态、位置、颜色等特征，进行真菌鉴定。
培养鉴定是指通过真菌在不同培养基中的特征，如生长速度、芽孢的形态、颜色、培养温度等方面，鉴定真菌种类。
细菌感染与致病机制
(五)院内感染的现状 平均感染率 5﹪-10﹪ 中国:8.5﹪-9.7﹪; 美国:2.7﹪。 中国:10多亿人民币;美国:约5亿美圆。
(六)院内感染的预防 1. 建立健全管理机构; 2. 加强卫生管理; 3. 加强对重点科室和人群的监管; 4.合理治疗。
三、细菌感染的类型
(一)隐性感染 (二)显性感染
四、细菌的致病性与致病机制
细菌致病特点
种特异性 宿主特异性
细菌致病性
毒力 细菌侵入途径 细菌侵入数量
细菌的毒力 概念:毒力(virulence):细菌侵入 宿主并致病的能力强弱程度。
包含:细菌侵袭力和毒素。
(一)侵袭力(invasiveness) 细菌对抗宿主抗感染免疫力、黏附宿主细胞
及侵入宿调(dysbacteriosis) 指机体某些部位正常菌群中各菌种产 生较大幅度的变化而超出了正常范围 的状态。
菌群失调症或菌群交替症(microbial selection and substitution) 由于菌群失调而导致的病症。
三、 医院获得性感染 (一)概念 指病人在住院48h后发生的感 染,称为医院获得性感染 (hospital acquired infection)通 称医院内感染(nosocomial infection)。
b.有害代谢物;
(4)抗衰老作用;
c.营养竞争。
(5)抑瘤作用。
二、 微生态失调(microdysbiosis) 正常菌群之间、正常菌群与宿主之间的微
生态平衡被破坏,包括菌群失调和异位寄生 两类。
机会性感染;条件按致病性感染;条件致病 菌或机会致病菌。
致病条件 1. 异位寄生; 2.菌群失调; 3.免疫功能的低下。
1. 黏附因子 (黏附素) (1) 菌毛 主要位于G- 菌,又称定居因子; (2) 非菌毛黏附素 主要位于G+ 菌。
细菌的感染与致病机制
第五章细菌的感染与致病机制1.什么是柯赫法则？如何从分子水平解释柯赫法则？答：柯赫法则是确定某种细菌是否具有致病性的主要依据，其要点是，第一，特殊的病原菌应在同一疾病中查见，在健康者不存在；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；第四，自试验感染的动物体内能重新获得该病原菌的纯培养。
随着分子生物学的发展，“基因水平的柯赫法则”应运而生。
取得共识的有一下几点：第一，应在致病菌株中检出某些基因或其产物，而无毒力菌株中无。
第二，如有毒力菌株的某个基因被破坏，则菌株的毒力应减弱或消除。
或者将此基因克隆到无毒菌株内，后者成为有毒力菌株。
第三，将细菌接种动物时，这个基因应在感染的过程中表达。
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。
该法则也适用于细菌以外的微生物，如病毒。
2.如何确定某种细菌具有致病性？答：细菌是否具有致病性主要从细菌所具有的毒力来考虑。
细菌毒力的表示方法很多，最具实用的是半数致死量和半数感染量。
半数致死量是指能使解中的实验动物在感染后一定时限内死亡一半所需的微生物量或毒素量。
半数感染量某些病原微生物只能感染实验动物、鸡胚或细胞，但不引致死亡，可用ID50来表示其毒力。
4.什么样的细菌能内化入胞？意义何在？答：内化作用指某些细菌粘附于细胞表面之后，能进入吞噬细胞或非吞噬细胞内部的过程。
内化作用对细胞的意义在于，细胞通过这种移位作用进入深层组织，或进入血液循环，细菌借以从感染的原发病灶扩散至全身或较远的靶器官。
宿主细胞为进入其内的细菌提供了一个增殖的小环境和庇护所，使细菌逃避宿主免疫机制的杀灭。
5.胞外蛋白酶有何致病作用？举例说明.答：胞外蛋白酶本身无毒性，但在细菌感染的过程中有一定作用。
例如：（1）血浆凝固酶：大多数致病性金黄色葡萄球菌能产生一种血浆凝固酶（游离血浆凝固酶），能加速人或兔血浆的凝固，保护病原菌不被吞噬或免受抗体等的作用。
细菌结构及与毒力相关的因子
幽门螺杆菌
3、菌毛（pilus）
许多G－菌和少数G＋菌菌体 表面存在着一种比鞭毛更细、 更短的丝状物
与运动无关
菌毛的种类和功能
普通菌毛
遍布细胞表面，每菌可 达数百根，短而直，粘附 结构。
性菌毛
每菌1～4根，比普通菌
毛长而粗，传递质粒。
埃希氏大肠杆菌
• 菌毛&泌尿系感染
4、芽胞（spore）
是细菌的休眠形式
• 粘附作用 • 抗吞噬作用 • 抵抗宿主抗菌免疫功能 • 其他功能
例：龋齿的形成
Biofilm
2.鞭毛（flagellum）
伸出菌体外的细长而弯曲的丝状物。 染色特性：鞭毛染色法
鞭毛种类
单毛菌 双毛菌 丛毛菌
周毛菌
鞭毛功能
细菌的运动器官 某些细菌鞭毛与致病有关 鞭毛蛋白有抗原性：H抗原 种属鉴定
慢性和反复感染 常规细菌检查阴性
总结 2
• 革兰氏染色与细胞壁结构 • 革兰氏阳性菌细胞壁结构 • 革兰氏阴性菌细胞壁结构 • 两种细胞壁结构的异同 • 细菌L型
3.3
细菌的其他基本结构
（二）细胞膜
组成：脂质双层、蛋白质（无胆固醇） 功能：
• 物理屏障 • 物质纳泄 • 生物合成 • 呼吸作用与能量代谢 • 形成中介体
Vancomycin万古霉素
Kenneth J.Ryan,C.George Ray, Nafees Ahmad, etal. Sherries Medical Microbiology. Mc Graw Hill education 2014
2.Ｇ＋菌的细胞壁其他成分
磷壁酸
壁磷壁酸 膜磷壁酸 蛋白 多糖
4、胞质颗粒（intracellular granule）
第1节细菌的致病性
弱；各菌的毒性效应大致
毒性作用
强；具选择性，能引起特 殊临床表现
同：引起发热、白细胞增 多、微循环障碍、休克、
DIC等
强，能使机体产生抗毒素 抗 原 性 抗体；可脱毒成为类毒素 弱； 尚未制成类毒素
外毒素的种类：
破伤风毒素（神经毒素）
白喉毒素（细胞毒素）
肉毒毒素（神经毒素）
霍乱毒素（肠毒素）
外毒素的抗原性：
化学成分 蛋白质
脂多糖
稳 定 性 差；60~80℃、30min破坏 稳定；160℃、2~4h破坏
弱；各菌的毒性效应大致
毒性作用
强；具选择性，能引起特 殊临床表现
同：引起发热、白细胞增 多、微循环障碍、休克、
DIC等
强，能使机体产生抗毒素 抗 原 性 抗体；可脱毒成为类毒素 弱； 尚未制成类毒素
一、细菌的致病性 （二）细菌侵入数量
侵袭力
毒力
病
产毒性
细菌毒素
原
菌
侵入数量
侵入门径：呼吸道、消化道、皮肤伤口
二、细菌感染
感染——
细菌在一定环境条件下,突破机体的防御 功能，侵入机体,在一定部位生长繁殖,引起 不同程度的病理过程称为感染。
二、细菌感染 （三）感染的类型
感染的发展与结局取决于
宿主的免疫防御能力 病原菌的致病性
按病原菌与宿主的力量对比和床表现，感染可分为：
二、细菌感染 （三）感染的类型
菌血症: 病菌短暂入血，不繁殖，病轻
全身感染 败血症: 病菌入血繁殖，产生毒素，病重
脓毒血症: 化脓性细菌引起败血症并致脏 器化脓
毒血症: 病菌不入血,毒素入血
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细菌的致病性
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微寄室 方昕
最新：群体感应调控细菌耐药的机制(全文)
最新：群体感应调控细菌耐药的机制（全文）细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题，亟需新策略阻控细菌耐药。
群体感应是微生物细胞间交流的一种机制，当环境中群体密度达到阈值后群体感应即被激活，调控下游基因转录。
群体感应已被证实可调控生物膜、外排泵、细菌分泌系统等抗菌素耐药机制，有望成为耐药调控靶点。
目前已有多种群体感应抑制剂通过降解信号分子、干扰信号分子与受体蛋白的识别和结合、阻断群体感应信号的合成等方式干扰群体感应。
群体感应抑制剂有望成为阻控微生物耐药的新方法。
近年来，随着抗菌素的广泛使用，细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题。
研究者们试图通过研究微生物耐药靶点、研发新型药物等方法攻克抗菌素耐药这一世纪难题，但细菌耐药率仍逐年攀升。
因此，迫切需要从新的角度研究抗菌素耐药问题。
最近，一些研究揭示了群体感应（quorumsensing）系统在细菌耐药中的作用，并深入探索了群体感应调控细菌耐药的机制，这些研究成果有望为阻控抗菌素耐药提供新的方法和靶点。
本文围绕群体感应对细菌抗菌素耐药的调控机制及干预手段进行综述。
一.细菌耐药机制目前，抗菌素的作用机制主要包括以下4个方面：（1）阻碍细胞膜合成；（2）增强细胞膜通透性；（3）影响蛋白质合成；（4）干扰DNA的复制和转录〔】】。
相应地，细菌发展出以下5种主要抗菌素耐药机制：（1）降低细胞膜对抗菌素的通透性；（2）利用外排泵排出抗菌素；（3）基因突变或修饰抗菌素靶向基因；（4）对抗菌素的直接修饰或降解；（5）形成生物膜1W。
为克服细菌耐药，新药研发、药物联用已成为常见手段，但罕有从细菌群体角度出发制定的策略。
基于此，深入研究细菌群体感应系统，从中寻找新的耐药阻控手段已刻不容缓。
二、群体感应简介20世纪70年代，Nea1son和Eberhard等【2,3］发现费氏弧菌（Vibiofischeri）和哈维弧菌（Vibioharveyi）的发光现象可由菌群密度所调控,这是最早关于群体感应现象的文献报道。
病原菌毒力基因的鉴定及其功能分析
病原菌毒力基因的鉴定及其功能分析病原菌是引起许多人类疾病的原因之一，全球每年因病原菌感染死亡的人数都在上升。
对于病原菌进行毒力基因鉴定以及功能分析，可以更好地了解病原菌的感染机制和毒力特性，为研发抵抗菌药物和制定相应预防控制策略提供科学依据。
一、病原菌毒力基因鉴定病原菌毒力基因是指在其基因组中，编码导致病原菌致病能力的基因。
这些基因可以被分为两类：一类是编码病原菌表面抗原和酶等毒力因子的基因；另一类是编码调节这些基因的转录因子等调控因子的基因。
当前，利用生物信息学的方法对病原菌进行毒力基因鉴定已经成为一个主要的研究方向。
这种方法可以从大量的基因组序列中，快速准确地识别出毒力基因。
其中，常用的生物信息学方法包括比对方法、模式识别方法、机器学习方法等。
比对方法是指将病原菌的基因组序列与已知的毒力基因序列进行比对，以查找与毒力相关的基因。
模式识别方法则是通过分析已知的毒力基因序列特征，比如保守领域、同源序列等，以在基因组序列中识别毒力基因。
而机器学习方法则是通过构建分类器，将病原菌的基因组序列分类为含毒力基因和不含毒力基因的两类。
二、病原菌毒力基因功能分析毒力基因的鉴定仅仅是第一步，为了更好地理解这些基因的作用，我们需要进行功能分析。
目前，功能分析主要包含四种方法：基因沉默、基因表达分析、基因敲除以及基因突变。
基因沉默是指通过siRNA或shRNA等方法，将特定的毒力基因沉默下来，以观察其对病原菌感染能力的影响。
基因表达分析则是通过构建表达载体，将病原菌中特定的毒力基因表达出来，以观察其是否能够增强病原菌的致病能力。
基因敲除是指通过基因编辑技术，切除病原菌中特定的毒力基因，然后观察其对病原菌致病能力的影响。
而基因突变则是通过基因编辑技术，在毒力基因的特定位置进行突变，以观察这些突变是否会对病原菌的致病能力造成影响。
三、相关研究进展在对病原菌毒力基因进行鉴定和功能分析的过程中，人们已经不断地进行了尝试和实践。
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细菌感染后毒力因子的表达与调控机制
细菌是一类小型的微生物生物体，它们作为一种生命形式在地球上已经存在了
几十亿年，随着科学技术的不停发展，人们对于细菌的研究也日益深入。
细菌不仅可以生产药物、为人类服务，还可以引起各种疾病、给人类造成危害。
细菌感染后，是怎样表达出自身的毒力因子的呢？本文将为大家介绍细菌感染后毒力因子的表达与调控机制。
一、细菌感染后的毒力因子
毒力因子指的是细菌在感染后分泌的具有病原性的分子物质，也叫做细菌毒素。
细菌感染后，会在其细胞内合成一系列的毒力因子，这些毒力因子会分泌到外部，并进入宿主细胞内，破坏宿主细胞及其周围环境，导致宿主细胞死亡或者受损，引起一系列疾病。
例如，大肠杆菌就可以在感染宿主后产生毒力因子细菌外毒素(Escherichia coli Exotoxin)和内毒素(endotoxin)，它们会导致宿主体内的免疫系统激活，引起一系列
炎症反应，抑制人体的免疫功能，从而引起肠胃炎、腹泻等病症。
二、毒力因子的表达
在细菌感染后，毒力因子的表达是与感染后的细菌状态、病原性等因素密切相
关的。
（一）细菌状态
细菌状态分为生长期、凋亡期和休眠期。
在感染宿主前，处于生长期的细菌会
进行大量的合成，准备向外分泌毒素。
而处于凋亡期的细菌分泌出的毒素会更具攻击性，因为它们是紫外线、药物或高温处理后生还的菌种，表现出了比活生生菌株更强的进攻能力。
休眠状态的菌体，它们会在极端条件下生存，发挥需要时顶峰的能力。
（二）细菌基因表达
细菌基因表达是细菌分泌毒素的关键。
毒素基因通常被编码为独特的蛋白质，
被称为毒素蛋白。
存在于二级代谢产物中的蛋白质和基因表达与生存没有太大关系，而存在于染色质中的蛋白质会随着基因启动子的表达而表现出不同的催化活性，从而产生毒素。
三、调控机制
（一）环境因素的影响
环境因素对毒力因子的表达和毒素基因的转录有直接影响。
许多毒素的表达与
环境因素密切相关。
例如，一些细菌在休眠时不会合成或分泌毒力因子，这是因为缺乏外界时间的刺激。
细菌细胞在应激条件下会启动系统保护机制，抵御毒物的侵入。
（二）合成和分泌过程的调控
一些细菌，如产生霍乱毒素的霍乱弧菌，分泌毒素时会通过一系列复杂的生化
过程检测自动寻找和防止生化链路上的错误，保证细菌内部毒素链路的正确性，以确保毒力因子的正常表达。
此外，某些细菌对毒力因子表达的调节是特别有效的。
例如，云南桫椤病原菌
产生的毒素，其表达由一个调节元件控制，这个元件可以感应到某些物质的存在，如乳酸和甘氨酸。
在这种情况下，毒力因子会被“打开”或“关闭”，从而调控其表达。
四、总结
作为一种生命形式，细菌的研究一直是生物科学的热门话题之一。
细菌感染后
毒力因子的表达与调控机制，是细菌生存和繁殖的过程中至关重要的一个环节。
通过对细菌感染后毒力因子的研究，我们可以更好地理解细菌的作用，也有助于人们研发治疗细菌感染疾病的药物，为人类健康及生命做出贡献。