細菌

細菌

廣義的細菌即為原核生物。是指一大類細胞核無核膜包裹,只存在稱作擬核區(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細胞生物,包括真細菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類群。人們通常所說的即為狹義的細菌,狹義的細菌為原核微生物的一類,是一類形狀細短,結構簡單,多以二分裂方式進行繁殖的原核生物,是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體,是大自然物質循環的主要參與者。

基本信息

細菌的發現

細菌最早是被荷蘭人列文虎克(Antony van Leeuwemhoek,1632-1723)在一位從未刷過牙的老人牙垢上發現的,但那時的人們認為細菌是自然產生的。直到後來,巴斯德用鵝頸瓶實驗指出,細菌是由空氣中已有細菌產生的,而不是自行產生,並發明了“巴氏消毒法”,被後人譽為“微生物之父”。

細菌這個名詞最初由德國科學家埃倫伯格(Christian Gottfried Ehrenberg,1795-1876)在1828年提出,用來指代某種細菌。這個詞來源於希臘語βακτηριον,意為“小棍子”。

1866年,德國動物學家海克爾(Ernst Haeckel,1834-1919)建議使用“原生生物”,包括所有單細胞生物(細菌、藻類、真菌和原生動物)。

1878年,法國外科醫生塞迪悅(Charles Emmanuel Sedillot,1804-1883)提出“微生物”來描述細菌細胞或者更普遍的用來指微小生物體。

因為細菌是單細胞微生物,用肉眼無法看見,需要用顯微鏡來觀察。1683年,安東·列文虎克(Antony van Leeuwenhoek,1632-1723)最先使用自己設計的單透鏡顯微鏡觀察到了細菌,大概放大200倍。路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)和羅伯特·科赫(Robert Koch,1843-1910)指出細菌可導致疾病。

細菌的形態

基本形態

(1)球菌:按其排列方式又可分為單球菌、雙球菌、四聯球菌、八疊球菌,葡萄球菌和鏈球菌。

(2)桿菌:細胞形態較複雜,有短桿狀、棒桿狀、梭狀、月亮狀、分枝狀。

(3)螺鏇狀:可分為弧菌(螺鏇不滿一環)和螺菌(螺鏇滿2~6環,小的堅硬的螺鏇狀細菌)。此外,人們還發現星狀和方形細菌。

細胞大小

測量細菌大小的單位是微米,球菌直徑一般為0.5~1微米,桿菌直徑與球菌相似。

細胞壁

細菌細胞的結構細菌細胞的結構
厚度因細菌不同而異,一般為15-30nm。主要成分是肽聚糖,由N-乙醯葡糖胺和N-乙醯胞壁酸構成雙糖單元,以β-1,4糖苷鍵連線成大分子。N-乙醯胞壁酸分子上有四肽側鏈,相鄰聚糖纖維之間的短肽通過肽橋(革蘭陽性菌)或肽鍵(革蘭陰性菌)橋接起來,形成了肽聚糖片層,像膠合板一樣,粘合成多層。

肽聚糖中的多糖鏈在各物種中都一樣,而橫向短肽鏈卻有種間差異。革蘭陽性菌細胞壁厚約20~80nm,有15-50層肽聚糖片層,每層厚1nm,含20-40%的磷壁酸(teichoic acid),有的還具有少量蛋白質。革蘭陰性菌細胞壁厚約10nm,僅2-3層肽聚糖,其他成分較為複雜,由外向內依次為脂多糖、細菌外膜和脂蛋白。此外,外膜與細胞之間還有間隙。

肽聚糖是革蘭陽性菌細胞壁的主要成分,凡能破壞肽聚糖結構或抑制其合成的物質,都有抑菌或殺菌作用。如溶菌酶是N-乙醯胞壁酸酶,青黴素抑制轉肽酶的活性,抑制肽橋形成。

細菌細胞壁的功能包括:①保持細胞外形,提高機械強度;②抑制機械和滲透損傷(革蘭陽性菌的細胞壁能耐受20kg/cm2的壓力);③介導細胞間相互作用(侵入宿主)④;防止大分子入侵;⑤協助細胞運動和生長,分裂和鞭毛運動;⑥賦予細菌特定的抗原性以及對抗生素和噬菌體的敏感性。

其中還有一些缺壁細菌,分為四類:①L型細菌,是指某些在實驗室或宿主體內,通過自發突變,形成細胞壁缺陷的變異菌株;②原生質體,是指在人為條件下(用溶菌酶或青黴素)處理革蘭陽性細菌,獲得的無壁細胞;③球狀體,是指在人為條件下,處理革蘭陰性菌,獲得的殘留部分細胞壁的細胞;④支原體,是指在進化過程中獲得的無壁的原核微生物。

細胞膜

是典型的單位膜結構,厚約8~10nm,外側緊貼細胞壁,某些革蘭陰性菌還具有細胞外膜。通常不形成內膜系統,除核糖體外,沒有其它類似真核細胞的細胞器,呼吸和光合作用的電子傳遞鏈位於細胞膜上。某些行光合作用的原核生物(藍細菌和紫細菌),質膜內褶形成結合有色素的內膜,與捕光反應有關。某些革蘭陽性細菌質膜內褶形成小管狀結構,稱為中膜體(mesosome)或間體(圖3-11),中膜體擴大了細胞膜的表面積,提高了代謝效率,有擬線粒體(Chondroid)之稱,此外還可能與DNA的複製有關。

細胞質與核質體

細菌和其它原核生物一樣,只有擬核,沒有核膜,DNA集中在細胞質中的低電子密度區,稱核區或核質體(nuclear body)。細菌一般具有1-4個核質體,多的可達20餘個。核質體是環狀的雙鏈DNA分子,所含的遺傳信息量可編碼2000~3000種蛋白質,空間構建十分精簡,沒有內含子。由於沒有核膜,因此DNA的複製、RNA的轉錄與蛋白質的合成可同時進行,而不像真核細胞那樣這些生化反應在時間和空間上是嚴格分隔開來的。

每個細菌細胞約含5000~50000個核糖體,部分附著在細胞膜內側,大部分游離於細胞質中。細菌核糖體的沉降係數為70S,由大亞單位(50S)與小亞單位(30S)組成,大亞單位含有23SrRNA,5SrRNA與30多種蛋白質,小亞單位含有16SrRNA與20多種蛋白質。30S的小亞單位對四環素與鏈黴素很敏感,50S的大亞單位對紅黴素與氯黴素很敏感。

細菌核區DNA以外的,可進行自主複製的遺傳因子,稱為質粒(plasmid)。質粒是裸露的環狀雙鏈DNA分子,所含遺傳信息量為2~200個基因,能進行自我複製,有時能整合到核DNA中去。質粒DNA在遺傳工程研究中很重要,常用作基因重組與基因轉移的載體。

胞質顆粒是細胞質中的顆粒,起暫時貯存營養物質的作用,包括多糖、脂類、多磷酸鹽等。

莢膜

許多細菌的最外表還復蓋著一層多糖類物質,邊界明顯的稱為莢膜(capsule),如肺炎球菌,邊界不明顯的稱為粘液層(slime layer),如葡萄球菌。莢膜對細菌的生存具有重要意義,細菌不僅可利用莢膜抵禦不良環境;保護自身不受白細胞吞噬;而且能有選擇地粘附到特定細胞的表面上,表現出對靶細胞的專一攻擊能力。例如,傷寒沙門桿菌能專一性地侵犯腸道淋巴組織。細菌莢膜的纖絲還能把細菌分泌的消化酶貯存起來,以備攻擊靶細胞之用。

另外在細菌入侵免疫系統時,莢膜可以防止免疫系統識別細菌,從而存活下來。

鞭毛

鞭毛是某些細菌的運動器官,由一種稱為鞭毛蛋白(flagellin)的彈性蛋白構成,結構上不同於真核生物的鞭毛。細菌可以通過調整鞭毛鏇轉的方向(順和逆時針)來改變運動狀態。

菌毛

菌毛是在某些細菌表面存在著一種比鞭毛更細、更短而直硬的絲狀物,須用電鏡觀察。特點是:細、短、直、硬、多,菌毛與細菌運動無關,根據形態、結構和功能,可分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關,後者為中空管子,與傳遞遺傳物質有關。

芽孢

有些細菌在生長發育的後期,個體縮小,細胞壁增厚,形成芽孢。芽孢是細菌的休眠體,對不良環境有較強的抵抗能力。小而輕的芽孢還可以隨風四處飄散,落在適當環境中,又能萌發成為細菌。細菌快速繁殖和形成芽孢的特性,使它們幾乎無處不在。

某些細菌處於不利的環境,或耗盡營養時,形成內生孢子,又稱芽孢,是對不良環境有強抵抗力的休眠體,由於芽孢在細菌細胞內形成,故常稱為內生孢子。

芽孢的生命力非常頑強,有些湖底沉積土中的芽孢桿菌經500-1000年後仍有活力,肉毒梭菌的芽孢在pH 7.0時能耐受100℃煮沸5-9.5小時。芽孢由內及外有以下幾部分組成:

1.芽孢原生質(spore protoplast,核心core):含濃縮的原生質。

2.內膜(inner membrane):由原來繁殖型細菌的細胞膜形成,包圍芽孢原生質。還有細模質。

3.芽孢壁(spore wall):由繁殖型細菌的肽聚糖組成,包圍內膜。發芽後成為細菌的細胞壁。

4.皮質(cortex):是芽孢包膜中最厚的一層,由肽聚糖組成,但結構不同於細胞壁的肽聚糖,交聯少,多糖支架中為胞壁酐而不是胞壁酸,四肽側鏈由L-Ala組成。

5.外膜(outer membrane):也是由細菌細胞膜形成的。

6.外殼(coat):芽孢殼,質地堅韌緻密,由類角蛋白組成(keratinlike protein),含有大量二硫鍵,具疏水性特徵。

7.外壁(exosporium):芽孢外衣,是芽孢的最外層,由脂蛋白及碳水化合物(糖類)組成,結構疏鬆。

細菌的種類

細菌細菌

並可根據形狀分為三類,即:球菌、桿菌和螺鏇菌(包括弧菌、螺菌、螺桿菌)。按細菌的生活方式來分類,分為兩大類:自養菌和異養菌,其中異養菌包括腐生菌和寄生菌。按細菌對氧氣的需求來分類,可分為需氧(完全需氧和微需氧)和厭氧(不完全厭氧、有氧耐受和完全厭氧)細菌。按細菌生存溫度分類,可分為喜冷、常溫和喜高溫三類。細菌的發現者:荷蘭商人安東·列文虎克。細菌很小,只能用顯微鏡才能看見。

細菌(英語:Bacteria)是生物的主要類群之一,屬於細菌域。細菌是所有生物中數量最多的一類,據估計,其總數約有5×10^30個。細菌的個體非常小,目前已知最小的細菌只有0.2微米長,因此大多只能在顯微鏡下看到它們。細菌一般是單細胞,細胞結構簡單,缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器,例如線粒體和葉綠體。基於這些特徵,細菌屬於原核生物(Prokaryota)。原核生物中還有另一類生物稱作古細菌(Archaea),是科學家依據演化關係而另闢的類別。為了區別,本類生物也被稱做真細菌(Eubacteria)。

細菌廣泛分布於土壤和水中,或者與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據估計,人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍。此外,也有部分種類分布在極端的環境中,例如溫泉,甚至是放射性廢棄物中,它們被歸類為嗜極生物,其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌(Thermotoga maritima),科學家是在義大利的一座海底火山中發現這種細菌的。然而,細菌的種類是如此之多,科學家研究過並命名的種類只占其中的小部分。細菌域下所有門中,只有約一半能在實驗室培養的種類。

細菌的營養方式有自養及異養,其中異營的腐生細菌是生態系中重要的分解者,使碳循環能順利進行。部分細菌會進行固氮作用,使氮元素得以轉換為生物能利用的形式。細菌也對人類活動有很大的影響。一方面,細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。然而,人類也時常利用細菌,例如乳酪及優酪乳的製作、部分抗生素的製造及廢水的處理等,都與細菌有關。在生物科技領域中,細菌有也著廣泛的運用。

細菌是一種單細胞生物體,生物學家把這種生物歸入“裂殖菌類”。細菌細胞的細胞壁非常像普通植物細胞的細胞壁,但沒有葉綠素。因此,細菌往往與其他缺乏葉綠素的植物結成團塊,並被看作屬於“真菌”。細菌因為特別小而區別於其他植物細胞。實際上,細菌也包括存在著的最小的細胞。此外,細菌沒有明顯的核,而具有分散在整個細胞內的核物質。因此,細菌有時與稱為“藍綠藻”的簡單植物細胞結成團塊,藍綠藻也有分散的核物質,但它還有葉綠素。人們越來越普遍地把細菌和其他大一些的單細胞生物歸在一起,形成既不屬於植物界也不屬於動物界的一類生物,它們組成生命的第三界——“原生物界”。有些細菌是“病原的”細菌,其含義是致病的細菌。然而,大多數類型的細菌不是致病的,而的確常常是非常有用的。例如,土壤的肥沃在很大程度上取決於住在土壤中的細菌的活性。“微生物”,恰當地說,是指任何一種形式的微觀生命。“菌株”一詞用得更加普遍,因為它指的是任何一點小的生命,甚至是一個稍大一點的生物的一部分。例如,包含著實際生命組成部分的一個種子的那個部分就是胚芽,因此我們說“小麥胚芽”。此外,卵細胞和精子(載著最終將發育成一個完整生物的極小生命火花)都稱為“生殖細胞”。然而,在一般情況下,微生物和菌株都用來作為細菌的同義詞;而且確實尤其適用於致病的細菌。

根據形態分類

細菌具有不同的形狀。大部分細菌根據形狀分為三類:桿菌是棒狀;球菌是球形(例如鏈球菌或葡萄球菌);螺鏇菌是螺鏇形,包括弧菌螺鏇菌和螺鏇體。

細菌的結構十分簡單,原核生物,沒有成形的細胞核,沒有膜結構的細胞器例如線粒體和葉綠體,但是有細胞壁,有的細菌還有鞭毛和莢膜,根據細胞壁的組成成分,細菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。“革蘭氏”來源於丹麥細菌學家革蘭(Hans Christian Gram),他發明了革蘭氏染色。

細菌細菌

有些細菌細胞壁外有多糖形成的莢膜,形成了一層遮蓋物或包膜。莢膜可以幫助細菌在乾旱季節處於休眠狀態,並能儲存食物和處理廢物。鞭毛可以幫助細菌運動。

細菌的分類的變化根本上反應了發展史思想的變化,許多種類甚至經常改變或改名。隨著基因測序,基因組學,生物信息學和計算生物學的發展,細菌學被放到了一個合適的位置。最初除了藍細菌外(它完全沒有被歸為細菌,而是歸為藍綠藻),其他細菌被認為是一類真菌。隨著它們的特殊的原核細胞結構被發現,這明顯不同於其他生物(它們都是真核生物),導致細菌歸為一個單獨的種類,在不同時期被稱為原核生物,細菌,原核生物界。一般認為真核生物來源於原核生物。

通過研究rRNA序列,美國微生物學家伍茲(Carl Woese)於1976年提出,原核生物包含兩個大的類群。他將其稱為真細菌(Eubacteria)和古細菌(Archaebacteria),後來被改名為細菌(Bacteria)和古菌(Archaea)。伍茲指出,這兩類細菌與真核細胞是由一個原始的生物分別起源的不同的種類。研究者已經拋棄了這個模型,但是三域系統獲得了普遍的認同。這樣,細菌就可以被分為幾個界,而在其他體系中被認為是一個界。它們通常被認為是一個單源的群體,但是這種方法仍有爭議。

古細菌

古細菌(archaeobacteria)(又可叫做古生菌或者古菌)是一類很特殊的細菌,多生活在極端的生態環境中。具有原核生物的某些特徵,如無核膜及內膜系統;也有真核生物的特徵,如以甲硫氨酸起始蛋白質的合成、核糖體對氯黴素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內含子並結合組蛋白;此外還具有既不同於原核細胞也不同於真核細胞的特徵,如:細胞膜中的脂類是不可皂化的;細胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白質為主,有的含雜多糖,有的類似於肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型胺基酸和二氨基庚二酸。

物理因素

①溫度。細菌對低溫的耐受性較強,大多數細菌在液態空氣(-190℃)或液態氧(-252℃)下可保存多年。高溫對細菌有明顯的殺傷作用,大多數無芽孢菌在100℃煮沸時立即死亡,而有芽孢的細菌對高熱有抗力,如炭疽芽孢可耐受煮沸5-15分鐘,濕熱滅菌比干熱效果強,因為濕熱滅菌滲透性大。

②乾燥。大多數細菌的繁殖體在乾燥空氣中很快死亡,有些菌如結核桿菌對乾燥耐力強,在乾痰中保存數月後仍有傳染性,乾燥不能作為有效的滅菌手段,只能用於保存食物,但細菌在濕度<15%、真菌在濕度<5%時,均不利其生長,因此乾燥的食物可保持相當一段時間而不壞。

③射線。紫外線對細菌的作用包括誘發突變及致死,紫外線的波長260μm時作用最強。主要作用於細菌的DNA,但紫外線的穿透力很弱,一薄層蓋玻片就能吸收大部分紫外線,紫外線適量照射可以殺死細菌,但在照射後3小時再用可見光照射,則部分細菌又能恢復其活力,這種現象稱為光復活作用。可見光殺菌作用雖不大,但在通過某些染料時,染料放出的螢光具有與紫外線同樣的作用,可殺死細菌,稱為光感作用。其原理尚不太清楚。

④電離射線。放射性核素可以放出α、β、γ三種射線。β射線穿透力強,在幾秒鐘內就能滅菌;γ射線穿透力比α、β射線都強,但對細菌作用弱,消毒需要的時間長;α射線穿透力弱,有殺菌和抑菌作用。電離射線損傷細胞的DNA,使細胞死亡,電離輻射通過介質時還可引起猛烈衝擊。其他影響表面張力的溶液如有機酸、醇、肥皂等也可使一些細菌不生長或溶解。

根據類別分類

多樣的細菌多樣的細菌
域:原核生物域 Bacteria

界:細菌界

門:細菌門

產水菌門Aquificae

熱袍菌門Therm

熱脫硫桿菌門Thermodesulfobacteria

異常球菌-棲熱菌門Deinococcus-Tmus

產金菌門Chrysiogenetes

綠彎菌門Chloroflexi

熱微菌門Thermomicrobia

硝化螺鏇菌門Nitrospirae

脫鐵桿菌門Deferribacteres

藍藻門Cyanobacteria

綠菌門Chlorobi

變形菌門Proteobacteria

厚壁菌門Firmicutes

放線菌門Actinobacteria

浮黴菌門Planctomycetes

衣原體門Chlamydiae

螺鏇體門Spirochaetes

纖維桿菌門Fibrobacteres

酸桿菌門Acidobacteria

擬桿菌門Bacteroidetes

黃桿菌門Flteria

鞘脂桿菌門Sphingobacteria

梭桿菌門Fusobacria

疣微菌門Verrucomicrob

網團菌門Dictyoglomi

芽單胞菌門Gemm

新聞

人民網芝加哥8月3日電 美國佛羅里達州墨西哥灣沿岸的溫暖海水中生活著一種致命的細菌,今年7月已造成三人因此喪生,另有10人因感染此類細菌接受治療。據悉,每年夏天是這種細菌數量都大增,目前正是其爆發期。

美疾病控制中心稱,這種名為創傷弧菌(Vibrio vulnificus)的細菌可通過人體表面傷口,或者是游泳者吞咽海水而進入人體內繁殖作亂。其感染後的症狀包括嘔吐、發燒、腹瀉、低血壓、腫脹和疼痛等,需要儘快使用抗生素治療。

雖然多數游泳者不會受上述細菌影響,可一旦感染,患者體表傷口附近的肌肉組織將被細菌“殺死和吃掉”。免疫系統功能低下的人(如肝腎功能不全者)最容易感染這種致命的細菌。另外,吃沒有煮熟的貝類(如牡蠣)也可能造成感染。

當地醫療機構表示,治療此類細菌感染並不困難,可一旦拖延治療,它們就會造成患者截肢和其他嚴重後果。因此,在佛羅里達游泳後,需儘快將全身沖洗乾淨。當地每年都有將近100人感染此類細菌,其中大約三分之一的患者喪生。

除佛羅里達外,美國南部的阿拉巴馬、路易斯安那、密西西比和德克薩斯也有這種細菌存在。在其他一些美國南部淡水湖泊中,還生活著一種能從鼻腔進入大腦,並將大腦組織“吃掉”的致命細菌。炎炎夏日,戲水要小心。

細菌帶有磁性

發現

1975年,布萊克摩爾博士在實驗中發現了一個怪現象,當他在顯微鏡下觀察含有微生物的水滴時,發現有些細菌很快地向顯微鏡靠北的一邊移動。布萊克摩爾博士以為實驗靠北面的窗子射入了更多的光線,誘使這些小東西朝北遊動。於是,他換了一個位置,觀測到的現象卻與先前一樣。他又試驗了其他幾種有可能影響細菌遊動方向的因素,細菌並不受這些因素的影響仍舊向北遊動。

布萊克摩爾想到鴿子能夠依靠地球磁場來為自己導航的現象,他從中得到啟示,是否是磁場影響了這些細菌的遊動方向呢?他決定用磁鐵試一試。當他在顯微鏡附近放一塊磁鐵再觀察時,看到細菌朝磁鐵的北極方向游去。

科學家們又在南半球發現了向南的細菌。科學家還發現,南半球的細菌大多向南運動,赤道附近的細菌向兩級的數目大致相同。

原因

細菌體中有一塊很小很小的Fe3O4(FeO,即四氧化三鐵,俗稱磁鐵)

培養的方法

常用的細菌培養基

牛肉膏瓊脂

牛肉膏0.3克,蛋白腖1.0克,氯化鈉0.5克,瓊脂1.5克,

水100毫升

在燒杯內加水100毫升,放入牛肉膏、蛋白腖和氯化鈉,用蠟筆在燒杯外作上記號後,放在火上加熱。待燒杯內各組分溶解後,加入瓊脂,不斷攪拌以免粘底。等瓊脂完全溶解後補足失水,用10%鹽酸或10%的氫氧化鈉調整pH值到7.2~7.6,分裝在各個試管里,加棉花塞,用高壓蒸汽滅菌30分鐘。

馬鈴薯

取新鮮牛心(除去脂肪和血管)250克,用刀細細剁成肉末後,加入500毫升蒸餾水和5克蛋白腖。在燒杯上做好記號,煮沸,轉用文火燉2小時。過濾,濾出的肉末乾燥處理,濾液pH值調到7.5左右。每支試管內加入10毫升肉湯和少量碎末狀的乾牛心,滅菌,備用。

根瘤菌

葡萄糖 10克 磷酸氫二鉀 0.5克

碳酸鈣 3克 硫酸鎂 0.2克

酵母粉 0.4克 瓊脂 20克

水 1000毫升 1%結晶紫溶液 1毫升

先把瓊脂加水煮沸溶解,然後分別加入其他組分,攪拌使溶解後,分裝,滅菌,備用。

細菌文學作品

書籍

《GERMS!GERMS!GERMS!》(《細菌!細菌!細菌!》)的故事書。[美]bobbi katz(鮑比·卡茲)

瘟疫的力量 ——人類與微生物的殊死鬥爭》[德]克勞迪婭·艾伯哈特-麥茲格 雷拉德·瑞斯 合著

《Methods in Practical Laboratory Bacteriology》Henrik Chart (Editor}

電影

《細菌王國入侵地球》《細菌王國入侵地球》
鼠疫

《致命拜訪》妮科爾基德曼

12隻猴子

《刀鋒戰士2》

《生化危機》

《卡桑德拉大橋》

《屋頂上的輕騎兵》

《恐怖地帶》

《驚變28天》

《末日病毒》

細菌與生物鏈

大部分細菌是分解者,處在生物鏈的最底層。還有一部分細菌是消費者和生產者。比如硫細菌,鐵細菌等,他們是化能合成異養型,屬於生產者,可以利用無機物硫鐵等製造自身需要的有機物。而根瘤菌則是消費者,它們與豆科植物互利共生,消耗豆科植物光合作用所生產的有機物,因此為消費者。當然,細菌最主要的作用還是分解者,如果沒有細菌真菌等微生物,世界將是屍體的海洋。

臨床檢驗

臨床細菌學檢驗在檢驗醫學中具有特殊的位置,主要表現在它的高風險性(如腦脊液培養結果正確與否直接關係到患者的生死)、高干擾性(如標本採集、運送等過程中的諸多因素都會干擾檢出率和正確率)、高技術性和高嚴謹性(準確表達、報告和解釋結果直接影響治療的成敗)。因此,細菌培養和藥敏試驗等屬於高度複雜的試驗範疇。

由於致病菌的多樣性和變異性,臨床細菌學始終是一門知識更新和發展較快的學科。為此,從事臨床細菌檢驗的醫師和技師必須具有較好的業務素質和敬業精神,要勤於學習和探索,要有嚴謹求實的作風和對新事物的敏感性,這是高質量完成細菌檢驗任務的首要條件。

細菌檢驗的全面質量管理是一個連續的質量管理過程,包括從患者準備,申請單書寫,標本採集、標識、保存、運送、處理和檢驗,結果分析和報告,直至醫師的理解和套用(診治)。為了有效地對這一過程進行全面質量管理,本文從檢驗前、檢驗中和檢驗後三個方面提出相關要求。

檢驗前

(一)檢驗項目的申請

細菌檢驗項目的申請要有針對性和合理性。臨床醫師應在熟悉人體各部位正常菌群以及常見致病菌的基礎上,結合感染患者的症狀、體徵,科學地提出檢驗申請。對於有感染跡象者(WBC增高,中性粒細胞升高,CRP>20mg/L等),應儘快申請做細菌培養與藥敏試驗,並力爭在使用抗菌藥物之前送檢標本,以便及時獲得致病菌的有關資料和藥敏結果,正確選用抗菌藥。對於低臨床價值的細菌標本,如口腔和腸內容物、直腸周圍膿腫、褥瘡、多毛的膿腫、惡露、嘔吐物、Foley導管尖等,由於易受正常菌群的污染,細菌培養價值較低,一般不做細菌培養;必須申請細菌培養時,其結果應結合臨床分析。由於細菌檢驗的特殊性,細菌檢驗申請單必須提供臨床信息,特別應說明患者是否使用過抗菌藥以及使用過何種抗菌藥,以便於實驗室有的放矢地抵消抗菌藥的作用,提高細菌培養陽性率。

(二)檢驗標本的採集、保存、運送和驗收

1.患者的準備 主要包括兩個方面:一是做好採集部位的清潔和消毒工作,防止正常菌群的污染;二是耐心細緻地交待患者,使其主動配合以便採集到有價值的標本。

2.標本採集 標本正確採集十分重要,其目的是千方百計捕捉病原菌並保持其活性,以提高檢出率,同時又要儘可能避免非病原菌的污染和干擾。為此,要根據各種感染性疾病和目標病原菌的不同特點,正確合理地確定採樣部位、時機和次數。要選用恰當的採樣器材並嚴格按規範操作。一般來講,採樣量多一些有利於病原菌的檢出,但應以不影響患者健康和便於操作為前提,因此採樣量要恰當。

3.標本保存與送檢 盛標本的容器應無菌、不漏和便於密封。要根據目標病原菌的特點決定是否使用保菌液、運送液或增菌液,以及選擇何種保菌液、運送液或增菌液。標本採集後應儘可能立即送檢。如不能及時送檢,要根據目標病原菌的特點確定保存條件(如溫度等),在規定的時間內送到實驗室。

4.驗收和登記 標本的驗收和登記要有專人負責。驗收的內容主要包括:採樣時間與送檢時間(注意時間間距)以及送檢條件是否符合保存致病菌活力的要求;盛標本容器是否有溢漏和污染;申請單是否填寫完整;標本標識是否與申請單一致和唯一等。對不合格的標本要拒收,並向送檢醫護人員說明拒收原因,告知正確送檢的要求,囑其重新採集和送檢標本。

以上各項均與細菌檢驗的質量密切相關,檢驗科(細菌室)應與臨床科室通過共同研討,認真制定有關的要求和標準操作程式,並嚴格執行。

檢驗中

(一)致病菌分離鑑定

1.標本(細菌)的接種、分離和鑑定

根據標本和檢驗目的的不同接種不同的培養基。對陽性培養要分離純化,然後進行分群和種屬鑑定。整個操作過程要按標準操作程式(SOP)進行,不得隨意更改操作程式,對於疑難菌株,要查閱文獻、組織會診,不能草率作出結論。

2.檢驗過程的記錄和結果報告

檢驗過程中所見現象和發現的問題,均應如實地記錄,以便於分析實驗結果,作出正確結論和發出可信的報告,亦可作為今後總結和改進工作的依據。所發報告內容要登記,以便查詢;如原(初步)報告有誤或不完善,應發糾正報告。

(二)藥敏試驗質控

藥敏試驗應嚴格按最新發布的NCCLS所規定的培養基、操作方法、藥敏紙片和判定標準進行。為了監控試驗過程的質量,必須做好藥敏質控。

1、常用的藥敏質控標準菌株

NCCLS從美國菌種收集中心(ATCC)選擇推薦了一些菌株作為質控標準株(見表1)。

細菌細菌

2、質控株的保存

儘管質控標準株比其他一些菌株藥敏結果是相對穩定的,但反覆多次的傳代不可避免地會造成菌株的變異。為防止變異,必須將標準株凍乾保存。每月從凍乾株中復甦1次,種入大豆胰酶消化肉湯中(厭氧菌可用GAM肉湯等)作為工作株。工作株可存於4℃~8℃,並於每周轉種1次。通常工作株轉種4~5次後即須棄去。在質控中,如發現工作株結果有疑問,應予以更換。反覆傳代亦易使其敏感性變異,特別是銅綠假單胞菌(ATCC 27853),將會丟失對脲基青黴素的敏感性。如無凍乾條件時,可將質控株置入:①含10~15%甘油的大豆胰酶消化肉湯,或②脫纖維羊(或兔)血,或③脫脂奶,或④含50%小牛血清的肉湯,存於-20℃以下環境中(最好-60℃以下),亦可防止變異。

3、藥敏質控方法

質控株應每天隨臨床分離株一道進行藥敏試驗,質控株的藥敏結果如果在質控允許範圍內(參見最新CLSI檔案),說明實驗條件符合要求,結果可信;若藥敏結果在質控允許範圍外,則實驗中可能存在差錯。由於質控允許範圍的最大值與最小值是質控株在標準條件下多次重複實驗的95%可信限,故20次連續質控結果中僅允許1次落在範圍外,但不能偏離質控允許範圍中間值[(最大值+最小值)/2]4個標準差。由於允許範圍恰好包括4個標準差,故落在允許範圍外的抑菌圈直徑一定要在離中間值一個允許範圍(中間值±1個允許範圍)之內。此外,20次或更多次藥敏結果的平均值應接近中間值。如果20次連續質控結果中≥2次或30次中有≥4次結果超出了允許範圍,則提示實驗過程中存在問題,必須查找原因加以解決。常規的藥敏質控可按下法進行:連續測定某藥對質控株的藥敏結果,每天一次,共測20或30天,取得20或30個值。⑴如果20個值中僅有一個值,或30個值中僅有三個以下的值超出允許範圍,則結果基本可信,可改每天質控一次為每周一次。此後,若某周出現一次質控值超出允許範圍,則於當天查找原因(包括用錯紙片和質控株,菌株污染,孵育條件錯誤等),經糾正明顯錯誤後重測,如結果在允許範圍內可繼續每周一次的質控;如未能找出明顯原因則需採取立即糾正措施:連續質控五天,每天一次:①若五次結果皆在允許範圍以內,則繼續每周一次的質控;②五次結果只要有一次失控,則存在系統誤差,需進行增加的糾正措施:查找到原因,然後改每周一次質控為每天一次,完成20(或30)天質控,其間失控次數若在一次(或三次)以內,則再改為每周一次。⑵如果有兩個(或四個)以上的值超過允許範圍,則繼續做每天一次的質控。⑶每當改變試劑、藥敏紙片和培養基等時,均要重新進行連續20(或30)天的質控。⑷每次失控均要查找原因,糾正後才能發出報告。

(三)培養基、試劑和染色的質控

1、培養基的質控

細菌細菌

培養基無論是自製的還是商業購買的,都應註明生產日期和效期。培養基的質控主要包括以下四個方面:①無菌試驗,每批培養基在高壓或過濾除菌後均要抽取樣本進行培養,以證實無菌生長。②支持生長試驗,以適宜的菌株接種,經培養應生長良好。③選擇和抑制生長試驗,對選擇性培養基應至少分別選1株可生長、1株被抑制菌進行接種培養,可生長菌應生長良好,被抑制菌應不能生長。④生化反應培養基至少應分別選陽性和陰性反應菌株各1株,以證實應有的反應。常用的質控菌見表2請正確選用。

2、生化反應試紙和試劑的質控

細菌細菌

試紙和試劑無論是外購的還是自製的,在使用時一定要註明開啟時間和失效期。測定代謝產物的試紙或試劑,要用已知陽性和陰性的菌株進行測試,並作好測試記錄。測定代謝產物的試劑,要防止細菌的污染。

觸酶、氧化酶、凝固酶試劑在開瓶時以及使用中,每天至少要分別用一陽性和陰性菌測試1次。桿菌肽、Optochin、ONPG、XV紙片(條)在開瓶時以及使用中,每周至少要分別用一陽性和陰性菌測試1次(XV紙片僅做陽性菌)。用於分枝桿菌鑑定的試劑在開瓶或配製時,以及每次使用時,均要做陽性菌對照(鐵的攝取試驗還要做陰性對照)。抗血清在開瓶時和使用中每月需分別用陽性反應和陰性反應菌做1次測試。抗原檢測試劑和DNA探針在每次操作時,均要設陰、陽性對照。其他試劑和紙片僅在開瓶或配製時,做1次陰、陽性反應測試即可。各種常用試紙和試劑的質控菌和預期結果見表3。

細菌細菌

3、染色的質控 常用染色的質控要求見表4質控結果應作好記錄。

(四)儀器設備質量監測

實驗室內的各種儀器設備的運行情況,應每天進行監測,每一儀器均要有專人按使用說明書要求進行維護保養,儀器上要附有運行記錄卡,每天由維護保養人記錄溫度等指標的變化情況。一旦發現異常或失控,應立即查找原因並進行維修。

(五)積極參加室間質評

要按規定參加細菌學的室間質評,對實驗室質控水平進行全面評估,不斷提高檢測水平。

檢驗後

檢驗工作完成後,要綜合檢驗結果,正確及時地發出報告。陽性結果應先通知醫師,以爭取時間搶救患者。對於可疑的陰性結果或與臨床不符的結果,要與醫師共同探討,找出可能的原因,不斷提高診斷水平。對於所分離的特殊菌株,最好設法保存,以利於今後的研究工作。經常徵求醫護人員和患者的意見,加強相互間的溝通,重視醫師和患者的投訴和抱怨,定期對質量管理工作進行評價,作出書面總結。要求全體檢驗人員都知道存在的問題和克服的辦法,不斷調整和改進質量管理體系。

細菌合成

2016年3月28日科學家在實驗室中製造了一個人工細菌基因組,只包括生命所需的最少量基因。這一成果使得為了特定任務——如清除石油——而定製基因組的合成生物體成為可能。這種人工細菌能夠代謝營養物質並自我複製(分裂和增殖)。它只具有473個基因,相比之下,自然界中的細菌往往具有數千個基因。不過,研究團隊目前還不知道該基因組中149個基因的確切功能。

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