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第 26 章。应用微生物

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1. 概述

2. 细菌

3. 酵母

4. 病毒

5. 类病毒和朊病毒

6. 比较微生物学

1.概述

⑴ 生长形态多样

① 根据需氧量和阻力分类

图 1. 基于需氧量和阻力的分类

○ A. 专性需氧生物：只能进行有氧呼吸，不能进行发酵或无氧呼吸。

○ B. 兼性：能够使新陈代谢适应有氧和厌氧条件的微生物。

○ 示例：酵母

○ C. 耐氧性：能除去A、B、E等活性氧，但不能进行有氧呼吸。

○ D. 专性厌氧菌：受到氧气的致命伤害。

○ 主要是产甲烷菌和产乙酸菌。

○ 产甲烷菌和产乙酸菌利用二氧化碳和氢气进行竞争，其中产甲烷菌具有优势。

○ E. 微需氧菌：喜欢中等氧气浓度。

② 根据营养方法对细菌进行分类

○ 异养细菌

○ 缺乏叶绿素

○ 通过分解动植物的残骸和排泄物，促进生态系统的物质循环

○ 例如，大肠杆菌

○ 化能合成细菌：自养细菌

○ 缺乏叶绿素

○ 利用氧化无机物获得的化学能合成有机化合物

○ 例如亚硝酸菌

○ 光合细菌：自养细菌

○ 含有叶绿素a（绿色）

○ 利用光能合成有机化合物

○ 例如，蓝藻

③ 营养缺陷型突变体

○ 细菌、真菌或培养细胞的突变菌株，已经发生突变，现在需要特定的化学物质才能生长

○ 示例 1： 需要精氨酸的菌株 – 需要精氨酸才能生长

④ 双生生长

○ 定义：微生物在获得两种营养物质时，首先消耗一种营养物质，当其耗尽后，开始消耗第二种营养物质的生长模式

⑵ 培养基类型

① 完整培养基：含有氨基酸、蛋白胨、Triton 等全部营养成分。

○ 实施例1：琼脂培养基

○ 实施例2：LB培养基：含有酵母提取物，针对大肠杆菌。

○ 第 1 步：在烧瓶中混合 700 ml dH2O、10 g 胰蛋白胨、5 g 酵母提取物和 10 g NaCl。

○ 第二步：调节pH至7.0。

○ 第三步：加入琼脂制成1.5%溶液，用dH2O 将体积调节至1 L。

○ 第四步：密封烧瓶和高压釜。

○ 第五步：冷却至50-60℃后，加入氨苄青霉素原液，使浓度为25 μg/ml。

○ 6号：倒入培养皿中，使其凝固。

○ 第 7 步：大肠杆菌培养时将装有 LB 培养基的培养皿倒置，防止污染。

② 最少培养基：含有最少的必需营养素，如维生素 B7、无机盐和葡萄糖。

③补充培养基：用于营养缺陷型确认和转化。

⑶ 细胞培养

⑷ 计数：连续稀释法（噬菌斑法）、【吸光度法】（https://jb243.github.io/pages/1404）

2.细菌

⑴ 概述

① 单位：殖民地

② 尺寸：0.5 - 5.0 μm

③ 利用鞭毛进行运动

⑵ 细胞壁的功能

① 防止在低渗环境（如植物细胞）中肿胀和破裂。> ② 提醒细菌生长环境的渗透浓度变化很大。

⑶ 根据形态分类

① 1型：螺旋菌

○ 弧菌（例如_霍乱弧菌_）

○ 螺旋菌（例如_幽门螺杆菌_）

○ 螺旋体（例如_梅毒螺旋体_）

② 2型：球菌

○ 双球菌（例如_肺炎链球菌_）

○ 链球菌（例如_化脓性链球菌_）

○ 葡萄球菌（例如_金黄色葡萄球菌_）

○ 八叠球菌（例如_八叠球菌_）

③ 3型：杆菌

○ 杆菌链（例如_炭疽杆菌_）

○ 鞭毛虫杆（例如_伤寒沙门氏菌_）

○ 孢子形成体（例如_肉毒杆菌_）

⑷ 按需氧量分类

① 有氧运动

② 无氧

⑸ 根据【革兰氏染色】分类（https://jb243.github.io/pages/1487）：首先使用结晶紫，其次使用番红O。

① 第1次：酒精灯处理2-3次后，将细菌热固定到载玻片上。

② 第二步：将结晶紫染色剂涂在载玻片上的样品上，静置20秒。

○ 此阶段所有细胞均呈紫色。

○ 结晶紫是一种带 (+) 电荷的碱性试剂，与革兰氏阳性菌中的磷壁酸强烈结合。

③ 第三步：用试管中的蒸馏水短暂冲洗染色的载玻片，并除去多余的水。

④第四步：将碘溶液（I2-KI）涂在结晶紫染色样品的载玻片上，静置1分钟。

○ 碘形成结晶紫-碘络合物，防止脱色。

⑤第5次：用95%乙醇冲洗试管中的载玻片，同时除去碘溶液。

○ 革兰氏阳性菌保留紫色。

○ 在革兰氏阳性细菌中，酒精会使细胞壁收缩，将 I2-结晶紫捕获在细胞质中。

⑥ 第六：用蒸馏水冲洗试管中的载玻片以停止脱色。

⑦第七：将藏红涂在有样品的载玻片上，静置1分钟。

○ 革兰氏阳性菌保持紫色。

○ 革兰氏阴性菌因藏红素而呈现红色。

⑧第八：用水轻轻冲洗几秒钟，除去多余的水。

⑹ 革兰氏阳性菌

①结构：细胞质-细胞膜-厚肽聚糖

② 肽聚糖：N-乙酰葡糖胺(N-AG)和N-乙酰胞壁酸(N-AM)以β 1→4键交替。

③ 形成内生孢子，耐高温高压。

④ 磷壁酸从肽聚糖中突出，并通过共价键连接，仅在革兰氏阳性菌中观察到。

○ 磷壁酸携带葡萄糖酸，使其带负电荷。

⑤ 示例：枯草芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌、葡萄球菌

⑺ 革兰氏阴性菌

①结构：细胞质-细胞膜-周质空间-薄肽聚糖-周质空间-LPS、外膜

② LPS（脂多糖）：有毒，是免疫系统的靶标。

○ LPS 会导致肉毒杆菌毒素的毒性。

○ 青霉素不能通过LPS。

○ 凝血和发热诱导。

○ 具有脂质A+多糖组成的结构，起内毒素作用的部分是脂质A。

③ 外膜：由于孔蛋白的作用，比细胞膜更具渗透性。

④ 周质空间

○ 将肽聚糖层与细胞和外膜分离。

○ 对于新陈代谢和运输等细胞功能很重要。

⑤ 示例：大肠杆菌、幽门螺杆菌

⑻【细菌示例】(https://jb243.github.io/pages/1436)

⑼ 抗生素

① β-内酰胺类抗生素

○ 不可逆地抑制青霉素结合蛋白 (PBP)，这对于细菌细胞壁的合成至关重要。

图 2. β-内酰胺抗生素的作用机制

○ 最初源自真菌顶孢霉。

○ 碳青霉烯类

○ 头孢菌素

○ 单菌酰胺

○ 青霉素

○ 克拉维酸：作为 β-内酰胺抗生素，不可逆地使 β-内酰胺酶失活。

② 其他细胞壁抑制剂

○ 万古霉素：与五肽的(D)-Ala-(D)-Ala 结合。几乎是唯一用于对抗β-内酰胺耐药细菌的药物。

○ 杆菌肽

③ 细胞膜损伤

○ 多粘菌素 B：通过静电相互作用与革兰氏阴性菌的外膜结合，使其不稳定。

④ 叶酸抑制：细菌不易吸收叶酸。

○ 磺酰胺：与对氨基苯甲酸竞争。人类开发的第一种抗生素。

○ 甲氧苄啶

图 3. 抗叶酸剂的作用机制

⑤ DNA旋转酶抑制

○ 氟喹诺酮类

○ 喹诺酮类

⑥ RNA聚合酶抑制

○ 利福霉素：包括利福平、利福喷汀、利福布丁。

⑦ 30S亚基抑制

○ 氨基糖苷类

○ 庆大霉素

○ 新霉素：抑制 tRNA-mRNA 相互作用。

○ 链霉素：抑制翻译起始。

○ 四环素：抑制 tRNA 和核糖体结合。

⑧ 50S亚基抑制

○ 氯霉素（商品名：氯霉素）：肽键形成抑制剂

○ 源自委内瑞拉链霉菌的强效抗生素

○ 对多种细菌具有广谱功效，尤其对伤寒有效

○ 克林霉素

○ 红霉素：抑制mRNA沿核糖体的运动

○ 利奈唑胺

○ 大环内酯类

○ 链阳菌素

⑨ 抗生素敏感性：不同菌种对不同抗生素的反应不同

图 4. 抗生素敏感性

⑩ 抗生素耐药性：在开出青霉素处方后仅五年，细菌就开始分泌青霉素酶（一种青霉素抑制剂）

图 5. 抗生素耐药性

3。酵母

⑴ 喜无性繁殖，但在不利条件下也可进行有性繁殖

⑵ 线粒体在有性生殖过程中从父母双方遗传

4。病毒

⑴ 概述

① 单位：牌匾

② 爆发大小：细菌内产生的噬菌体数量

③生物学特性

○ 由核酸和蛋白质组成

○ 可以在细胞内表现出活性，涉及自我复制和遗传传递

○ 频繁突变，快速适应环境

④ 非生物特性

○ 可以蛋白质晶体形式存在

○ 辅助代谢酶的存在；然而，存在与 DNA 复制或转录相关的酶

⑵ 结构

①病毒体：病毒的基本单位。在宿主之外时的颗粒形式

② 核酸+衣壳（壳粒）+细胞进入酶+（包膜）+（逆转录酶）

○ 包膜仅存在于动物病毒中

○ 逆转录酶仅存在于逆转录病毒中（例如逆转录病毒）

③尾纤维：存在于噬菌体中。识别宿主细胞表面的特定受体以进行附着

⑶ 分类

① 有包膜：裸病毒、有包膜病毒» ○ 裸病毒：没有包膜。通过动力蛋白转运至细胞核。细胞通过溶菌酶释放。

○ 有包膜病毒：有包膜。通过内体系统转运至细胞核。

② 宿主：噬菌体、植物病毒、动物病毒

③ 按遗传物质分类：ds DNA、ss DNA、ds RNA、ss RNA

④ 根据【受体结合蛋白】分类(https://jb243.github.io/pages/1389)

○ 血凝素

○ 在进入细胞期间起作用

○ 与宿主细胞表面碳水化合物末端的唾液酸残基结合

○ 唾液酸又称N-乙酰神经氨酸

○ 神经氨酸酶

○ 对细胞释放起作用

○ 动物流感病毒出芽时，血凝素暂时与宿主细胞膜上的唾液酸残基结合

○ 神经氨酸酶破坏临时（糖苷）键

○ 流感病毒的分化取决于血凝素和神经氨酸酶的类型

○ H1 至 H16 存在血凝素

○ 神经氨酸酶存在于 N1 至 N9

○ 病毒分类遵循模式 H#N#

○ 达菲™、奥司他韦和瑞乐沙™

○ 神经氨酸酶竞争性抑制剂。与唾液酸类似

○ 抑制流感病毒的复制

⑤ 按抗原变异机制分类

○ 抗原漂移：病毒的持续繁殖通过突变导致抗原变异

○ 抗原转变：两种不同的病毒在同一宿主内复制，导致新的抗原变异。涉及分段病毒基因组的重组

○ 流感病毒通过抗原转变获得多样性

○ 爆发大小：细菌内产生的噬菌体数量

⑷ 按遗传物质分类：ds DNA、ss DNA、dsRNA、ssRNA

① 双链DNA病毒

○ 源自核膜的脂质双层

○ 示例：AdV、HSV（疱疹病毒）、乙型肝炎病毒、天花病毒、VACV

② 单链DNA病毒

○ 源自核膜的脂质双层

○ 示例：H1-PV、细小病毒

③ dsRNA病毒：(+)为正义，(-)为反义RNA合成

○ 源自细胞膜。

○ 第一。双链RNA分为(-) ssRNA和(+) ssRNA

○ 第二。 (-) ssRNA 使用其酶（RNA 依赖性 RNA pol）来创建 dsRNA

○ 第三。 (+) ssRNA 具有 mRNA 的功能，翻译病毒蛋白

○ 示例：呼肠孤病毒、轮状病毒

④ ssRNA病毒：分为（-）负义ssRNA病毒、（+）正义ssRNA病毒、逆转录病毒

○ 源自细胞膜。

⑤ (+)正义ssRNA病毒：(+)有义，(-)反义RNA合成

○ 正链携带基本遗传信息

○ 作为病毒蛋白翻译的 mRNA，因此具有 5’ 帽和聚 A 尾

○ 第一。 (-) 使用 RNA pol 合成多条 ssRNA 链

○ 第二。 (-) ssRNA 被其酶（RNA 依赖性 RNA pol）用来产生 (+) ssRNA

○ 第三。 (+) ssRNA 用于基因组组装和蛋白质翻译

○ 由于基因组同时用于翻译和复制，因此突变率较高

○ 示例：丙型肝炎病毒、SARS、冠状病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、NDV

⑥ (-)负义ssRNA病毒：(+)有义，(-)反义RNA合成

○ 负链与正链互补。负链主要用作复制模板，而不是遗传信息

○ 第一。使用其 RNA 依赖性 RNA pol 创建多个 (+) ssRNA 链

○ 第二。 (+) ssRNA 被其酶（RNA 依赖性 RNA pol）用来创建多个 (-) ssRNA 链。

○ 第三。 (-) ssRNA 用于基因组组装，(+) ssRNA 用于蛋白质翻译

○ 示例：流感病毒、埃博拉病毒、MV、NDV、VSV» ○ 记忆提示： 流感…非流感…

⑦ 逆转录病毒：含有逆转录酶（RT），一种（+）正义ssRNA病毒

○ 逆转录酶病毒：含有逆转录酶（RT）酶

○ 逆转录酶病毒分为逆转录病毒和非逆转录病毒（例如乙型肝炎病毒、双链DNA病毒）

○ 艾滋病病毒

○ 包含两条相同的 ssRNA 链，形成基因组。请注意，这些链不是互补的

○ HIV RNA 有 5’ 帽和多聚 A 尾巴

○ HIV病毒的关键酶：逆转录酶（RT）、整合酶、蛋白酶

○（注）流感病毒基因组是RNA，可以直接从其复制RNA

○ 然而，对于禽流感，存在逆转录过程来合成 cDNA

表 1. DNA 病毒的类型

表 2. RNA 病毒的类型

图 6. 病毒类型

⑸ 噬菌体：生命周期约30分钟

① 裂解周期：T1、T2、T4噬菌体（DNA病毒）等致病病毒

○ 第一。附着：尾部附着于宿主细胞表面

○ 第二。条目：噬菌体作用立即停止宿主复制、转录和翻译

○ 第三。复制：早期基因表达→晚期基因转录诱导→晚期基因表达

○ 早期基因：决定噬菌体生命周期并通过完全水解宿主染色体来降解宿主DNA以利用其进行病毒DNA合成的基因

○ 晚期基因：衣壳基因、裂解基因

○ 第四。组装：使用宿主酶进行病毒 DNA 复制。产生的病毒蛋白切割并降解宿主 DNA

○ 5号。释放：噬菌体产生的细胞膜裂解酶导致释放

② 溶源循环：温带噬菌体，如 λ 噬菌体（DNA 病毒）

○ 第一。附件

○ 第二。进入：插入细菌后，线性DNA变成环状

○ 第三。复制：与裂解循环不同，噬菌体 DNA 整合到宿主 DNA 中

○ 原噬菌体：噬菌体 DNA 整合到宿主 DNA 中

○ 第四。组装和释放：原始噬菌体 DNA 保留在宿主体内

○ 5号。如果宿主复制受到阻碍，则切换到裂解循环

○ 更多 cI 因子导致溶原循环，而更多 cro 因子导致裂解循环

○ 内存提示： I.. in.. O.. out..

○ 在健康的大肠杆菌中，噬菌体首先合成cro，随后受到cI蛋白的影响，导致溶原循环

③ cro和cI的竞争表达

图 7. 裂解和溶原循环中的基因表达]

○ 裂解和溶原循环中的基因表达受两个基因（cI、cro）和三个启动子（PR、PL、PRM）调控

○ 裂解周期中的基因表达模式

○ 第一。来自 cro 的蛋白质通过与 PRM 内的 OR3 结合来抑制 cI 的转录

○ 第二。结果，PL 和 PR 启动子在裂解生长测定过程中被激活

○ 溶原循环中的基因表达模式

○ 第一。 cI 基因产生的 λ 阻遏蛋白

○ 第二。 λ 阻遏蛋白与 PR 内的 OR1 结合，并跨过 PRM 和 PR 上的 OR2，激活 cI 表达

○ 第三。相反cro表达被抑制

○ 第四。结果，P_RM启动子在溶原性生长测定过程中被激活。

○ 溶原诱导

○ 第一。溶原诱导

○ 第一 - 第一。在不良生长条件下增加 cII 合成»> ○ 第一至第二。 cII 蛋白与 PRE 启动子的顶部结合

○ 第一至第三。在 OR1-OL1、OR2-OL2、OR3-OL3 之间形成 DNA 环，中间有阻遏物

○ 第一至第四。 DNA环促进cI基因的转录

○ 第一至第五。由于 cro 和 cI 的竞争性基因表达导致 cI 表达增加，从而诱导溶原性生长

○ 第二。溶源的建立

○ cI 基因在溶原建立期间从 PRE 启动子转录，并从 PRM 启动子转录以维持溶原。

○ λ 阻遏蛋白与 OR1 和 OR2 结合也促进溶源的建立

○ PR和cII影响溶源的建立

○ PL 调节裂解基因，也影响溶源的建立

⑤ 溶原诱导

○ λ 阻遏蛋白的形状像一个哑铃，其 N 端和 C 端区域位于两端。

○ λ阻遏物单体形成二聚体，二聚体结合形成四聚体

○ 紫外线诱导 λ 阻遏物单体形成，抑制 cI 表达

○ 由于cro和cI的竞争性基因表达，cro表达相对增加，诱导裂解生长

⑥ 抗终止作用：涉及 lambda 噬菌体中的 N 和 Q 蛋白

⑦ 逆向调节：_int_表达中的发夹结构对核酸消化有抵抗力

⑹ 动物病毒

①动物病毒的渗透机制

○ 暴露的病毒：内吞作用后，病毒粒子破坏内吞囊泡膜以释放其内容物。

○ 有包膜病毒

○ 第一个机制：内吞后包膜与内体膜融合

○ 第二种机制：宿主细胞质膜与病毒包膜融合

② 流感病毒：ssRNA病毒

○ 总共8个RNA片段组成

○ RNA聚合酶直接附着在衣壳上

○ 流感分类：根据血凝素和神经氨酸酶类型分类

○ 第一^第一。病毒包膜上的刺突糖蛋白与细胞膜受体结合

○ 第二^第二。包膜和内体膜融合→病毒粒子释放到细胞质中

○ 第三^第。 RNA依赖性RNA聚合酶活性

○ 第 4。病毒蛋白质合成→出芽

③ HIV：ssRNA病毒

○ 衣壳含有逆转录酶、蛋白酶、整合酶和两个相同（字面意思；不互补）的 ssRNA

○ 第一^第一。包膜上的糖蛋白 gp120 与辅助 T 细胞上的 CD4 结合

○ 包膜由糖蛋白 gp120 和 gp41 组成

○ 糖蛋白 gp120 识别 CD4

○ 糖蛋白 gp41 识别 CCR5

○ 缺乏 CCR5 的个体表现出 HIV 抵抗力

○ 第二^第二。与质膜融合，渗透进入细胞，并通过酶去除衣壳

○ 衣壳 P24：诊断 HIV 病毒感染的主要标志物

○ 诊断病毒感染的次要标志是抗体

○ 第三^第。逆转录酶的作用

○ 第三^rd-1^st。 RNA 依赖性 DNA 聚合酶活性：使用 Poly T 作为引物逆转录 mRNA。单链RNA→单链cDNA

○ 第三^rd-2^nd。 RNA酶H活性

○ 第三^rd-3^rd。 DNA 依赖性 DNA 聚合酶活性：功能类似于 DNA pol Ⅰ。 ss cDNA → ds cDNA

○ 第 4。双链 DNA (ds cDNA) 变成原病毒并潜伏在细胞核中

○ 第五^th。 RNA转录：选择性剪接后衣壳和核酸的形成

○ 第六^th。病毒被细胞膜包裹并释放

⑺ 植物病毒

①水平感染：病毒通过胞间连丝移动到邻近细胞> ②垂直感染：植物病毒通过繁殖感染后代

⑻ 主要病毒性疾病

① HBV（乙型肝炎病毒）：肝细胞癌，IGF-2（胰岛素样生长因子）表达增加

② SV40（猿病毒40）：猿淋巴瘤，SV40 T抗原抑制pRb和p53

③ 单纯疱疹病毒（引起水痘）：淋巴瘤、卡波西肉瘤、抑制肿瘤细胞 MHC I 抗原呈递

④ HTLV（人类T白血病病毒）：T细胞淋巴瘤，由于T细胞感染导致细胞因子分泌过多

⑤ 艾滋病病毒

5.类病毒和朊病毒

⑴类病毒

①由200～300个核苷酸组成的单链环状RNA

② 在植物细胞中复制而不编码蛋白质

⑵ 朊病毒

① 概述

○ 加热至135°C即可消除朊病毒

○ 词源：蛋白质+感染

②机制：大脑中正常的prpc发生结构转变为prpsc

○ prpc 呈现 α 螺旋结构

○ prpsc 呈现出 β-折叠结构

○ β-折叠结构可以紧密堆叠，使异常朊病毒蛋白形成晶体

○ 这种紧凑的结构称为淀粉样蛋白结构

○ 结构紧凑，不易被酶降解

○ 复制：prpc + prpsc → prpsc + prpsc

③ 疾病

○ 症状：引起动物和人类传染性海绵状脑病，甚至可能导致死亡

○ 示例：痒病（绵羊）、牛海绵状脑病（BSE、疯牛病）、人类克雅氏病 (CJD)

○ 目前，朊病毒病尚无治愈方法

④ 检测

○ 多年来，只有在动物死亡后才能进行 BSE 检测

○ 初次测试花费的时间较长：大约一周到三年

○ 最近的测试可在数小时内提供结果，但这并不总是可能的

⑤ 历史

○ 1980年英国疯牛病爆发

○ 2005年中，美国确诊病例2例，疑似病例1例

表。 3. BSE 和 vCJD 病例（按国家）

6.比较微生物学

⑴ 动物细胞、BEVS（杆状病毒表达载体系统）/昆虫细胞、酵母、细菌的比较

① 一般使用_大肠杆菌_（大肠杆菌）、酿酒酵母（酵母）、中国仓鼠卵巢（CHO）细胞

② 生长速度：细菌 > 酵母 > BEVS/昆虫细胞 > 动物细胞

③ 成本：细菌 < 酵母 < BEVS/昆虫细胞 < 动物细胞

④ 产量：酵母>细菌>BEVS/昆虫细胞>动物细胞

⑤ FDA 批准优先级：动物细胞 > 细菌 > 酵母 > BEVS/昆虫细胞

⑵ 病毒、细菌、真菌的比较

表. 病毒、细菌和真菌的比较

输入： 2017年9月9日 19:00

最后修改： 2019 年 1 月 22 日 15:56