病原生物与人类 上篇—病原生物与人类总论 这条路人类与它共同走过, 从肉眼到镜下再到分子, 发现认识的技术不断开拓 将预防与治疗共同推进, 决不能面对新病原手足无措! --2012年选课学生郭飞 第1章病原生物与我们共存 【引言】 作为万物的灵长,人类从刀耕火种的筚路蓝缕开始逐渐完成了到这个星球的统治者的华 丽转身,人类一次次高歌猛进地掀起里程碑式的革命之后志得意满,然而人类主宰这个星球 毕竟只是一个肤浅狂妄的宣称,历史长河的漫溯早已让鲜为人知的病原生物完成了最深刻的 潜伏,知己知彼理应是人类应对病原生物这样一个危险敌人最清醒的姿态。 2012年选课学生吴頔 【病原生物的概况】 病原生物学作为一个新的学科专业最早由1997年国务院学位委员会和国家教育委员会 在《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》中提出,是医学微生物学与人体 寄生虫学的整合。伴随着学科的整合出现了系室合并,由此诞生了病原生物学系和病原生物 这一新名词。病原生物又称生物性病原体,是危害(或潜在危害)人类健康的病原体的总称, 病原生物是一个生物大群体,种类繁多、大小悬殊、特性各异又无处不在 病原生物的特性 病原生物的种类繁多,包括与人类疾病相关的医学微生物学和人体寄生虫学的内容,即 病毒、细菌、真菌等微生物和原虫、蠕虫、节肢动物等寄生虫,其中广义的细菌还包括立克 次体、衣原体、支原体、放线菌、螺旋体等。此外,病原生物还包括了朊粒( Prion),一种 无核酸成分的特殊病原体。据目前据粗略估计,可以感染人体的病原生物可达上万种,其中
病原生物与人类 总论 1 上篇——病原生物与人类总论 这条路人类与它共同走过， 从肉眼到镜下再到分子， 发现认识的技术不断开拓， 将预防与治疗共同推进， 决不能面对新病原手足无措！ ——2012 年选课学生郭飞 第 1 章 病原生物与我们共存 【引言】 作为万物的灵长，人类从刀耕火种的筚路蓝缕开始逐渐完成了到这个星球的统治者的华 丽转身，人类一次次高歌猛进地掀起里程碑式的革命之后志得意满，然而人类主宰这个星球 毕竟只是一个肤浅狂妄的宣称，历史长河的漫溯早已让鲜为人知的病原生物完成了最深刻的 潜伏，知己知彼理应是人类应对病原生物这样一个危险敌人最清醒的姿态。 ——2012 年选课学生吴頔 【病原生物的概况】 病原生物学作为一个新的学科专业最早由 1997 年国务院学位委员会和国家教育委员会 在《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》中提出，是医学微生物学与人体 寄生虫学的整合。伴随着学科的整合出现了系室合并，由此诞生了病原生物学系和病原生物 这一新名词。病原生物又称生物性病原体，是危害（或潜在危害）人类健康的病原体的总称。 病原生物是一个生物大群体，种类繁多、大小悬殊、特性各异又无处不在。 病原生物的特性 病原生物的种类繁多，包括与人类疾病相关的医学微生物学和人体寄生虫学的内容，即 病毒、细菌、真菌等微生物和原虫、蠕虫、节肢动物等寄生虫，其中广义的细菌还包括立克 次体、衣原体、支原体、放线菌、螺旋体等。此外，病原生物还包括了朊粒（Prion），一种 无核酸成分的特殊病原体。据目前据粗略估计，可以感染人体的病原生物可达上万种，其中
病原生物与人类 部分是专一感染人体的病原生物,还有一部分是引起人兽共患病的病原生物。然而不可否 认的是,危害人类健康的病原生物仅仅是微生物和寄生虫大家庭中非常微小的一部分,它们 不仅无害,而且还是人类生活中必不可少的好帮手。 病原生物的大小悬殊,大的以米(m)计,如牛带绦虫,成虫带状,可长达几米;小的 以纳米(nm)计,需要在电子显微镜下观察,如鼻病毒,仅20~30纳米。(见图1-1)在显 微镜发明之前,人类受到肉眼观察的限制,对病原生物的认识虽然比较有限,但仍不乏人类 智慧的闪光(详见扩展3)。1676年,荷兰人列文虎克( Antony van Leeuwenhoek,1632-1723) 创制了能放大26倍的显微镜,借助于这台原始显微镜,他惊喜地发现并记载下了无比神奇 的“微小生命”,微观世界的大门就此开启,奠定了微生物学的基础。微生物学中的一个重要 分支一医学微生物学,关注的是危害人类健康的病原体,二十世纪以来取得了蓬勃发展 有力地抗击了几千年来危害人类社会的各种病原生物。由于危害人类健康的病原生物既包括 了需要用显微镜观察的微生物,也包括可以用肉眼观察的蠕虫等,因此目前更倾向用病原生 物一词来代替医学微生物 Limit of Relative sizes of Adult roundworm 1,000mor 1 mm 00 um 10 1,000 nm or 106 Prokaryotic cells Escherichia co/ 10 nm Virus 1 nm Electron 图1-1病原生物的大小比较图 病原生物的特性各异,有的致病能力超强,如狂犬病病毒,一旦发病,几乎100%死亡
病原生物与人类 总论 2 一部分是专一感染人体的病原生物，还有一部分是引起人兽共患病的病原生物。然而不可否 认的是，危害人类健康的病原生物仅仅是微生物和寄生虫大家庭中非常微小的一部分，它们 不仅无害，而且还是人类生活中必不可少的好帮手。 病原生物的大小悬殊，大的以米（m）计，如牛带绦虫，成虫带状，可长达几米；小的 以纳米（nm）计，需要在电子显微镜下观察，如鼻病毒，仅 20~30 纳米。（见图 1-1）在显 微镜发明之前，人类受到肉眼观察的限制，对病原生物的认识虽然比较有限，但仍不乏人类 智慧的闪光（详见扩展 3）。1676 年，荷兰人列文.虎克（Antony van Leeuwenhoek，1632-1723） 创制了能放大 266 倍的显微镜，借助于这台原始显微镜，他惊喜地发现并记载下了无比神奇 的“微小生命”，微观世界的大门就此开启，奠定了微生物学的基础。微生物学中的一个重要 分支——医学微生物学，关注的是危害人类健康的病原体，二十世纪以来取得了蓬勃发展， 有力地抗击了几千年来危害人类社会的各种病原生物。由于危害人类健康的病原生物既包括 了需要用显微镜观察的微生物，也包括可以用肉眼观察的蠕虫等，因此目前更倾向用病原生 物一词来代替医学微生物。 图 1-1 病原生物的大小比较图 病原生物的特性各异，有的致病能力超强，如狂犬病病毒，一旦发病，几乎 100%死亡
病原生物与人类 肉毒梭菌产生的肉毒毒素是已知最剧烈的毒物,仅0.1g即可致人死亡:有的致病弱,是构 成人体生物膜的正常菌群;还有的病原生物具有机会致病的特点,也就是说在人体免疫力正 常的情况下,人体感染病原生物后无明显的症状和体征,但当人体因各种原因导致免疫力下 降的时候,该病原体大量繁殖,致病力增强,如新生隐球菌、刚地弓形虫等。有的病原生物 可通过大量增殖,导致组织器官的破坏而致病;有的则可以产生毒素或毒性物质而造成人体 的损伤;有的还可通过引发过强的免疫应答而危害人体健康。正因为病原生物的特性各异 我们应该学习研究各种病原生物的特性以更好地防治病原生物引起的疾病。 病原生物又是无处不在的,在自然界,病原生物可以存在于空气中,土壤中,水中及各 种生活场所中,还可出现在人体的各种组织器官和尿液、血液、唾液、精液和各种分泌物中, 病原生物还可出现在人体的体表、毛发等部位,病原生物与人类的生活可谓密不可分,有人 类的地方就一定会有病原生物,没有人类的地方,至少可能存在潜在的病原生物。 【从生物学分类角度认识病原生物】 细菌 Bacteriun 细菌是一种单细胞微生物,也是最小的有细胞结构的生命体,属于原核生物,有广义和 狭义两种范畴。狭义的细菌结构简单、形体微小、具有细胞壁和原始核质,无核膜和核仁, 除核糖体外,无其他细胞器。细菌大小以微米(μm)计,介于0.lμum与1oμm之间,需要 借助显微镜观察。细菌形态各异,按形体可分为球菌、杄菌和螺形菌三大类(见图1-2) 球菌外观呈圆球形或近似球形,分裂过程中可形成双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、 八叠球菌等不同的排列方式,具有鉴别意义。杆菌的大小、长短和粗细不一,多数呈直杆状, 也可呈链状、棒状、球杆状等不同体形。螺形菌菌体弯曲,存在只有一个弯曲的弧菌,有数 个弯曲的螺菌和细长弯曲的螺杆菌等多种形态。细菌的大小、形态受到细菌的生长条件和生 长周期的影响,观察细菌时需要考虑这些因素的影响。无论是在自然界还是人和动物体内, 绝大多数的细菌以生物被膜的形式黏附于物体表面而存在
病原生物与人类 总论 3 肉毒梭菌产生的肉毒毒素是已知最剧烈的毒物，仅 0.1μg 即可致人死亡；有的致病弱，是构 成人体生物膜的正常菌群；还有的病原生物具有机会致病的特点，也就是说在人体免疫力正 常的情况下，人体感染病原生物后无明显的症状和体征，但当人体因各种原因导致免疫力下 降的时候，该病原体大量繁殖，致病力增强，如新生隐球菌、刚地弓形虫等。有的病原生物 可通过大量增殖，导致组织器官的破坏而致病；有的则可以产生毒素或毒性物质而造成人体 的损伤；有的还可通过引发过强的免疫应答而危害人体健康。正因为病原生物的特性各异， 我们应该学习研究各种病原生物的特性以更好地防治病原生物引起的疾病。 病原生物又是无处不在的，在自然界，病原生物可以存在于空气中，土壤中，水中及各 种生活场所中，还可出现在人体的各种组织器官和尿液、血液、唾液、精液和各种分泌物中， 病原生物还可出现在人体的体表、毛发等部位，病原生物与人类的生活可谓密不可分，有人 类的地方就一定会有病原生物，没有人类的地方，至少可能存在潜在的病原生物。 【从生物学分类角度认识病原生物】 细菌 Bacterium 细菌是一种单细胞微生物，也是最小的有细胞结构的生命体，属于原核生物，有广义和 狭义两种范畴。狭义的细菌结构简单、形体微小、具有细胞壁和原始核质，无核膜和核仁， 除核糖体外，无其他细胞器。细菌大小以微米（μm）计， 介于 0.1μm 与 10μm 之间，需要 借助显微镜观察。细菌形态各异，按形体可分为球菌、杆菌和螺形菌三大类（见图 1-2）。 球菌外观呈圆球形或近似球形，分裂过程中可形成双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、 八叠球菌等不同的排列方式，具有鉴别意义。杆菌的大小、长短和粗细不一，多数呈直杆状， 也可呈链状、棒状、球杆状等不同体形。螺形菌菌体弯曲，存在只有一个弯曲的弧菌，有数 个弯曲的螺菌和细长弯曲的螺杆菌等多种形态。细菌的大小、形态受到细菌的生长条件和生 长周期的影响，观察细菌时需要考虑这些因素的影响。无论是在自然界还是人和动物体内， 绝大多数的细菌以生物被膜的形式黏附于物体表面而存在
病原生物与人类 骤3 0 葡萄球菌 各种双球菌 球杆菌 ⑧。的 80 四联球菌八叠球菌弧菌 图1-2细菌的基本形态 细菌和其他生物细胞相似,含有多种化学成分,细菌还含有原核细胞型微生物特有的化 学成分,如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等真核细胞所没有的物质。细菌的代谢旺盛,代谢类型 多样化,不仅能合成菌体自身成分,还可以合成热原质、毒素、侵袭性酶类、色素、抗生素、 细菌素和维生素等在医学上具有重要意义的代谢产物。细菌的繁殖迅速,通常以二分裂法进 行无性繁殖,部分细菌还可实现人工培养以满足不同需要。 细菌入侵宿主体内,通过释放各种毒性物质,并与宿主细胞相互作用,引起宿主出现各 种病理改变的过程,称为细菌感染,来源于宿主体外的细菌感染,称为外源性感染,来自病 人自身体内或体表的细菌引起的感染,称为内源性感染,这些细菌又称为致病菌或病原菌 不引起宿主病理改变的细菌,则称为非致病菌或非病原菌,非病原菌对宿主无害,有些还对 人有利,称为正常菌群,存在人体的体表及与外界相通的口腔、鼻咽腔、外耳道、眼结膜、 肠道、尿道、阴道等部位,正常菌群的数量和组成可因个体的年龄、部位和生理状态的不同 而不同。还有些细菌在正常情况下并不致病,在某些条件改变的特殊情况下可以致病,则称 为机会致病菌或条件致病菌。通常情况下,微生物和宿主及外界环境三者之间达到一种生 态平衡,机体不会出现感染症状,如果这种动态平衡发生紊乱或失调,宿主就容易出现疾病 表现,菌群失调就是一种微生态失调,与抗生素使用的不合理有关,菌群失调时,往往容易 引发二重感染或重叠感染。硏究还发现由正常菌群形成的体内外微生物表膜有利于维持宿主 与外界的平衡及机体免疫能力的构建。 致病菌入侵人体后,人体的免疫系统会启动抗感染免疫应答以抑制或清除致病菌,在致 病菌与宿主的相互作用中,致病菌往往还会发展免疫逃逸机制以逃避宿主的免疫防御功能, 宿主和致病菌相互作用的结果是形成了隐性感染、显性感染和带菌状态等多种不同形式。 对病原微生物进行分离和鉴定,是感染性疾病诊断、治疗和流行病学调查的重要依据
病原生物与人类 总论 4 图 1-2 细菌的基本形态 细菌和其他生物细胞相似，含有多种化学成分，细菌还含有原核细胞型微生物特有的化 学成分，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等真核细胞所没有的物质。细菌的代谢旺盛，代谢类型 多样化，不仅能合成菌体自身成分，还可以合成热原质、毒素、侵袭性酶类、色素、抗生素、 细菌素和维生素等在医学上具有重要意义的代谢产物。细菌的繁殖迅速，通常以二分裂法进 行无性繁殖，部分细菌还可实现人工培养以满足不同需要。 细菌入侵宿主体内，通过释放各种毒性物质，并与宿主细胞相互作用，引起宿主出现各 种病理改变的过程，称为细菌感染，来源于宿主体外的细菌感染，称为外源性感染，来自病 人自身体内或体表的细菌引起的感染，称为内源性感染，这些细菌又称为致病菌或病原菌。 不引起宿主病理改变的细菌，则称为非致病菌或非病原菌，非病原菌对宿主无害，有些还对 人有利，称为正常菌群，存在人体的体表及与外界相通的口腔、鼻咽腔、外耳道、眼结膜、 肠道、尿道、阴道等部位，正常菌群的数量和组成可因个体的年龄、部位和生理状态的不同 而不同。还有些细菌在正常情况下并不致病，在某些条件改变的特殊情况下可以致病，则称 为机会致病菌或条件致病菌。通常情况下，微生物和宿主及外界环境三者之间达到一种微生 态平衡，机体不会出现感染症状，如果这种动态平衡发生紊乱或失调，宿主就容易出现疾病 表现，菌群失调就是一种微生态失调，与抗生素使用的不合理有关，菌群失调时，往往容易 引发二重感染或重叠感染。研究还发现由正常菌群形成的体内外微生物表膜有利于维持宿主 与外界的平衡及机体免疫能力的构建。 致病菌入侵人体后，人体的免疫系统会启动抗感染免疫应答以抑制或清除致病菌，在致 病菌与宿主的相互作用中，致病菌往往还会发展免疫逃逸机制以逃避宿主的免疫防御功能， 宿主和致病菌相互作用的结果是形成了隐性感染、显性感染和带菌状态等多种不同形式。 对病原微生物进行分离和鉴定，是感染性疾病诊断、治疗和流行病学调查的重要依据
病原生物与人类 实际工作中将根据具体情况选用相应的实验技术和方法。大多数细菌感染可用抗菌药物进行 治疗,抗菌药物包括人工合成的化学药物及由微生物产生的抗生素,正确选择和合理使用抗 菌药物至关重要,否则极易引发对抗菌药物的耐药性。此外,还可通过将疫苗或类毒素接种 于人体,刺激机体免疫系统产生特异性免疫应答,称为人工主动免疫,也可给人体输入含有 特异性抗体的免疫血清、纯化免疫球蛋白抗体或细胞因子等免疫制剂,使机体迅速获得特异 性免疫力,用于某些急性传染病的紧急预防和治疗,称为人工被动免疫 广义的细菌还包括了放线菌、支原体、立克次体、衣原体和螺旋体等,它们特性各异。 放线菌( Actinomycetes):丝状、分枝状生长的原核细胞型微生物,广泛分布于自然界, 种类多达30种以上,通常为人体的正常菌群,可引起内源性感染 支原体( Mycoplasma):高度多形性且没有细胞壁结构,能通过除菌滤器,是能在无生 命培养基中生长繁殖的最小的原核细胞型微生物。支原体最早由 Noccard等于1898年成功 分离,并于1967年正式命名为支原体。人工培养的支原体可出现典型的“荷包蛋样”菌落, 支原体大多不致病,对人致病的支原体主要有肺炎支原体(呼吸道病变)、人型支原体(呼 吸道和生殖道病变)和生殖支原体(生殖道病变)等。 立克次体( Rickettsia):以节肢动物为传播媒介并严格细胞内寄生的原核细胞型微生物。 立克次体最早由美国科学家立克次( Howard Taylor Ricketts)于1909年发现,并因在研究 中感染斑疹伤寒而献身。立克次体的大小介于细菌和病毒之间,有细胞壁但形态多样,通常 引起自然疫源性疾病,如引起流行性斑疹伤寒(虱媒斑疹伤寒)的普氏立克次体,引起地方 性斑疹伤寒(蚤媒斑疹伤寒)的莫氏立克次体等。 衣原体( Chlamydiae):严格寄生真核细胞,具有独特生长发育周期,能通过除菌滤器 的原核细胞型微生物。人体主要致病性衣原体有沙眼衣原体、肺炎嗜衣原体、鹦鹉热衣原体 螺旋体( spirochete):细长、柔软、弯曲呈螺旋状且运动活泼的原核细胞型微生物。螺 旋体广泛分布于自然界和动物体内,其中对人或动物致病的有钩端螺旋体、密螺旋体和疏螺 旋体3个属,引起人类梅毒的是密螺旋体属中的梅毒螺旋体,梅毒螺旋体只感染人,故人是 梅毒唯一的传染源。 病毒 Viruses 病毒是无细胞结构的生命体,必须严格活细胞内寄生才能显示其生命活性,因此病毒属 于非细胞型微生物
病原生物与人类 总论 5 实际工作中将根据具体情况选用相应的实验技术和方法。大多数细菌感染可用抗菌药物进行 治疗，抗菌药物包括人工合成的化学药物及由微生物产生的抗生素，正确选择和合理使用抗 菌药物至关重要，否则极易引发对抗菌药物的耐药性。此外，还可通过将疫苗或类毒素接种 于人体，刺激机体免疫系统产生特异性免疫应答，称为人工主动免疫，也可给人体输入含有 特异性抗体的免疫血清、纯化免疫球蛋白抗体或细胞因子等免疫制剂，使机体迅速获得特异 性免疫力，用于某些急性传染病的紧急预防和治疗，称为人工被动免疫。 广义的细菌还包括了放线菌、支原体、立克次体、衣原体和螺旋体等，它们特性各异。 放线菌（Actinomycetes）：丝状、分枝状生长的原核细胞型微生物，广泛分布于自然界， 种类多达 30 种以上，通常为人体的正常菌群，可引起内源性感染。 支原体（Mycoplasma）：高度多形性且没有细胞壁结构，能通过除菌滤器，是能在无生 命培养基中生长繁殖的最小的原核细胞型微生物。支原体最早由 Noccard 等于 1898 年成功 分离，并于 1967 年正式命名为支原体。人工培养的支原体可出现典型的“荷包蛋样”菌落， 支原体大多不致病，对人致病的支原体主要有肺炎支原体（呼吸道病变）、人型支原体（呼 吸道和生殖道病变）和生殖支原体（生殖道病变）等。 立克次体（Rickettsia）：以节肢动物为传播媒介并严格细胞内寄生的原核细胞型微生物。 立克次体最早由美国科学家立克次（Howard Taylor Ricketts）于 1909 年发现，并因在研究 中感染斑疹伤寒而献身。立克次体的大小介于细菌和病毒之间，有细胞壁但形态多样，通常 引起自然疫源性疾病，如引起流行性斑疹伤寒（虱媒斑疹伤寒）的普氏立克次体，引起地方 性斑疹伤寒（蚤媒斑疹伤寒）的莫氏立克次体等。 衣原体（Chlamydiae）：严格寄生真核细胞，具有独特生长发育周期，能通过除菌滤器 的原核细胞型微生物。人体主要致病性衣原体有沙眼衣原体、肺炎嗜衣原体、鹦鹉热衣原体 等。 螺旋体（spirochete）：细长、柔软、弯曲呈螺旋状且运动活泼的原核细胞型微生物。螺 旋体广泛分布于自然界和动物体内，其中对人或动物致病的有钩端螺旋体、密螺旋体和疏螺 旋体 3 个属，引起人类梅毒的是密螺旋体属中的梅毒螺旋体，梅毒螺旋体只感染人，故人是 梅毒唯一的传染源。 病毒 Viruses 病毒是无细胞结构的生命体，必须严格活细胞内寄生才能显示其生命活性，因此病毒属 于非细胞型微生物