2011臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試微生物學：細菌概述

2011臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試微生物學：細菌概述

　　細菌(英文名：Bacteria)是生物的主要類群之一，屬于細菌域。細菌是所有生物中數(shù)量最多的一類，據(jù)估計，其總數(shù)約有 5×1030個[1].細菌的個體非常小，目前已知最小的細菌只有0.2微米長[2] ，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，例如粒線體和葉綠體?；谶@些特征，細菌屬于原核生物(Prokaryota)。原核生物中還有另一類生物稱做古細菌(Archaea)，是科學家依據(jù)演化關系而另辟的類別。為了區(qū)別，本類生物也被稱做真細菌(Eubacteria)。

　　細菌廣泛分布于土壤和水中，或著與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據(jù)估計，人體內(nèi)及表皮上的細菌細胞總數(shù)約是人體細胞總數(shù)的十倍[3].此外，也有部分種類分布在極端的環(huán)境中，例如溫泉，甚至是放射性廢棄物中[4]，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)，科學家是在意大利的一座海底火山中發(fā)現(xiàn)這種細菌的[5].然而，細菌的種類是如此之多，科學家研究過并命名的種類只占其中的小部份。細菌域下所有門中，只有約一半能在實驗室培養(yǎng)的種類[6].

　　細菌的營養(yǎng)方式有自營及異營，其中異營的腐生細菌是生態(tài)系中重要的分解者，使碳循環(huán)能順利進行。部分細菌會進行固氮作用，使氮元素得以轉(zhuǎn)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(fā)。然而，人類也時常利用細菌，例如奶酪及酸奶的制作、部分抗生素的制造、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。

　　歷史

　　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。這個詞來源于希臘語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(yī)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，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。

　　繁殖

　　細菌可以以無性或者遺傳重組兩種方式繁殖，最主要的方式是以二分裂法這種無性繁殖的方式：一個細菌細胞細胞壁橫向分裂，形成兩個子代細胞。并且單個細胞也會通過如下幾種方式發(fā)生遺傳變異：突變(細胞自身的遺傳密碼發(fā)生隨機改變)，轉(zhuǎn)化(無修飾的DNA從一個細菌轉(zhuǎn)移到溶液中另一個細菌中)，轉(zhuǎn)染(病毒的或細菌的DNA，或者兩者的DNA，通過噬菌體轉(zhuǎn)移到另一個細菌中)，細菌接合(一個細菌的DNA通過兩細菌間形成的特殊的蛋白質(zhì)結構，接合菌毛，轉(zhuǎn)移到另一個細菌)。細菌可以通過這些方式獲得DNA，然后進行分裂，將重組的基因組傳給后代。許多細菌都含有包含染色體外DNA的質(zhì)粒。

　　處于有利環(huán)境中時，細菌可以形成肉眼可見的集合體，例如菌簇。

　　代謝

　　細菌具有許多不同的代謝方式。一些細菌只需要二氧化碳作為它們的碳源，被稱作自養(yǎng)生物。那些通過光合作用從光中獲取能量的，稱為光合自養(yǎng)生物。那些依靠氧化化合物中獲取能量的，稱為化能自養(yǎng)生物。另外一些細菌依靠有機物形式的碳作為碳源，稱為異養(yǎng)生物。

　　光合自養(yǎng)菌包括藍細菌(Cyanobacteria)，它是已知的最古老的生物，可能在制造地球大氣的氧氣中起了重要作用。其他的光合細菌進行一些不制造氧氣的過程。包括綠硫細菌，綠非硫細菌，紫硫細菌，紫非硫細菌和太陽桿菌。

　　正常生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)包括氮，硫，磷，維生素和金屬元素，例如鈉，鉀，鈣，鎂，鐵，鋅和鈷。

　　根據(jù)它們對氧氣的反應，大部分細菌可以被分為以下三類：一些只能在氧氣存在的情況下生長，稱為需氧菌;另一些只能在沒有氧氣存在的情況下生長，稱為厭氧菌;還有一些無論有氧無氧都能生長，稱為兼性厭氧菌。細菌也能在人類認為是極端的環(huán)境中旺盛得生長，這類生物被稱為極端微生物。一些細菌存在于溫泉中，被稱為嗜熱細菌;另一些居住在高鹽湖中，稱為喜鹽微生物;還有一些存在于酸性或堿性環(huán)境中，被稱為嗜酸細菌和嗜堿細菌;另有一些存在于阿爾卑斯山冰川中，被稱為嗜冷細菌。

　　運動

　　運動型細菌可以依靠鞭毛，細菌滑行或改變浮力來四處移動。另一類細菌，螺旋體，具有一些類似鞭毛的結構，稱為軸絲，連接周質(zhì)的兩細胞膜。當他們移動時，身體呈現(xiàn)扭曲的螺旋型。螺旋菌則不具軸絲，但其具有鞭毛。

　　細菌鞭毛以不同方式排布。細菌一端可以有單獨的極鞭毛，或者一叢鞭毛。周毛菌表面具有分散的鞭毛。

　　運動型細菌可以被特定刺激吸引或驅(qū)逐，這個行為稱作趨性，例如，趨化性，趨光性，趨機械性。在一種特殊的細菌，粘細菌中，個體細菌互相吸引，聚集成團，形成子實體。

　　形態(tài)

　　桿菌，球菌，螺旋菌，弧菌

　　分類地位

　　細菌的分類的變化根本上反應了發(fā)展史思想的變化，許多種類甚至經(jīng)常改變或改名。最近隨著基因測序，基因組學，生物信息學和計算生物學的發(fā)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(fā)現(xiàn)，這明顯不同于其他生物(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于原核生物。

　　通過研究rRNA序列，美國家伍茲(Carl Woese)于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)，后來被改名為細菌(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(jīng)拋棄了這個模型，但是三域系統(tǒng)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。

　　細菌分類

　　細菌可以按照不同的方式分類。細菌具有不同的形狀。大部分細菌是如下三類：桿菌是棒狀;球菌是球形(例如鏈球菌或葡萄球菌);螺旋菌是螺旋形。另一類，弧菌，是逗號形。

　　細菌的結構十分簡單，原核生物，沒有膜結構的細胞器例如線粒體和葉綠體，但是有細胞壁。根據(jù)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”來源于丹麥細菌學家革蘭(Hans Christian Gram)，他發(fā)明了革蘭氏染色。

　　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干旱季節(jié)處于休眠狀態(tài)，并能儲存食物和處理廢物。

　　用處和危害

　　細菌對環(huán)境，人類和動物既有用處又有危害。一些細菌成為病原體，導致了破傷風、傷寒、肺炎、梅毒、霍亂和肺結核。在植物中，細菌導致葉斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。病原體可以用抗生素處理，抗生素分為殺菌型和抑菌型。

　　細菌通常與酵母菌及其他種類的真菌一起用于崳酵食物，例如在醋的傳統(tǒng)制造過程中，就是利用空氣中的醋酸菌(Acetobacter)使酒轉(zhuǎn)變成醋。其他利用細菌制造的食品還有奶酪、泡菜、醬油、醋、酒、酸奶等[7][8].細菌也能夠分泌多種抗生素，例如鏈霉素即是由鏈霉菌(Steptomyces)所分泌的[9].

　　細菌能降解多種有機化合物的能力也常被用來清除污染，稱做生物復育(bioremediation )。舉例來說，科學家利用嗜甲烷菌(methanotroph)來分解美國佐治亞州的三氯乙烯和四氯乙烯污染[9].

　　其他細菌是非常古老的生物，大約出現(xiàn)于37億年前。

　　真核生物細胞中的兩種細胞器：線粒體和葉綠體，通常被認為是來源于內(nèi)共生細菌。

　　微生物大量分布于有食物，潮濕，合適的溫度，適于它們繁殖和生長的地方。細菌可以被氣流從一個地方帶到另一個地方。人體是大量細菌的棲息地;可以在皮膚表面、腸道、口腔、鼻子和其他身體部位找到。它們存在于人類呼吸的空氣中，喝的水中，吃的食物中。

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