细胞微生物学讲座.doc

细胞微生物学上海交通大学医学院病原生物学教研室 姚玉峰细胞微生物学是近年兴起的一个微生物学分支，是研究病原体和宿主细胞相互作用的一门由微生物学和细胞微生物学融和而成的交叉学科。细胞微生物学到底是什么呢？他都包含哪些内容？一、细胞微生物学的概念及研究策略（一）细胞微生物学概念细胞微生物学的概念最早出现在1996 年由杂志专门撰文来介绍。细胞微生物学的概念杂志对这一新学科作如下的定义：细胞微生物学是在细胞生物学和细胞微生物学间的界面形成的虽然目前传统的细胞生物学早以利用微生物的感染数字测定和研究但是用病原体来研究细胞生物学的问题今年已获得很有价值的成果并借证明了这是一条很有希望的途径。1999年细胞微生物学的专业杂志/经过十年的发展这本杂志在微生物学的领域取得了举住轻重的地位可以说他的影响力已经超过了微生物学领域的经典杂志/所以说细胞微生物学在这个领域发展的前景是很广大的。1999/在这个创刊号上杂志社专门邀请了美国大学的撰写了一个小型的钟素来介绍/的概念同时也对他们的杂志做了一个宣传因为他们请的这个人呢在细胞微生物学里面是一个非常著名的一个专家。主要是解决数组和病原相互作用来阐明为什么数组会得病？为什么病原能致命？有一个概念叫细菌学，主要是研究这些不治病的细菌它自身的特征。这门学科不会研究数组可以导致疾病的微生物基本上可以感染人，感染动物、感染植物这些不同的渠道从而来治病。二、细胞微生物学概述为了研究细胞微生物学，我们需要微生物作为一个研究对象，但这些微生物必需进入细胞，所以根据他能否进入细胞分成包内菌和白外菌，所以作为细胞微生物学的研究对象分为专性包内菌部分、尖性包内菌。（一）专性包内菌专性包内菌是指不能在体外的培养基或人工合成的培养基中生长，只能在体内活在体外的培养的细胞中繁殖的微生物它主要包括衣原体和贝纳柯斯提和埃里克体立克次体。衣原体是常见的引起沙眼的衣原体；贝纳柯斯体主要有俩种群主要是引起伤寒；同时还有一些尖性包内菌这类细菌既可以在细胞外生长也能进入吞噬细胞并在其中繁殖这里既包括嗜肺军团菌和分支杆菌；嗜肺军团菌是一个格兰阴性菌它属于需氧可以在体外生长也可以繁殖；分枝杆菌结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌他们分别是引起人结核病麻风病等病人麻风病主要是肺结核和肺外结核从 2004年以来结核病的已超过肝炎成为我国最多的传染病我国有近三分之一的人口感染结合活动性肺结核达到五百万同时每年新证了一百三十万活动性病人每年有十三万人死于肺结核。（二）诺卡菌及其他诺卡菌主要引起两种疾病，诺卡放行菌病主要由星形诺卡菌少数由巴西诺卡菌和豚鼠诺卡菌引起。还有一种叫足菌肿由马杜拉诺卡菌引起据报道呢星形诺卡菌定植于非酸性性的巨噬细胞囊泡中从而在那个环境进而生存。同时还有一些在非吞噬细胞中繁殖的尖形黄类菌包括包括把通体布鲁菌属单产和细胞李斯特菌沙门菌属志贺菌属。还有一个叫包内菌，他可以分成俩个部分革兰阴性菌革兰阳性菌阴性菌的非常多有不动干菌气单包菌啊非常多阳性菌包括 自喉棒状杆菌葡萄球菌练球菌等。事实上，很难将同一种微生物接为方位菌。比如说，大肠杆菌根据他侵染的途径他有不同的特征，有的不能进入细胞有的可以进入细胞。炭疽芽孢杆菌是人类历史上第一个发现的细菌，他可引起人类的碳龋病，是非常可怕的，也曾经作为一种生物恐怖。厌氧牙膏梭菌属它主要有四种病有内毒梭菌、艰难梭菌产气荚膜梭菌破伤风梭菌，他们可以引起各种各样的疾病肉毒梭菌它产生的肉毒毒素是非常好的流行的美容的用品他可以改善人的面部表现使人看起来更年轻。以上我们介绍了细胞微生物学的概念以及细胞生物学的研究对象一些病原微生物下面我们将介绍微生物对数组的影响。从这张图片上大家可以看到各种各样的微生物可以通过各种各样的途径来与数组细胞进行相互作用可以通过数组细胞的包吞作用有的是通过数组细胞的表面的特性的受体从而引起数组细胞表面的褶皱数组细胞的骨架的从排来自数组细胞的凋亡等等。目前已经发现很多细菌蛋白可以调节成很多数组细胞的生命活动，特别是数组细胞的周期。比如说大肠杆菌的Cdc2蛋白积累进行区别数组细胞周期大长肠埃希菌 CF蛋白调节数组细胞的周期。除了细菌蛋白病毒也有很多蛋白来调节数组细胞的生命活动，比如说牛痘病毒CrmA蛋白可以抑制ICE/阻断IL-1B合成，粘液瘤病毒可以促进细胞的生长同时可以调节数组的细胞生命活动。作为病原菌它可以产生很多毒素，这些毒素可以称为抗细胞因子蛋白，它可以抑制数组细胞的因子。例如说霍乱肠毒素他可以特异性的抑制TNF百日咳毒素它可以抑制IL-1。前面所说的这些微生物蛋白如果要进一步发挥作用，大多数通过一个分泌系统来分泌。也就是说，这些蛋白在细菌内部被合成，通过分泌系统分泌以后到包外然后再计入数组细胞内部才能发挥作用。现在已经发现的分泌系统有六种主要称之为123456型。有不同的结构、不同的特征、不同的分泌底物对分泌底物的要求也有所不同。这里面研究最多的是三型研究系统在细菌的表面形成一个针状的结构，这个针状的结构可以直接刺入数组细胞内部，直接将分泌的蛋白注入数组细胞的内部，所以这是一个非常有意思的进化程度。前面我们说到，细菌如果要浸入速度细胞，首先要黏附在细胞表面，这是浸入的第一步。在黏附的过程中，它宿主的表面受体发挥是一个非常重要作用，也就是说细胞表面的受体和细菌表面的特殊蛋白有特意性的结合。从而导至细胞和细菌的黏连，从而为进一步的浸入奠定了基础。当然也有很有意的特特征，比如说，大肠杆菌，它在细胞表面没有一个受体，但是它会自己分泌一个受体，叫Te这个蛋白。它这个分泌外面以后，可以牟定在宿主细胞的表面。从而做为后序浸入的一个受体。细菌的黏附主要是由黏附素介导，它主要是菌毛和菌体表面毛发样突出物，边毛都可以起到黏附作用。这是细菌黏附在宿主细胞表面形成的一个特意性的结构。前面我和大家介绍微生物和宿主细胞相互作用，它可以引起宿主细胞表面的褶皱，引想宿主细胞内部骨架的重排，甚至引起宿主细胞的凋亡。大家可以看图，A是没感染的，B 是感染，C是一个三形系统分辩。也就是说，当这个感染的感染了没有感染的，会引起自身的凋亡。三、宿主细胞对微生物作用因为宿主和微生物是相互作用，而不只是微生物对宿主的作用。我们现在也发现了宿主对微生物的作用。（一）宿主细胞对细菌的生长是有影响的比如，玛芬分枝杆菌和梅毒螺旋体，这些细菌需要在动物体内才能繁殖，连培养的细胞都无法繁殖他们，这也就说他们对环境的生长的要求是非常苛刻的，也许是某一种宿主产生的蛋白或者其他的一些物质，或者是特定的宿主环境才能使他们生长，同时细菌的生长并不仅仅与营养关系成线性，而且是有些特定的蛋白或者是细菌和细胞都会产生的其他因子的控制，也就是说这些特定细菌的生长他的要求是非常非常高的非常非常复杂的。比如，藤黄魏秋菊这种细菌生长一段时间以后，更换新的基因营养充足，在细菌的分裂多待以后它会停止生长，可能是细胞分裂产生的异性分子，所以他无法生长，并不是营养条件不够。如果将处于生长状态的藤黄微球菌的培养基加入到细胞上去，细菌继续生长，说明细菌生长依赖于一些特定的生长因子，这些生长因子可能是由细菌或者与细菌接触的细胞产生的。现在已经发现很多细胞因子可以促进细菌的生长，比如说白介素1，可以促进Ecoli 产毒株的生长，白介素2，可以促进Ecoli 产毒株的生长,上皮生长因子可以促进结核分枝杆菌的生长。（二）微生物和细胞的相互作用除了传统意义上的细胞微生物学，就是研究一种微生物和细胞的相互作用。2002年美国微生物学家田纳西州大学Savage教授提出正常菌群在生态学上应当被看作是宿主的一个器官或一个系统。他作为一个很大类微生物和宿主相互作用现在已经发现正常菌群，宿主之间的作用是非常重要。作为正常的人，有30000到50000个基因、有250种细胞的类型，但是作为微生物来说，他在正常人的内表面或者外表面的细胞的数量和人细胞的数量是10-100比1，就是说是人细胞总数的十到一百倍，在正常的一个人身体里面含有400到600种微生物，只是在人的肠道，他就会有一百万个细菌的基因他是人类基因组的50-100倍，大街可想而知整个一个正常菌群他是多么大的一个生物量。肠道内的正常菌群与宿主虚报有很强的相互作用，因为肠道的黏膜表面巨大，是病原微生物感染的主要位点，同时是正常菌群和同宿主相互作用的主要位点，因为在正常情况下，黏膜表面有很多种大量的微生物，在肠道上皮有一些岗哨细胞，用来感觉环境，来协同防御，比如说上皮细胞巨噬细胞上皮内树突样细胞 这些正常的菌群可以对外界刺激作出反应，释放趋化因子（chemokines）和细胞因子，促发炎症（recruit inflammatory）和激活免疫细胞来控制潜在的感染因子。在肠道上皮细胞可以长生不同的模式识别受体。PRR用来识别特使的序列的积蓄，也就是说，用来专门识别各种各样的微生物，从而能使肠道上皮细胞感受到微生物的侵袭，这些受体主要分为两类：一种是Toll样受体；一种是核苷酸结合寡聚化结构域受体。TRA受体TLR是跨膜蛋白，细胞外侧结构域具有富含亮氨酸的重复序列，胞内侧具有高度保守的Toll/IL-1受体结构域（TIR）。我们现在发现共有11种，标号为1到11，位于细胞表面的TLR ：TLR1，-2，-3，-5，-6，位于细胞内层的TLR ：TLR7，-8和-9。41现在发现的=有十几种功能TLR2识别革兰阳性细菌肽聚糖（PGN）层的脂蛋白和脂磷壁酸（LTA）。TLR3识别感染宿主细胞的病毒复制过程中合成的双链RNA，TLR4主要由PAMP中最典型的LPS激活。TLR5识别革兰阳性和阴性菌的鞭毛蛋白。TLR7识别病毒的单链RNA，鼠类的TLR7和人类的TLR8可以识别来自HIV-1的富含GU的单链RNA。TLR9识别未甲基化的CpG序列，TLR11可以识别非致病性大肠杆菌并且保护肾脏不会由大肠杆菌引起上行性感染 。还有一类特发性疾病，他也是由于宿主细胞和微生物相互作用而产生的。比如：胃溃疡和十二指肠溃疡。还有一个现象就是哮喘，哮喘盛行的一个可能解释是结核病例的减少。当人群感染结核增多时，大多数个体的Th1反应大大升高（Th1是对抗胞内微生物所必需的），而人群不再感染结核时，Th2反应相对突出，正是这种反应引发了与特异性免疫反应和哮喘有关的肥大细胞及嗜酸性细胞。 也就是说结核病的减少导致了哮喘的流行。四、细胞微生物学的方法|细胞微生物学实际上是微生物学的一个新的领域，他主要是经典的微生物学的方法组合，分子生物学，细胞生物学，结构生物学，免疫学，生物信息学，以及组学等技术来对微生物或者是宿主进行研究。现在常用的体外的微生物的试验可以应用与细胞微生物学。比如说从组技术抑制性消减杂交技术，基因芯片技术等等。同时，报告基因也是有用而且非常有效的手段，比如说lacZ的报告基因，cat报告基因或luciferase的报告基因，在不同的细胞里面都得到了广泛的应用。对于现在生物学来讲，主学的发展对微生物、细胞微生物他的贡献是非常大的，从最早的基因组学到转录组学，蛋白组学，代谢组学，所有的组学是把最早的分子生物学概念进行一个系统化。我们用这些组学的技术详细的或者是深入的研究细胞微生物学，也就是研究细胞和宿主进行相互作用的过程中各种组学他的变化。总结 细胞微生物学是在细胞生物学和细胞微生物学间的界面形成的虽然目 前传统的细胞生物学早以利用微生物的感染数字测定和研究但是用病 原体来研究细胞生物学的问题今年已获得很有价值的成果并借证明了 这是一条很有希望的途径。 细胞微生物学实际上是微生物学的一个新的领域，他主要是经典的微 生物学的方法，组合，分子生物学，细胞生物学，结构生物学，免疫 学，生物信息学，以及组学等技术来对微生物或者是宿主进行研究。