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第三章 消毒与灭菌技术
【知识目标】
了解微生物控制的相关概念和重要意义,掌握常见微生物控制的理化方法种类、原理、工作条件和适用范围。
【能力目标】
能按照企业岗位要求独立完成生产设备和物料的灭菌操作,分析和解决生产中的问题。
第一节 基本概念
一、灭菌
采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施,称为灭菌,例如高温灭菌、辐射灭菌等。灭菌实质上还可分为杀菌和溶菌两种,前者指菌体虽死,但形体尚存;后者则指菌体被杀死后,其细胞因发生自溶、裂解等而消失的现象,如图3-1所示。
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图3-1 杀菌和溶菌细胞数量变化
二、消毒
消毒是一种采用较温知的理化因素,仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动、植物有害的病原菌,而对被消毒的对象基本无害的措施。例如一些常用的对皮肤、水果、饮用水进行药剂消毒的方法,对啤酒、牛乳、果汁和酱油等进行消毒处理的巴氏消毒法等。
三、防腐
防腐是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖,即通过制菌作用防止食品、生物制品等发生霉变腐败的措施。防腐的方法很多,原理各异,日常生活中人们常用干燥、低温、盐腌或糖渍、隔氧等防腐措施来保藏食品。
四、化疗
化疗即化学治疗,是指利用具有高度选择毒力的化学物质对生物体内部被微生物感染的组织或病变细胞进行治疗,以杀死组织内的病原微生物或病变细胞,但对机体本身无毒害作用的治疗措施。用于化学治疗目的的化学物质称为化学治疗剂,包括磺胺类等化学合成药物、抗生素、生物药物和若干中草药中的有效成分等。
值得注意的是,理化因子对微生物生长是起抑制作用还是杀菌作用并不是很严格分开的。因理化因子的强度和浓度不同,作用效果也不同,例如有些化学物质低浓度时有抑菌作用,高浓度时则有杀菌作用,即使同一浓度,作用时间长短不同,效果也不一样;另外,不同微生物对理化因子作用的敏感性不同,就是同一种微生物,所处的生长时期不同,对理化因子的敏感性也不同。
几个基本概念的特点和比较见表3-1。
表3-1 灭菌、消毒、防腐、化疗的比较
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第二节 杀菌方法
一、控制微生物的物理方法
控制微生物的物理因素主要有温度、辐射、过滤、渗透压、干燥和超声波等,它们对微生物的生长具有抑制或杀灭作用。
1.高温灭菌
当环境温度超过微生物的最高生长温度时,将引起微生物死亡。高温致死微生物主要是引起蛋白质和核酸不可逆变性;破坏细胞的组成;热溶解细胞膜上类脂质成分形成极小的孔,使细胞的内容物泄漏。
利用温度进行杀菌的定量指标有两种。①致死时间,指在某一温度下,杀死某种微生物的水悬浮液群体所需的最短时间。②致死温度,指在一定时间内(一般为10min),杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最低温度。不同微生物致死温度不同,温度越高,致死时间越短。
高温灭菌的方法分干热灭菌和湿热灭菌两种(图3-2),前者利用灼烧或烧烤等方法消灭物体上的微生物;后者利用热蒸汽灭菌。在相同温度条件下,湿热灭菌的效力比干燥灭菌高,原因有以下几点:①在湿热条件下,菌体蛋白易凝固,见表3-2;②热蒸汽的穿透力强,杀菌效果好,见表3-3;③热蒸汽在菌体表面凝结为水时放出潜热,每克水汽在100℃变为水时,放出2253J的热量,从而可提高灭菌温度。
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图3-2 高温灭菌方法
表3-2 蛋白质含水量与凝固温度的关系
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表3-3 热蒸汽与干热空气穿透力的比较
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(1)干热灭菌法 干热灭菌包括烘箱热空气灭菌和火焰灼烧灭菌两种方法。
①烘箱热空气灭菌法 将耐热待灭菌物品置于干燥箱内,在160~170℃下维持2~3h,即可达到彻底灭菌的目的。如果处理物品体积较大,传热较差,则需适当延长灭菌时间,干热可使细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥,并可使各种细胞成分发生氧化。此法适用于体积较大的玻璃器皿、陶瓷器皿、金属用具和其他耐干燥、耐高温物品的灭菌,如培养皿、锥形瓶、吸管、烧杯等。优点是能使灭菌后物品保持干燥状态。
②火焰灼烧灭菌法 将待灭菌物品在酒精灯火焰上灼烧以杀死其中微生物的灭菌方法。该法是一种最简单、快捷,也是最彻底的灭菌方法,因其破坏力很强,故应用范围仅限于体积较小的接种环、接种针等金属小工具或试管口、锥形瓶口等玻璃仪器的灭菌,也用于带病原菌的材料、动物尸体的燃烧等。
(2)湿热灭菌(消毒)法 湿热灭菌是指用煮沸或热蒸汽进行灭菌的方法。相对于干热灭菌,其灭菌温度低,灭菌时间短,灭菌范围也较广。
湿热灭菌法的种类很多,主要有以下几类。
①常压法
a.巴氏消毒法 因最早由法国微生物学家巴斯德用于果酒消毒,故得名。这是一种专用于牛乳、啤酒、果酒或酱油等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒法。此法可杀灭物料中的无芽孢病原菌,又不影响其原有风味。巴氏消毒法是一种低温湿热消毒法,处理温度变化很大,一般在60~85℃处理15s~30min。具体方法可分为两类:第一类是经典的低温维持法,例如用于牛乳消毒,需在63℃下维持30min;第二类是现代的高温瞬时法,用此法进行牛乳消毒,只要在72℃保持15s即可。
b.煮沸消毒法 在沸水中处理约30min,欲杀死芽孢需处理2~3h,它适用于一般食品、衣物、瓶子、器材(皿)等的消毒。
c.间歇消毒法 间歇消毒法又称分段灭菌法或丁达尔灭菌法,是利用常压蒸汽反复几次进行灭菌的方法。具体方法是:将待灭菌物品置于蒸锅(蒸笼)内常压下蒸煮30~60min,以杀死其中未被杀死的芽孢或孢子萌发成营养细胞,再用同样的方法处理,如此反复3次,可杀死所有的营养细胞和芽孢、孢子,达到彻底灭菌的目的。此方法的缺点是操作麻烦,所需时间长,一般适用于那些不宜用高压蒸汽灭菌的物品,如某些糖、明胶及牛乳等。
②加压法
a.常规加压蒸汽灭菌法 一般称为高压蒸汽灭菌法。这是一种利用高温(而非压力)进行湿热灭菌的方法,优点是操作简便、效果可靠,故被广泛使用。其原理是将待灭菌的物件放置在盛有适量水的专用加压灭菌锅(或家用压力锅)内,盖上锅盖,打开排气阀,通过加热煮沸,让蒸汽驱尽锅内原有的空气,然后关闭锅盖上的阀门,再继续加热,使锅内蒸汽压力逐渐上升,随之温度也相应上升至100℃以上。为达到良好的灭菌效果,一般要求温度应达到121℃,时间维持在15~30min。有时为防止培养基内葡萄糖等成分破坏,也可采用在较低温度(115℃)下维持35min的方法。常规加压蒸汽灭菌法适合于一切微生物学实验室、医疗保健机构或发酵工厂对培养基及多种器材、物料的灭菌。
高压蒸汽灭菌时,若原有空气未驱尽,则锅内温度会低于相同压力下纯蒸汽的温度,从而降低杀菌效果,见表3-4。另外,高压蒸汽灭菌的效果还受到灭菌物体的含菌量、pH值、灭菌对象的体积等多种因素的影响,见表3-5、表3-6。
表3-4 灭菌锅内留有不同分量空气时压力与温度的关系
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注:1kgf/cm2=98.0665kPa;1lbf/in2=6894.76Pa。
表3-5 芽孢数目与灭菌所需时间的关系
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表3-6 不同容量的液体在加压灭菌锅内的灭菌时间
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b.连续加压蒸汽灭菌法 在发酵工业上也称连消法,此法仅用于大型发酵厂的大批培养基灭菌。主要原理是让培养基在管道的流动过程中快速升温、维持和冷却,然后流进发酵罐。培养基一般加热至135~140℃维持5~15s。
优点:一是采用高温瞬时灭菌,既实现了彻底灭菌,又有效减少了营养成分的破坏,提高了原料的利用率和发酵产品的质量和产量。在抗生素发酵中,它可比常规的“实罐灭菌”(121℃,30min)提高产量5%~10%。
二是由于总的灭菌时间明显少于分批灭菌,故缩短了发酵罐占用时间,提高了设备利用率。
三是由于蒸汽负荷均衡,提高了锅炉的利用率。
四是适宜于自动化操作,降低操作人员的劳动强度。
2.辐射
辐射是以电磁波的方式通过空间传递的一种能量形式。电磁波携带的能量与波长有关,波长愈短,能量愈高。不同波长的辐射对微生物生长的影响不同。
(1)强可见光 可见光的波长为400~800nm,它是光能自养和光能异养型微生物的唯一或主要能源。由于光氧化作用,可见光长时间连续照射可引起微生物的死亡。光氧化作用是指:当光线被细胞内的色素吸收,在有氧条件下,引起一些酶或其他光敏感成分失去活性,导致细胞死亡。而在无氧条件下,不发生光氧化作用,对微生物无损伤。
正常的细胞色素即可引发光氧化作用,若用染料处理,可增加细胞对光氧化的敏感性。例如,在细胞悬液内加入少量染色剂,如甲苯胺蓝、曙红或亚甲蓝等,经过这些染料处理的细胞,对可见光产生高度敏感性,照射几分钟即可引起菌体死亡,而在黑暗中它们仍可继续生长。在低浓度染色剂中可见光对细菌的破坏作用称为光动力作用。
(2)紫外线 紫外线(UV)是一种短波光,波长范围136~397nm,其中265~366nm的紫外线杀菌作用最强。阳光有微弱杀菌作用,就是因为有少量紫外线透过大气层的原因。紫外线具有杀菌作用主要是由于它可被蛋白质(约280nm)和核酸(约260nm)吸收,使其变性失活。例如,紫外线可以使细胞核酸发生光化学反应,导致相邻的胸腺嘧啶(T)形成二聚体,从而干扰核酸的复制,进而导致微生物的变异和死亡。此外,紫外线还可使空气中的分子氧变为臭氧,而臭氧不稳定,分解放出氧化能力极强的[O],破坏细胞物质结构,起到杀菌作用。
紫外线的作用效果与波长、微生物类群、生理状态和照射剂量有关。一般多倍体、有色细胞、干燥细胞、分生孢子或芽孢比单倍体、无色细胞、湿细胞和营养细胞的抗性要强。紫外线的穿透能力很弱,多用作空气或器皿的表面灭菌及微生物育种的诱变,例如用于接种室、培养室和手术室的空气灭菌,使用时照射30min即可。在照射后为避免发生光复活现象,紫外线照射应在黑暗条件下进行。
(3)电离辐射 包括X射线、γ射线、α射线和β射线等高能电磁波。它们的特点是波长短,穿透力强,能量高,无专一性,可作用于一切细胞。低剂量照射时,可促进微生物的生长或诱发变异,高剂量处理则有杀菌作用,常用于保存粮食、果蔬、畜禽产品等。
电离辐射的原理 使被照射物质分子发生电离作用而产生自由基,自由基能与细胞内的大分子化合物作用使之变性失活。α射线是带正电的氦原子核流,电离作用强,穿透能力弱。β射线是带负电荷的电子流,穿透力大,电离作用弱。γ射线是60Co等放射性同位素发射的高能辐射,能致死所有微生物,已有专门用于不耐热的大体积物品消毒的γ射线装置。
3.过滤除菌
高压蒸汽灭菌可以除去液态培养基中的微生物,但不适用于空气和不耐热的液体培养基灭菌,这类材料可采用过滤除菌的方法。过滤除菌包括三种类型。
(1)传统过滤装置 最早使用,在一个容器的两层滤板中填充棉花、玻璃纤维或石棉,灭菌后空气通过它就可以达到除菌的目的。为了缩小滤器的体积,后来改为在两层滤板之间放入多层滤纸,灭菌后使用也可达到除菌的目的,这种装置主要用于发酵工业。
(2)膜滤器 由醋酸纤维素或硝酸纤维素制成的具有微孔(0.22~0.45μm)的膜,灭菌后使用,液体培养基通过它可实现除菌的目的。这种滤器处理量较小,价格较高,对材料要求较高,主要用于科研。
(3)核孔滤器 是由用核辐射处理得很薄的聚碳酸胶片(厚10μm)再经化学蚀刻制成。辐射使胶片局部破坏,化学蚀刻使被破坏的部位形成孔,而孔的大小则由蚀刻溶液的强度和时间来控制。溶液通过这种滤器可将微生物除去,这种滤器也主要用于科学研究。
4.渗透压
一般微生物都不耐高渗透压,微生物在高渗透压环境中,水从细胞中流出,使细胞脱水死亡。盐腌制咸肉或咸鱼,糖浸果脯或蜜饯等均是利用此法保存食品的。
5.干燥
干燥的主要作用是抑菌,通过细胞失水,导致代谢停止,或者引起微生物死亡。通常用于干果、稻谷、乳粉等食品的保存,防止腐败变质。不同微生物对干燥的敏感性有很大差异,革兰阴性菌如淋球菌对干燥非常敏感,失水几小时便死去;而链球菌用干燥法保存几年也不会丧失其致病性。休眠孢子抗干燥能力很强,在干燥条件下可存活很长时间,故常用于菌种保藏。
6.超声波
振动频率大于20000Hz的声波称为超声波,具有强烈的生物学作用,几乎对所有微生物都有破坏作用。该方法的原理主要是通过探头的高频振动引起周围水溶液的高频振动,当探头和水溶液的高频振动不同步时,在溶液内会产生“空穴”(真空区)现象,当菌体接近或进入空穴时,细胞内外压差增大,导致细胞破裂,细胞内含物外泄死亡。此外,超声波振动过程中,由于机械能变为热能,使溶液温度升高,细胞发生热变性,也可杀死微生物。科研中常用此法破碎细胞,研究其组成、结构等。超声波的破碎效果与处理功率、频率、次数、时间、微生物类型及其生理状态等因素有关。频率越高,杀菌效果越好。一般球菌的抗性比杆菌强,芽孢的抗逆性强,几乎不受超声波处理的影响。超声波不仅可以起到灭菌的效果,还能使食品发生均质现象,从而更好地提高食品品质和安全。
二、控制微生物的化学方法
许多化学药剂可起到抑制或杀灭微生物的作用,被用于微生物生长的控制。化学药剂包括表面消毒剂和化学治疗剂两大类,其中化学治疗剂按其作用和性质又可分为抗代谢物和抗生素。
在评价各种化学药剂的药效和毒性时,可采用以下3种指标:①最低抑制浓度(min-imum inhibitory concentration,MIC),是评定某化学药物药效强弱的指标,指在一定条件下,某化学药剂抑制特定微生物的最低浓度;②半数致死量(50%lethal dose,LD5o),是评定某药物毒性强弱的指标,指在一定条件下,某化学药剂能杀死50%试验动物时的剂量;③最低致死剂量(minimum lethal dose,MLD),是评定某化学药物毒性强弱的另一指标,指在一定条件下,某化学药物能引起试验动物群体100%死亡率的最低剂量。
1.表面消毒剂
表面消毒剂是指对一切活细胞都有毒性,不能用作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。表面消毒剂的种类众多,杀菌强度各不相同,但都有一个共同规律,即当其处于低浓度时,往往对微生物的生长繁殖起促进作用,而随着浓度的提高,相继表现为抑菌和杀菌效应,形成一个连续的作用谱。
为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度,学术界将在临床上最早使用的一种消毒剂——石炭酸作为比较的标准,并提出石炭酸系数(phenol coefficient,PC)这一指标。它是指在一定时间内,被试药剂杀死全部供试菌的最高稀释度与达到相同效果的石炭酸的最高稀释度之比。一般规定处理的时间为10min,常用的供试菌有3种,包括金黄色葡萄球菌(代表G+菌)、伤寒沙门菌(代表G-菌)和铜绿假单胞菌(一种抗性较强的G-菌)。例如,某药剂以1:500的稀释度在10min内杀死所有的供试菌,而达到同效的石炭酸的最高稀释度为1:100,则该药剂的石炭酸系数等于5。不同化学药剂的石炭酸系数见表3-7。
表3-7 不同化学药剂的石炭酸系数
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化学消毒剂的种类众多,杀菌机制各不相同,表3-8列出了若干重要表面消毒剂及其应用,故石炭酸系数仅有一定的参考价值。
表3-8 若干重要表面消毒剂及其应用
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2.抗代谢药物
抗代谢药物又称代谢拮抗物或代谢结构类似物,是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似,并可干扰正常代谢活动的化学药物。抗代谢物具有良好的选择毒力,因此是一类重要的化学治疗剂。它们的种类很多,如磺胺类(叶酸对抗物)、6-巯基嘌呤(嘌呤对抗物)、5-甲基色氨酸(色氨酸对抗物)和异烟肼(吡哆醇对抗物)等。
抗代谢药物作用原理包括3个方面:①与正常代谢物(结构类似物)共同竞争酶的活性中心,从而干扰微生物正常代谢,使所需的重要物质无法正常合成,例如磺胺类;②“假冒”正常代谢物,使微生物合成出无生理活性的假产物,如8-重氮鸟嘌呤取代鸟嘌呤而合成的核苷酸会产生无功能的RNA;③某些抗代谢药物与某一生化合成途径的终产物的结构类似,可通过反馈调节破坏正常代谢调节机制,例如6-巯基腺嘌呤核苷酸的合成。
磺胺类药物是青霉素等抗生素广泛应用前治疗细菌性传染病的“王牌药”,具有抗菌谱广、性质稳定、使用简便、在体内分布广等优点,在治疗由肺炎链球菌、痢疾志贺菌、金黄色葡萄球菌等引起的各种传染病中,疗效显著。
1940年,Wood和Fildes研究了磺胺的作用机制,并阐明因为它的结构与细菌的生长因子——对氨基苯甲酸(PABA)高度相似,因而两者发生了竞争性拮抗作用。最后,美国的Lederle实验室的学者发现PABA是叶酸的一部分。不少细菌要求外界提供PABA作为生长因子以合成其代谢中必不可少的重要辅酶——转移一碳基的四氢叶酸(THFA)。现将其合成过程及代谢拮抗物磺胺和磺胺增效剂三甲氧苄二氨嘧啶(TMP)的作用部位简示如下。
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注:酶①—二氢蝶酸合成酶;酶②—二氢叶酸合成酶;酶③—二氢叶酸还原酶
从上式可以看出,磺胺与PABA竞争酶①即二氢蝶酸合成酶,使生物体合成二氢蝶酸受阻;增效磺胺TMP阻断四氢叶酸合成酶,从而二者双重阻断合成嘌呤、嘧啶、核苷酸、丝氨酸、甲硫氨酸等的生物合成前体物质——四氢叶酸的合成,这就阻断了细菌的生物合成。如果在磺胺作用的同时,加入大量PABA、二氢蝶酸、二氢叶酸、四氢叶酸或嘌呤、嘧啶、核苷酸、丝氨酸、甲硫氨酸等一碳基转移产物,也可解除其抑制。
磺胺衍生物与磺胺相比,化学治疗特性更优良,因为它们对细菌的毒性大而对人及动物的毒性较弱。
磺胺类药物具有很强的选择毒性,其机制是:人体不存在二氢蝶酸合成酶、二氢叶酸合成酶和二氢叶酸还原酶,故不能利用外界提供的PABA自行合成四氢叶酸,必须通过食物直接摄取四氢叶酸,因此,对二氢蝶酸合成的竞争性抑制剂磺胺不敏感;反之,对某些敏感的致病菌来说,只要该菌存在二氢蝶酸合成酶,即以PABA做原料自行合成四氢叶酸者,最易被磺胺所抑制。
甲氧苄氨嘧啶(TMP)能抑制二氢叶酸还原酶,使二氢叶酸无法还原生成四氢叶酸,增强了磺胺的抑制作用,因此被称为抗菌增效剂。
磺胺类药的种类很多,至今仍常用的有磺胺、磺胺胍、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶等。
3.抗生素
抗生素是一类由微生物或其他生物在生命活动过程中合成的次生代谢产物或其衍生物,该类物质在很低浓度下就能抑制或干扰其他生物(包括病原菌、病毒、癌细胞等)的生命活动,因而可用作化学治疗剂。
(1)抗生素的作用机制 抗生素种类众多,作用机制主要包括5个方面。
①抑制细胞壁的合成 细胞壁对细菌起保护作用,细胞壁受损或其合成过程受阻会导致细菌死亡。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,抗生素主要是通过干扰细菌细胞壁肽聚糖的合成,从而抑制细菌细胞壁形成。这类抗生素有万古霉素、头孢菌素、杆菌肽、青霉素、氨苄青霉素等。它们只作用于生长中的细菌细胞,对静息状态的细胞无影响。革兰阳性细菌由于细胞壁肽聚糖含量较高,对这类抗生素的敏感性强于革兰阴性细菌。
真菌的细胞壁含几丁质。多氧霉素可阻碍几丁质的合成,具有较强的抗真菌作用,而对农作物没有影响。因此,多氧霉素是防治农作物病害的良好选择。人及动物的细胞由于没有细胞壁,所以不受这些抗生素的影响。
②破坏细胞膜功能 多黏菌素、制霉菌素、短杆菌肽、两性霉素等抗生素均能有选择地作用于微生物细胞膜,通过与细胞膜结合,破坏细胞膜,使细胞质泄漏,细胞死亡。这类抗生素对动物毒性较大,常做外用药。两性霉素和制霉菌素与真菌细胞膜中麦角固醇结合,导致细胞膜破坏,细胞质泄漏,它们不能作用于细菌。
③抑制蛋白质合成 很多抗生素(如链霉素、氯霉素、卡那霉素、四环素、林可霉素、庆大霉素、红霉素等)均属此类,它们通过与细菌核糖体结合,使mRNA与核糖体的结合受阻,干扰蛋白质的合成。
④抑制核酸合成 这类抗生素主要有放线菌素D(更生霉素)、利福霉素、丝裂霉素C(自力霉素)等,通过干扰DNA复制和阻碍RNA转录,抑制微生物生长繁殖。阻碍核酸合成的抗生素对病原菌和人都有毒害作用,因为两者的核酸代谢相似,所以这类抗生素的临床应用有限,主要用于抗癌。
⑤作用于呼吸链,影响能量的有效利用(抗代谢作用) 包括抗霉素、寡霉素和缬氨霉素等抗生素,通过影响呼吸链,干扰能量的有效利用,妨碍微生物生长,尤其是好氧微生物。抗霉素是呼吸链电子传递系统的抑制剂,能阻断微生物呼吸作用;寡霉素是能量转移的抑制剂,使能量不能用于合成ATP。
(2)微生物的耐药性 随着各种化学治疗剂的广泛应用,很多致病菌,如葡萄球菌、大肠杆菌、痢疾志贺菌、结核分枝杆菌等,表现出越来越强的耐药性,给医疗带来了困难。抗性菌株的耐药性表现在以下几个方面。
①产生钝化或分解药物的酶 青霉素临床应用初期,金黄色葡萄球菌死亡率达90%以上,疗效显著。长期使用后出现了大量耐青霉素菌株,某些地区金黄色葡萄球菌耐药菌株稳定在80%~90%。菌株抗青霉素是由于它们能够合成青霉素酶(即β-内酰胺酶),使青霉素分子中的β-内酰胺环裂解,失去抑菌作用。
现在主要是通过制造半合成青霉素,改变青霉素的结构,保护β-内酰胺环,克服抗性菌的耐药性,如氨苄青霉素、羟苄青霉素等。
有些病原微生物能合成其他酶类,通过乙酰化、磷酸化和腺苷化作用改变抗生素的分子结构。如有些肠道细菌能产生转乙酰基酶,将具有抗菌活性的氯霉素转变成无抗菌活性的氯霉素。
②改变细胞膜的透性 其机制有多种,如委内瑞拉链霉菌,通过改变细胞膜透性,阻止四环素进入细胞;某药物经细胞代谢作用变成其衍生物,该衍生物外渗速度大于该药物渗入细胞速度。
③改变对药物敏感的位点 如链霉素的作用机制是通过与细菌核糖体的30S亚基结合而实现,如果30S亚基的结构发生变化,则不能与链霉素结合,链霉素就不能抑制蛋白质的合成。
④菌株发生变异 变异株合成新多聚体取代原多聚体,如抗青霉素菌株能合成新型细胞壁多聚体。
为避免细菌出现耐药性,使用抗生素必须注意以下事项:①首次使用的药量要足量;②避免长期使用单一抗生素;③不同抗生素应混合使用;④改造现有抗生素;⑤筛选新的高效抗生素。
[知识链接]
抗生素的来源及分类
自A.Fleming于1929年发现第一种广泛用于医疗上的抗生素——青霉素以来,至今已找到1万种以上新抗生素(1984年),合成了7万多种半合成抗生素,但真正得到临床应用的常用抗生素仅有五六十种。
目前常用的抗生素,主要有三种分类方法,见表3-9~表3-11。
表3-9 抗生素依据生物来源的分类表
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表3-10 抗生素依据作用范围的分类表
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表3-11 抗生素依据化学结构的分类表
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[课堂互动]
为什么要进行消毒灭菌处理?
互动 在我们周围环境中,到处都有各种各样的微生物生存着,其中有一部分是对人类有害的微生物,它们通过气流、水流、接触和人工接种等方式,传播到合适的基质或生物对象上而造成种种危害。例如,食品或工农业产品的霉腐变质;实验室中的微生物、动植物组织或细胞纯培养物的污染;培养基、生化试剂、生物制品或药物的染菌、变质;发酵工业中的杂菌污染;以及人和动、植物受病原微生物的感染而患各种传染病等。对这些有害微生物必须采取有效措施来杀灭或抑制它们(图3-3)。
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图3-3 控制有害菌的措施
[案例分析]
1.在干热灭菌操作过程中应注意哪些问题,为什么?
分析 (1)物品不要摆放得太挤,以免妨碍空气流通;
(2)灭菌物品不要接触干燥箱内壁的铁板,以防包装纸烤焦起火;
(3)灭菌时人不能离开;
(4)灭菌结束后不能忘记关掉电源;
(5)待温度降到70℃以下再打开,否则冷热空气交替,玻璃器皿容易炸裂或发生烫伤事故。
2.为什么干热灭菌比湿热灭菌所需要的温度更高,时间更长?请设计干热灭菌和湿热灭菌效果比较实验方案。
分析 在湿热条件下,水蒸气的作用:
(1)高温水蒸气导热比干空气要快;
(2)高温水蒸气冷凝变水时有放热过程;
(3)高温水蒸气能穿透细菌的细胞膜,直接进入细胞内破坏细胞;
(4)高温水蒸气能水解一部分细胞结构,加速导热。
3.设计干热灭菌和湿热灭菌效果比较实验方案如下。
以一种菌株做材料为例,如下(实际建议你多选几种菌株,应具有不同代表性)。
(1)找一种菌株作为实验材料。
(2)同一个培养基生长好后,梯度稀释,同梯度情况下,同样毫升数接种到两瓶新培养基中。一瓶干热,一瓶湿热(此步骤建议做3个,或者更多平行)。
(3)摇匀,吸取同毫升数接种至平皿(此步骤看需要,也可以梯度稀释),同等环境下(最好放在同一个培养箱中),培养相同时间,计数。
(4)根据计数结果,对比计算哪个效果好,好多少。
[思考题]
1.试列表比较灭菌、消毒、防腐和化疗的异同,并各举若干实例。
2.抗生素对微生物的作用机制分几类?试各举一例。
3.细菌耐药性机制有哪些?如何避免产生耐药性?
4.-196~150℃的温度范围内,与微生物学工作者关系较大的代表性温度(包括生长消毒、灭菌、菌种保藏等)有哪些?试以表解形式进行分类、排队,并作简介。
5.利用加压蒸汽对培养基进行灭菌时,常易带来哪些不利影响?如何避免?
6.影响湿热灭菌效果的主要因素有哪些?在实践中应如何正确对待?
7.试以磺胺及其增效剂TMF(三羟甲基丙烷)为例,说明化学治疗剂的作用机制。