临床微生物与免疫发展.docx

临床微生物与免疫发展.docx

《临床微生物与免疫发展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《临床微生物与免疫发展.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

临床微生物与免疫发展

第一节临床微生物与免疫学发展史

一、微生物、感染与免疫

感染（infection）是指病原生物（包括致病性细菌、真菌、病毒和寄生虫）入侵宿主，与宿主免疫防御系统相互作用，引起宿主不同程度病理变化的过程。

AIDS，即获得性免疫缺陷综合症，由美国疾病控制中心的流行病学家于1981年在美国首先发现。

反转录病毒HIV感染人体后，选择性吸附在靶细胞的CD4受体上，在细胞内经环化、整合、转录及翻译、装配、成熟及出芽，形成成熟的病毒颗粒。

机体产生抗HIV免疫，包括特异性免疫和非特异性免疫反应，一特异性免疫反应为主。

人体免疫系统主要通过针对HIV蛋白的各种特异性抗体、特异性CD4+T淋巴细胞免疫反应和CTL直接或分泌各种细胞因子（如肿瘤坏死因子,干扰素等），抑制病毒复制。

“白色瘟疫”结核病历史悠久，与人类同岁月。

最早的证据可追溯到新石器时代。

它曾在全世界广泛流行，夺去了数亿人的生命。

目前全球大约1/3的人口已感染结核分枝杆菌，每年新发病例900万人。

人型结核分枝杆菌主要通过呼吸道、消化道和损伤的皮肤等多途径感染机体，引起多种脏器组织的结核病，以肺结核多见，表现为咳嗽、咯血等症状。

同时机体也会对结核分枝杆菌产生细胞免疫和迟发型超敏反应。

两位合作多年的澳大利亚科学家巴里·马歇尔与罗宾·沃伦（图1），在发现了幽门螺杆菌及其导致胃炎、胃溃疡与十二指肠溃疡等疾病的机理20多年后，终于收到了一份迟来的“贺礼”，分享了2005年诺贝尔生理学或医学奖。

图12005年诺贝尔生理学或医学奖得主巴里·马歇尔与罗宾·沃伦

幽门螺杆菌定植于胃窦部，借其特殊的螺旋体和端鞭毛穿过胃粘膜表面的黏液层和上皮细胞接触，并且分泌脲酶分解尿素，产生氨中和菌体周围的胃酸。

同时能诱导胃粘膜上皮细胞产生多种细胞因子，引起炎症细胞释放多种酶类使胃组织损伤。

二、感染的证据

感染性疾病总是和病原体联系在一起，包括细菌、真菌、病毒和寄生虫。

科学、准确的病原学检测结果是感染诊断的金标准。

然而，各种病原体的生物学特征的不同、现有检测方法和技术的限制、正常菌群和条件致病菌的干扰以及个体免疫状态的差异均可能构成病原学诊断结果的偏倚。

因此，临床微生物工作者应熟悉各种病原体的检测流程，掌握各种检测方法和技术的适应症，综合分析病原学检测的直接和间接证据，结合柯赫法则，使病原学诊断结果更加准确。

微生物和感染性疾病之间的关系，长期以来一直被科学家们研究和关注，直到1876年，德国医生罗伯特.柯赫（RobertKoch，1843-1910）才第一次用实验证明了炭疽杆菌和炭疽病之间的因果关系，并提出了著名的柯赫法则（Koch'spostulates），作为判断微生物和感染性疾病之间因果关系的标准。

该法则包括如下内容（图2）：

①病原微生物一定存在于感染性疾病个体中，而在健康的个体中不存在；②一定能分离和纯培养所怀疑的病原微生物；③当分离的病原微生物接种敏感的动物模型时，可以导致相同的疾病；④相同的病原微生物可再次从这种被感染的动物模型中分离到。

运用该法则，柯赫先后发现了炭疽、结核和霍乱等感染性疾病的病原体。

图2柯赫法则模式图

然而，随着微生物学的进一步发展，人们对柯赫法则有了新的认识，尤其是在以下几个方面认为柯赫法则还有待补充和发展：

①由于技术的限制，目前仍有一些微生物不能在体外获得纯培养，如麻风病的病原菌麻风分枝杆菌、洛矶山斑疹热的病原菌立克次体等；②有些感染目前仍然没有建立相应的动物模型，如导致淋病的淋球菌感染至今缺乏很好的动物模型；③有些细菌本来不致病，但是当菌群失调、获得了外来的毒力因子、因创伤或手术而到达无菌的深部组织以及宿主免疫缺陷时而变为致病菌。

尤其是20世纪30年代，病毒感染性疾病深入研究和组织培养技术的快速发展，以洛克菲洛医学研究所的托马斯.瑞沃斯（ThomasRivers）为代表的病毒学家发现，柯赫法则和许多病毒感染性疾病的实验研究结果不符，如脊髓灰质炎患者组织中可以分离到链球菌，并可在体外获得纯培养，注射到猴子或兔子等感染模型时也引起麻痹症状，而且可以再次从感染动物体内分离到链球菌，这些均符合柯赫法则，但当时的病毒学家们已经熟悉脊髓灰质炎病毒的形态与链球菌有着明显的区别，而且知道多种微生物均可以引起麻痹症状。

于是瑞沃斯对柯赫法则做了有益的补充，更适合病毒感染病原体诊断的标准，也有人称之为瑞沃斯法则（Riverspostulates）：

①在所有患者体内均应该存在并可以分离到该病毒，而在健康者体内并不存在；②该病毒可以从患者体内分离并可在实验室内利用宿主细胞进行体外培养；③可以通过微孔滤膜（即病毒大小的范围内）；④当原先宿主或相关生物体和分离的病毒共培养时，会导致相应感染性疾病的发生；⑤共培养的宿主体内可再次分离到该病毒；⑥感染后的宿主体内可以检测到相应的病毒免疫反应。

如2003年新出现的严重急性呼吸道症候群（SevereAcuteRespiratorySyndrome，SARS），早期有关SARS的病原体可谓众说纷纭，包括流感病毒、副粘病毒、衣原体和支原体等都曾被怀疑过，但这些病原体均因不完全符合柯赫或瑞沃斯法则而逐一排除，直到2003年3月底，香港、美国和德国的科学家终于找到了SARS的致病原因，他们在SARS病人身上发现了一种新的冠状病毒（coronavirus）。

经细胞培养、电子显微镜观察、聚合酶连反应（PCR）及间接免疫荧光抗体检验（indirectimmunofluorescentantibodytest）等实验证据，以及后来人工感染一种南美的猴子后，猴子也显现出SARS间质性肺炎的症状，并且在感染的猴肾组织中再次分离到该病毒。

所有这些均符合柯赫或瑞沃斯法则，因此WHO在2003年4月16日宣布这种从未在人体与动物体内被发现的一种全新的冠状病毒是SARS的致病原因。

三、临床微生物与免疫学检验的辉煌历史

（一）临床微生物的发展历程

1.史前时期—直观应用时期

 自古以来，人类在日常生活和生产实践中，已经觉察到微生物的生命活动及其所发生的作用。

中国利用微生物进行酿酒的历史，可以追溯到4000多年前的龙山文化时期。

殷商时代的甲骨文中刻有“酒”字。

春秋战国时期，就已经利用微生物分解有机物质的作用，进行沤粪积肥。

北魏贾思勰的《齐民要术》中，有谷物制曲，酿酒、制酱、造醋和腌菜等方法。

2.初创时期—形态发展时期

17世纪，荷兰人列文虎克用自制的简单显微镜（图3）可放大160～260倍，观察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，发现其中有许多运动好着的“微小动物”，并用文字和图画科学地记载了人类最早看见的“微小动物”。

——细菌的不同形态（球状、杆状和螺旋状等）。

过了不久，意大利植物学家米凯利也用简单的显微镜观察了真菌的形态。

图3列文虎克及其自制的简单显微镜

3.奠基时期—生理学发展时期

微生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。

法国科学家巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。

千百年来普遍流传着一种“自然发生说”。

该学说认为，不洁的衣物会滋生蚤虱，污秽的死水会自生蚊，肮脏的垃圾会自生虫蚁，粪便和腐臭的尸体会自生蝇蛆。

总之，生物可以从他们所在的物质元素中自然发生，而没有上代。

1668年意大利宫廷医生佛罗伦萨实验科学院成员F.雷迪用实验证明腐肉生蛆是蝇类产卵的结果，首先对自然发生说提出异议。

但由于他未能正确解释虫瘿与肠道蠕虫的来源，人们认为低等动物仍可自然发生。

1745年英国天主教神甫、显微镜学家J.T.尼达姆用各种浸泡液经消毒后，仍有微生物发生，而坚持自然发生说。

1775年意大利生理学家L.斯帕兰扎尼通过一系列实验，证明J.T.尼达姆实验结果是由于加热不够和封盖不严所造成，因而确信微生物是从空气带入的。

但他的批评者宣称，由于他使浸出液在密闭管内煮沸了45分钟，杀死了管内空气中的“活力”，因而影响了自然发生。

1837年T.A.H.施万改进了斯帕兰扎尼的实验,通入事前经过加热或“焙烧”的空气,并以青蛙仍能在其中生活，证明并未影响“活力”的存在。

但T.A.H.施万的实验由于存在某些技术问题，结果并不稳定。

巴斯德根据自己的研究实践，不相信微生物可以自然发生，认为微生物肯定必有母体。

他到处宣传这一理论。

这下子可激怒了自生论者。

他们问巴斯德：

“酵母怎在地球的每一个角落里，在每一世纪的每一年里，不知道从什么地方出现，把葡萄汁酿成酒？

这些从天南地北，处处把每个罐里的牛奶变酸，每瓶里的牛油变坏的小动物来自什么地方？

为了回答这些挑战，巴斯德重做了斯帕兰扎尼的实验。

他在圆瓶里灌进一些酵母汤，把瓶颈焊封，煮沸几分钟后搁置适当时间。

结果表明，瓶里并没有微生物生长。

这一试验并不能彻底驳倒自生论者。

他们坐在巴斯德的书房里吵吵闹闹：

“你在煮沸酵母汤时，把瓶里的空气加热了。

酵母汤产生小动物所需要的是自然的空气。

你不能把酵母汤和天然的未经加热的空气放在一起而不产生酵母、霉菌、杆菌或小动物！

”

面对对方的指责，巴斯德冥思苦想，决心设计一种只让天然空气进入而不许其中的微生物进入的仪器。

在老教授巴拉的指导下，巴斯德终于设计、制作出了符合这一要求的仪器，即著名的曲颈瓶。

实验取得了完全的成功。

巴斯德著名的曲颈瓶实验（图4）：

曲烧瓶有一个弯曲的长管与外界空气相通。

瓶内的溶液加热至沸点，冷却后，空气可以重新进入，但因为有向下弯曲的长管，空气中的尘埃和微生物不能与溶液接触，使溶液保持无菌状态，溶液可以较长时间不腐败。

如果瓶颈破裂，溶液就会很快腐败变质，并有大量的微生物出现。

实验得到了令人信服的结论：

腐败物质中的微生物是来自空气中的微生物。

图4巴斯德曲颈瓶实验

4.发展时期—生物化学水平

1897年德国人毕希纳（E.Büchner）用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”，对葡萄糖进行发酵获得成功，从而开创了微生物系列生化研究的新时代。

1929年英国医生弗莱明发现青霉素能抑制细菌生长，1928年7月下旬，弗莱明将众多培养基未经清洗就摞在一起，放在试验台阳光照不到的位置，就去休假了。

9月3号，度假归来的弗莱明，刚进实验室，其前任助手普利斯来串门，寒暄中问弗莱明最近在做什么，于是弗莱明顺手拿起顶层第一个培养基，准备给他解释时，发现培养基边缘有一块因溶菌而显示的惨白色，因此发现青霉素，并于次年6月发表，最终使其获诺贝尔奖的论文。

1943年，英、美合作研究开发了青霉素的通气搅拌部培养法，开始了青霉素的大批量生产。

5.成熟时期—分子水平

1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。

1931年厄恩斯特·卢斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透视电子显微镜并于1986年卢斯卡获得诺贝尔物理学奖。

1938年他在西门子公司研制了第一台商业电子显微镜。

1952年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫测定了DNA中4种碱基的含量，发现其中腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。

1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代。

1985年，凯利·穆利斯在美国Cetus公司工作期间，发明了聚合酶链式反应（PCR）。

在工作中，穆利斯需要合成DNA引物来进行测序工作，但常常因为没有足够多的模板DNA而烦恼。

一个星期五晚上，他开车去乡下别墅的路上，猛然闪现出“多聚酶链式反应”的想法。

随后他用同位素标记法看到了10个循环后的49bp长度的第一个PCR片段，并申请了专利，从此全世界开始学习PCR的方法，微生物也因此开拓了分子诊断领域。

（二）临床免疫学检验的发展历程

1.经验免疫学阶段

天花是一种烈性传染病，得病者死亡率非常高。

严重损坏人容貌的麻子，就是感染天花后留下的点点疤痕。

天花大约在汉代由战争的俘虏传入我国。

长期以来，人类对于天花病一直没有有效的防治方法。

我国古代人民在同这种猖獗的传染病不断作斗争的过程中，于明代发明了预防天花的方法人痘接种法。

峨眉山神医为王素种痘的故事，是目前发现的中国典籍上最早的种痘记载。

宋真宗赵恒在位时，宰相王旦一连生了几