微生物学实验室接收拭子、粪便、尿液、血液、痰液、医疗设备以及可能受感染的组织。他们培养这些样本以检查是否有任何病原微生物。

病原微生物可能是细菌、真菌、病毒或其他寄生虫。

病毒很难培养，因为它们需要活细胞才能繁殖。因此，病毒学在规模更大的医疗实验室进行。

如果提供正确的营养和生长条件，细菌、真菌和其他非病毒寄生虫可以在没有其他生物体的情况下独立生长。以这种方式培养生物体将有助于识别它并研究针对它的可能疗法。

传染病

传染病是人类或动物的临床明显疾病，它会损害或伤害宿主，从而损害宿主功能，并由病原微生物的存在和活动引起，包括病毒、细菌、真菌、原生动物、多细胞寄生虫和被称为朊病毒的异常蛋白质。传染病的传播可以通过多种途径进行；包括与感染者接触、通过水、食物、空气传播吸入或通过媒介传播。 ^[1]

传染病（也称为传染病）是一种可以从一个人或物种传播到另一个人或物种的传染病。 ^[2] 传染病通常通过与感染者直接接触、与感染者体液接触或与感染者污染的物体接触传播。

术语传染性描述了生物体进入、存活和在宿主中繁殖的能力，而疾病的传染性表明了疾病传播给其他宿主的相对容易程度。 ^[3] 然而，感染并不等同于传染病；因为感染可能不会引起临床症状或损害宿主功能。 ^[1]

概述

在几乎无限多的微生物种类中，只有很少一部分会对一个原本正常或健康的人造成疾病。 ^[4] 这些高毒力微生物被归类为主要病原体。在抵抗力下降的宿主中引起传染病的生物体被归类为机会性病原体。机会性传染病可能由通常与宿主接触的生物体引起，例如结肠或上呼吸道中的细菌或真菌；在受伤后，无论是机械的（例如开放性骨折 | 骨折）；或由具有免疫抑制活性的疾病（如麻疹或疟疾，或由细胞毒性化疗诱发的疾病）。主要病原体在抵抗力下降的宿主中也可能引起更剧烈的疾病。

大多数主要病原体只居住在人类中，也是人类的病原体。相比之下，机会性病原体可能会在许多哺乳动物物种中引起疾病。一些例外情况是破伤风、炭疽病和狂犬病，它们可能存在于包括人类在内的许多动物物种中并引起疾病。

病原体和媒介

传染病需要一个病原体和一种传播方式（或媒介）。一个很好的例子是疟疾，它是由疟原虫寄生虫引起的，主要是恶性疟原虫，但除非媒介——按蚊——存在并将其引入人体血液，否则不会影响人类。

媒介不必是生物的。许多传染病是通过进入呼吸道的飞沫传播的（例如普通感冒和肺结核）。

清除和免疫

感染大多数病原体并不会导致宿主死亡，在疾病症状消退后，最终会清除致病生物体。 ^[4] 这个过程需要免疫机制来杀死或灭活病原体的接种量。针对传染病的特定获得性免疫可能由抗体和/或 T 淋巴细胞介导。由这两个因素介导的免疫可能表现为

对病原体直接影响，例如抗体引发的补体依赖性细菌溶解、调理作用、吞噬作用和杀灭，如一些细菌中所见到的那样，
中和病毒，使这些生物体无法进入细胞，
或由 T 淋巴细胞介导，它们会杀死被微生物寄生的细胞。

对微生物的免疫反应通常会导致发烧和炎症等症状，并且有可能比微生物造成的直接损害更加严重。

对感染的抵抗力（免疫力）可以通过患病后获得、通过病原体无症状携带获得、通过携带具有相似结构的生物体（交叉反应）获得或通过接种获得。对于主要病原体，对保护性抗原和特定获得性宿主免疫因子的了解比对于机会性病原体更完整。对传染病的免疫抵抗力需要在宿主遇到病原体时，抗原特异性抗体和/或 T 细胞的临界水平。一些人在与病原体几乎没有或根本没有接触的情况下，会对某些病原体表面多糖产生天然血清抗体，这些天然抗体会赋予成年人特定保护，并传播给新生儿。

传染病医生的工作

专门从事传染病的医疗治疗的医生被称为传染病学家或传染病专家。通常，感染最初由初级保健医师或内科专家诊断。例如，" uncomplicated" 肺炎通常由内科医生或肺科医生（肺部医生）治疗。

当以下情况出现时，需要传染病团队的服务

在初始检查后，疾病尚未明确诊断
患者免疫功能低下（例如，艾滋病患者或化疗后）；
传染病原体具有罕见性质（例如热带病）；
疾病对一线抗生素没有反应；
疾病可能对其他患者构成危险，患者可能需要被隔离。

因此，传染病学家的工作一方面是与患者和医生合作，另一方面是与实验室科学家和免疫学家合作。

传染病死亡率

毒力和传播之间的关系很复杂，对病原体的长期进化有重要影响。

如果一种疾病迅速致死，宿主可能在病原体传播到另一宿主之前就死亡。然而，如果传播与毒力相关，那么这种成本可能会被短期内更高的传染性带来的益处所抵消，例如霍乱（爆发性腹泻有助于细菌找到新的宿主）或许多呼吸道感染（打喷嚏、咳嗽等会产生有传染性的气溶胶）。

传染病的分类

流行病学是研究人群中疾病的另一个重要工具。对于传染病，它有助于确定疾病爆发是散发性（偶尔发生）、地方性（经常在一个地区发生）、流行性（在一个地区发生异常高数量的病例）还是大流行性（全球流行）。

收集样本

在开始治疗之前，医生会从怀疑感染的部位收集样本：细菌可能侵入血流时，会收集血样；细菌可能侵入呼吸道时，会收集痰液样本；细菌可能侵入泌尿道时，会收集尿液样本等。这些样本被转移到微生物实验室，实验室会在显微镜下观察样本，并试图培养细菌。这可以帮助诊断疾病。

血清学

血清是血液凝固后，去除所有血细胞后剩下的黄色水样部分。这可以通过离心最容易做到，离心会将密度较大的血细胞和血小板沉到底部，留下液体血清部分，位于沉淀的细胞层上方。血清学家接收血清样本，寻找肝炎或艾滋病等疾病的证据。

某些病原体无法进行微生物培养，例如苍白螺旋体和大多数病毒。第一个血清学标记被开发用于诊断梅毒（瓦瑟曼试验，后来被VDRL和TPHA试验取代）。血清学检测患者血液中针对传染病原体的抗体。在免疫缺陷患者（如艾滋病患者）中，血清学可能存在问题，因为抗体反应减弱。

最近的一项进展是在血液或分泌物中直接检测病毒蛋白和/或DNA。这可以通过PCR（聚合酶链反应）来实现，包括扩增病毒DNA并随后用抗DNA探针检测。

无菌操作技术

无菌操作技术是指微生物学家用来防止微生物污染自身、工作环境和样本的操作程序，当需要纯培养时，这一点尤其重要。在样本需要在培养基之间转移时，都会使用无菌操作技术，例如在进行继代培养时。例如，以下是如何使用火焰灭菌法的无菌操作步骤：

一个人会将从哪个试管或烧瓶中转移样本，将样本转移到哪个试管或烧瓶中，以及接种环和火焰源，都放在一个干净的、最好是无菌的表面上，并用一些防护措施来防止空气中的微生物污染。
这个人会点燃火焰，并在火焰蓝色部分的顶部缓慢地来回移动接种环的末端。这个人不会让接种环接触任何东西，除非是样本本身，直到整个过程结束。
准备执行样本转移时，这个人会用一只手（可能是非惯用手）握住两个试管或烧瓶。然后，这个人会打开盛有样本来源的试管或烧瓶，并将顶部短暂地放在火焰中，杀死不需要的微生物。
为了尽量减少样本来源试管或烧瓶中的样本被污染的时间，这个人会用他们的惯用手快速地使用接种环来获取样本，然后在立即关闭之前再次对试管或烧瓶的顶部进行灭菌。
记住，接种环上的样本每次暴露在空气中都有可能被污染，这个人会用同样的步骤重复上一步，操作包含样本的试管或烧瓶；然而，这个人会将样本放入试管或烧瓶中。

微生物学专业的学生通过动手实验学习无菌操作技术的原理。实践对于学习如何操作实验室工具而不污染它们至关重要。

微生物培养

诊断最初是通过病史和体格检查以及成像（如X光片）进行的，但传染病的主要工具是微生物培养。在培养中，为特定病原体提供生长培养基。将患病体液或组织样本接种到培养基后，可以确定细菌是否生长。这对多种细菌有效，例如葡萄球菌或链球菌。

微生物培养，也称微生物培养，是指培养微生物以确定其种类、样本中微生物的丰度或两者兼而有之的方法。它是微生物学的主要诊断方法之一。它通常用作确定传染病病因的工具，通过让病原体在实验室中预定的培养基中繁殖（复制）。

最常见的微生物培养方法是使用带有琼脂培养基的培养皿来培养细菌。这通常是在培养箱中进行的。另一种方法是液体培养，其中细菌悬浮在液体营养培养基中生长。液体培养瓶通常放在摇床中，以便向液体中引入氧气，并保持培养物的均匀性。

“培养”一词也可以（尽管不经常使用，而且是口语化的）用作组织培养的同义词，组织培养涉及从多细胞生物中分离的细胞或组织的生长。

痰培养是一种检测和识别感染肺部或呼吸道的细菌或真菌的检查。痰是一种在肺部和通往肺部的呼吸道中产生的浓稠液体。将痰液样本放在含有促进细菌或真菌生长的物质的容器中。如果细菌或真菌没有生长，则培养结果为阴性。如果生长出可引起感染的生物（致病生物），则培养结果为阳性。细菌或真菌的类型将通过显微镜或化学检测进行识别。

如果培养中生长出可引起感染的细菌或真菌，可能会进行其他检测来确定哪种抗生素对治疗感染最有效。这被称为药敏试验或敏感性试验。

此检查是在通常通过咳嗽收集的痰液样本上进行的。对于无法有效咳嗽以产生样本的人，可以在气道中插入吸管或针头以收集痰液。

在医院环境中，如果患者患有肺炎，通常会进行痰培养。美国传染病学会建议对需要住院治疗的肺炎患者进行痰培养，而美国胸科医师协会则没有这样的建议。造成这种差异的原因是：正常的健康肺部存在细菌，而痰培养会收集正常细菌和导致疾病的细菌。在这种情况下，很难判断哪种细菌是导致疾病的病原体。

抗菌谱

抗菌谱的作用

在临床实践中，抗生素的处方通常基于一般指南和对敏感性的了解：例如， uncomplicated urinary tract infections 可以用第一代喹诺酮类药物治疗，等等。这是因为大肠杆菌是最有可能的致病病原体，而且已知它对喹诺酮类药物治疗敏感。非在医院获得的感染被称为“社区获得性”感染。

然而，许多细菌已知对几种抗生素耐药，治疗并非如此简单。这种情况在易感患者中尤其如此，例如重症监护室的患者。当这些患者发生“医院获得性”（或“医院内”）肺炎时，更强壮的细菌如铜绿假单胞菌可能参与其中。然后，治疗通常基于对可能参与的当地病原体的监测数据进行。这种基于对以前患者的统计信息的初步治疗，旨在针对一大群可能参与的微生物，被称为“经验性治疗”。

当培养结果证实为阳性时，可以通过将培养物暴露于测试剂量的抗生素来确定抗生素的敏感性（或相反，抗生素耐药性）。通过这种方式，微生物学家可以确定目标细菌对特定抗生素的敏感性。这通常报告为：Sensitive（敏感）、Intermediate（中等）或Resistant（耐药）。然后可以使用抗菌谱来确定患者的最佳治疗方案。这可以减少广谱抗生素的使用，并导致抗生素耐药性的降低。

抗菌谱是实验室测试分离的细菌菌株对不同抗生素敏感性的结果。它从定义上来说是一种体外敏感性测试。

抗菌谱方法

建立培养后，有两种可能的方法可以获得抗菌谱

一种是基于扩散（Kirby-Bauer 方法）的半定量方法；将含有不同抗生素的小片或浸渍有抗生素的纸片滴入培养皿中培养物的不同区域。抗生素将在每个药片周围的区域扩散，并且会看到细菌溶解的圆盘。由于抗生素的浓度在圆盘中心最高，而在边缘最低，因此圆盘的直径暗示了最小抑菌浓度（将直径以毫米为单位转换为 MIC，以µg/ml为单位，是基于已知的线性回归曲线）。
一种是基于稀释的定量方法：建立抗生素的稀释系列（这是一系列反应瓶，其中抗生素物质的浓度逐渐降低）。最后一个没有细菌生长的瓶子包含最小抑菌浓度的抗生素。

计算出 MIC 后，可以将其与已知的值进行比较，以确定给定的细菌和抗生素：例如，MIC > 0,06 µg/ml 可被解释为对青霉素耐药的肺炎链球菌。此类信息可能对临床医生有用，临床医生可以更改经验性治疗，改为针对致病细菌的更定制的治疗。

健康和安全

来自该部门的废弃物很可能具有高度传染性。安全处置非常重要，微生物学实验室将有严格的处置程序。

实践工作

可以给考生一系列“未知”培养物，他们需要通过观察菌落形态、生长特性、培养基要求，以及通过进行革兰氏染色进一步分析来进行特征分析。

考生可以研究液体肥皂、牙膏或类似声称具有抗菌作用的家庭用品的抗菌活性。

如果可能，可以研究一系列不同的细菌或真菌，并将其与抗生素的不同功效背后的原因联系起来。

细菌菌落形状

细菌菌落在琼脂平板上的形状（形态）是识别细菌的有价值的辅助工具。

细菌细胞形状

细菌细胞在显微镜下的形状（形态）是识别细菌的有价值的辅助工具。

革兰氏染色

革兰氏染色（或革兰氏方法）是一种经验方法，用于根据细菌细胞壁的化学和物理性质将细菌物种分为两大类。

该方法以发明者丹麦科学家汉斯·克里斯蒂安·革兰氏（1853-1938）命名，他于 1884 年开发了这种技术。

用途

当怀疑感染时，会对体液或活检进行革兰氏染色。它比培养更快地得出结果，尤其是在感染会对患者的治疗和预后产生重大影响时非常重要；例如脑脊液用于诊断脑膜炎，滑液用于诊断化脓性关节炎。它需要医院的微生物学实验室全天候值班。

机制

革兰氏阳性细菌具有由肽聚糖组成的厚厚的网状细胞壁，能够保留紫色的染料/碘复合物。革兰氏阴性细菌具有由一层肽聚糖组成的薄细胞壁。除了内膜外，它们还具有外膜，外膜含有脂质，并通过周质空间与细胞壁隔开。

脱色混合物会导致革兰氏阳性细胞壁中多层肽聚糖脱水，从而减小分子之间的空间，并导致细胞壁将结晶紫-碘复合物捕获在细胞内。但在革兰氏阴性细菌中，脱色混合物充当脂质溶剂，并溶解革兰氏阴性细胞壁的外膜。薄层的肽聚糖无法保留结晶紫-碘复合物，革兰氏阴性细胞被脱色。脱色步骤是至关重要的步骤，需要一定程度的技巧，因为革兰氏阳性并非全有或全无的现象。

一般来说（也有一些例外），革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌更危险，因为它们的细胞外膜通常被荚膜或粘液层覆盖，这些结构隐藏了细胞的抗原，起到“伪装”的作用。人体通过识别外来物体的抗原来识别入侵者，如果抗原被隐藏，人体就难以发现入侵者。荚膜的存在通常会增强病原体的毒性。此外，革兰氏阴性菌的细胞外膜含有脂多糖。脂多糖是一种内毒素，会加剧炎症。炎症的严重程度可能导致败血症休克。革兰氏阳性菌感染一般不那么严重，因为人体内没有肽聚糖，而且人体会产生一种叫做溶菌酶的酶，能够攻击革兰氏阳性菌的开放性肽聚糖层。革兰氏阳性菌也更容易受到β-内酰胺类抗生素（如青霉素）的杀伤。

步骤

首先，用接种环从培养物中取少量菌液，放在载玻片上，然后让其自然干燥。如果培养物是固体，则在载玻片上滴加一滴水或无菌盐水，并用接种环混合。这里要取少量菌液，以便最终得到一层稀疏的单层细菌。新手经常在这个步骤中加入过多的菌液，这是一个常见的错误。
将载玻片菌液面朝上，在火焰上快速通过1-2次，进行热固定，但不要让载玻片过热。这样可以防止细菌在后续操作中被洗掉，也可以杀死细菌。
使用一种碱性染料，结晶紫或龙胆紫，对载玻片进行染色。这种染料会被革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都吸收。染色1分钟。肉眼观察载玻片，应该呈现紫色，如果在这个时候用显微镜观察，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都会呈现紫色。碘液也可以代替结晶紫使用。
用水冲洗，时间不超过5秒。
加入碘液（革兰氏碘液）（1%碘，2%碘化钾水溶液），作用1分钟。它可以作为媒染剂，固定染料。
用水冲洗。
用95%乙醇或丙酮和酒精的混合液多次冲洗，直到样本不再出现颜色。这会洗去所有未结合的碱性染料（通常是结晶紫），使革兰氏阳性菌保留紫色染色，而革兰氏阴性菌则不染色（无色）。
立即用水冲洗，防止过度脱色。
用合适的复染液复染。关于最佳选择存在不同的意见，但合适的染料包括番红或品红。这种染料会被革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都吸收，但不会改变革兰氏阳性菌的颜色，因为它们已经呈现紫色。然而，它会使革兰氏阴性菌呈现粉红色。
轻轻地用吸水纸吸干，然后自然干燥。不要擦拭。

结果解释

在显微镜下观察载玻片

革兰氏阳性菌会呈现蓝黑色或紫色。
革兰氏阴性菌会呈现红色或粉红色。

不能通过这种染色技术可靠地区分的细菌被称为革兰氏变异菌

另见

参考文献

↑ ^a ^b "传染病"。麦格劳希尔科学与技术百科全书。麦格劳希尔公司，2005年。
↑ 多兰德医学插图词典 2004 WB Saunders。
↑ 可报告疾病词汇表华盛顿州卫生部
↑ ^a ^b 本节包含了公有领域材料，这些材料包含在以下文本中：医学微生物学第四版：第8章（1996年）。巴伦，塞缪尔医学博士。德克萨斯大学医学分部，加尔维斯顿分校。

"微生物学：课堂作业#2"，一个便携式文档格式计算机文件。
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