微生物學實驗室接收拭子、糞便、尿液、血液、痰液、醫療裝置以及可能受感染的組織。他們培養這些樣本以檢查是否有任何病原微生物。

病原微生物可能是細菌、真菌、病毒或其他寄生蟲。

病毒很難培養，因為它們需要活細胞才能繁殖。因此，病毒學在規模更大的醫療實驗室進行。

如果提供正確的營養和生長條件，細菌、真菌和其他非病毒寄生蟲可以在沒有其他生物體的情況下獨立生長。以這種方式培養生物體將有助於識別它並研究針對它的可能療法。

傳染病

傳染病是人類或動物的臨床明顯疾病，它會損害或傷害宿主，從而損害宿主功能，並由病原微生物的存在和活動引起，包括病毒、細菌、真菌、原生動物、多細胞寄生蟲和被稱為朊病毒的異常蛋白質。傳染病的傳播可以透過多種途徑進行；包括與感染者接觸、透過水、食物、空氣傳播吸入或透過媒介傳播。 ^[1]

傳染病（也稱為傳染病）是一種可以從一個人或物種傳播到另一個人或物種的傳染病。 ^[2] 傳染病通常透過與感染者直接接觸、與感染者體液接觸或與感染者汙染的物體接觸傳播。

術語傳染性描述了生物體進入、存活和在宿主中繁殖的能力，而疾病的傳染性表明了疾病傳播給其他宿主的相對容易程度。 ^[3] 然而，感染並不等同於傳染病；因為感染可能不會引起臨床症狀或損害宿主功能。 ^[1]

概述

在幾乎無限多的微生物種類中，只有很少一部分會對一個原本正常或健康的人造成疾病。 ^[4] 這些高毒力微生物被歸類為主要病原體。在抵抗力下降的宿主中引起傳染病的生物體被歸類為機會性病原體。機會性傳染病可能由通常與宿主接觸的生物體引起，例如結腸或上呼吸道中的細菌或真菌；在受傷後，無論是機械的（例如開放性骨折 | 骨折）；或由具有免疫抑制活性的疾病（如麻疹或瘧疾，或由細胞毒性化療誘發的疾病）。主要病原體在抵抗力下降的宿主中也可能引起更劇烈的疾病。

大多數主要病原體只居住在人類中，也是人類的病原體。相比之下，機會性病原體可能會在許多哺乳動物物種中引起疾病。一些例外情況是破傷風、炭疽病和狂犬病，它們可能存在於包括人類在內的許多動物物種中並引起疾病。

病原體和媒介

傳染病需要一個病原體和一種傳播方式（或媒介）。一個很好的例子是瘧疾，它是由瘧原蟲寄生蟲引起的，主要是惡性瘧原蟲，但除非媒介——按蚊——存在並將其引入人體血液，否則不會影響人類。

媒介不必是生物的。許多傳染病是透過進入呼吸道的飛沫傳播的（例如普通感冒和肺結核）。

清除和免疫

感染大多數病原體並不會導致宿主死亡，在疾病症狀消退後，最終會清除致病生物體。 ^[4] 這個過程需要免疫機制來殺死或滅活病原體的接種量。針對傳染病的特定獲得性免疫可能由抗體和/或 T 淋巴細胞介導。由這兩個因素介導的免疫可能表現為

對病原體直接影響，例如抗體引發的補體依賴性細菌溶解、調理作用、吞噬作用和殺滅，如一些細菌中所見到的那樣，
中和病毒，使這些生物體無法進入細胞，
或由 T 淋巴細胞介導，它們會殺死被微生物寄生的細胞。

對微生物的免疫反應通常會導致發燒和炎症等症狀，並且有可能比微生物造成的直接損害更加嚴重。

對感染的抵抗力（免疫力）可以透過患病後獲得、透過病原體無症狀攜帶獲得、透過攜帶具有相似結構的生物體（交叉反應）獲得或透過接種獲得。對於主要病原體，對保護性抗原和特定獲得性宿主免疫因子的瞭解比對於機會性病原體更完整。對傳染病的免疫抵抗力需要在宿主遇到病原體時，抗原特異性抗體和/或 T 細胞的臨界水平。一些人在與病原體幾乎沒有或根本沒有接觸的情況下，會對某些病原體表面多糖產生天然血清抗體，這些天然抗體會賦予成年人特定保護，並傳播給新生兒。

傳染病醫生的工作

專門從事傳染病的醫療治療的醫生被稱為傳染病學家或傳染病專家。通常，感染最初由初級保健醫師或內科專家診斷。例如，" uncomplicated" 肺炎通常由內科醫生或肺科醫生（肺部醫生）治療。

當以下情況出現時，需要傳染病團隊的服務

在初始檢查後，疾病尚未明確診斷
患者免疫功能低下（例如，艾滋病患者或化療後）；
傳染病原體具有罕見性質（例如熱帶病）；
疾病對一線抗生素沒有反應；
疾病可能對其他患者構成危險，患者可能需要被隔離。

因此，傳染病學家的工作一方面是與患者和醫生合作，另一方面是與實驗室科學家和免疫學家合作。

傳染病死亡率

毒力和傳播之間的關係很複雜，對病原體的長期進化有重要影響。

如果一種疾病迅速致死，宿主可能在病原體傳播到另一宿主之前就死亡。然而，如果傳播與毒力相關，那麼這種成本可能會被短期內更高的傳染性帶來的益處所抵消，例如霍亂（爆發性腹瀉有助於細菌找到新的宿主）或許多呼吸道感染（打噴嚏、咳嗽等會產生有傳染性的氣溶膠）。

傳染病的分類

流行病學是研究人群中疾病的另一個重要工具。對於傳染病，它有助於確定疾病爆發是散發性（偶爾發生）、地方性（經常在一個地區發生）、流行性（在一個地區發生異常高數量的病例）還是大流行性（全球流行）。

收集樣本

在開始治療之前，醫生會從懷疑感染的部位收集樣本：細菌可能侵入血流時，會收集血樣；細菌可能侵入呼吸道時，會收集痰液樣本；細菌可能侵入泌尿道時，會收集尿液樣本等。這些樣本被轉移到微生物實驗室，實驗室會在顯微鏡下觀察樣本，並試圖培養細菌。這可以幫助診斷疾病。

血清學

血清是血液凝固後，去除所有血細胞後剩下的黃色水樣部分。這可以透過離心最容易做到，離心會將密度較大的血細胞和血小板沉到底部，留下液體血清部分，位於沉澱的細胞層上方。血清學家接收血清樣本，尋找肝炎或艾滋病等疾病的證據。

某些病原體無法進行微生物培養，例如蒼白螺旋體和大多數病毒。第一個血清學標記被開發用於診斷梅毒（瓦瑟曼試驗，後來被VDRL和TPHA試驗取代）。血清學檢測患者血液中針對傳染病原體的抗體。在免疫缺陷患者（如艾滋病患者）中，血清學可能存在問題，因為抗體反應減弱。

最近的一項進展是在血液或分泌物中直接檢測病毒蛋白和/或DNA。這可以透過PCR（聚合酶鏈反應）來實現，包括擴增病毒DNA並隨後用抗DNA探針檢測。

無菌操作技術

無菌操作技術是指微生物學家用來防止微生物汙染自身、工作環境和樣本的操作程式，當需要純培養時，這一點尤其重要。在樣本需要在培養基之間轉移時，都會使用無菌操作技術，例如在進行繼代培養時。例如，以下是如何使用火焰滅菌法的無菌操作步驟：

一個人會將從哪個試管或燒瓶中轉移樣本，將樣本轉移到哪個試管或燒瓶中，以及接種環和火焰源，都放在一個乾淨的、最好是無菌的表面上，並用一些防護措施來防止空氣中的微生物汙染。
這個人會點燃火焰，並在火焰藍色部分的頂部緩慢地來回移動接種環的末端。這個人不會讓接種環接觸任何東西，除非是樣本本身，直到整個過程結束。
準備執行樣本轉移時，這個人會用一隻手（可能是非慣用手）握住兩個試管或燒瓶。然後，這個人會開啟盛有樣本來源的試管或燒瓶，並將頂部短暫地放在火焰中，殺死不需要的微生物。
為了儘量減少樣本來源試管或燒瓶中的樣本被汙染的時間，這個人會用他們的慣用手快速地使用接種環來獲取樣本，然後在立即關閉之前再次對試管或燒瓶的頂部進行滅菌。
記住，接種環上的樣本每次暴露在空氣中都有可能被汙染，這個人會用同樣的步驟重複上一步，操作包含樣本的試管或燒瓶；然而，這個人會將樣本放入試管或燒瓶中。

微生物學專業的學生透過動手實驗學習無菌操作技術的原理。實踐對於學習如何操作實驗室工具而不汙染它們至關重要。

微生物培養

診斷最初是透過病史和體格檢查以及成像（如X光片）進行的，但傳染病的主要工具是微生物培養。在培養中，為特定病原體提供生長培養基。將患病體液或組織樣本接種到培養基後，可以確定細菌是否生長。這對多種細菌有效，例如葡萄球菌或鏈球菌。

微生物培養，也稱微生物培養，是指培養微生物以確定其種類、樣本中微生物的丰度或兩者兼而有之的方法。它是微生物學的主要診斷方法之一。它通常用作確定傳染病病因的工具，透過讓病原體在實驗室中預定的培養基中繁殖（複製）。

最常見的微生物培養方法是使用帶有瓊脂培養基的培養皿來培養細菌。這通常是在培養箱中進行的。另一種方法是液體培養，其中細菌懸浮在液體營養培養基中生長。液體培養瓶通常放在搖床中，以便向液體中引入氧氣，並保持培養物的均勻性。

“培養”一詞也可以（儘管不經常使用，而且是口語化的）用作組織培養的同義詞，組織培養涉及從多細胞生物中分離的細胞或組織的生長。

痰培養是一種檢測和識別感染肺部或呼吸道的細菌或真菌的檢查。痰是一種在肺部和通往肺部的呼吸道中產生的濃稠液體。將痰液樣本放在含有促進細菌或真菌生長的物質的容器中。如果細菌或真菌沒有生長，則培養結果為陰性。如果生長出可引起感染的生物（致病生物），則培養結果為陽性。細菌或真菌的型別將透過顯微鏡或化學檢測進行識別。

如果培養中生長出可引起感染的細菌或真菌，可能會進行其他檢測來確定哪種抗生素對治療感染最有效。這被稱為藥敏試驗或敏感性試驗。

此檢查是在通常透過咳嗽收集的痰液樣本上進行的。對於無法有效咳嗽以產生樣本的人，可以在氣道中插入吸管或針頭以收集痰液。

在醫院環境中，如果患者患有肺炎，通常會進行痰培養。美國傳染病學會建議對需要住院治療的肺炎患者進行痰培養，而美國胸科醫師協會則沒有這樣的建議。造成這種差異的原因是：正常的健康肺部存在細菌，而痰培養會收集正常細菌和導致疾病的細菌。在這種情況下，很難判斷哪種細菌是導致疾病的病原體。

抗菌譜

抗菌譜的作用

在臨床實踐中，抗生素的處方通常基於一般指南和對敏感性的瞭解：例如， uncomplicated urinary tract infections 可以用第一代喹諾酮類藥物治療，等等。這是因為大腸桿菌是最有可能的致病病原體，而且已知它對喹諾酮類藥物治療敏感。非在醫院獲得的感染被稱為“社群獲得性”感染。

然而，許多細菌已知對幾種抗生素耐藥，治療並非如此簡單。這種情況在易感患者中尤其如此，例如重症監護室的患者。當這些患者發生“醫院獲得性”（或“醫院內”）肺炎時，更強壯的細菌如銅綠假單胞菌可能參與其中。然後，治療通常基於對可能參與的當地病原體的監測資料進行。這種基於對以前患者的統計資訊的初步治療，旨在針對一大群可能參與的微生物，被稱為“經驗性治療”。

當培養結果證實為陽性時，可以透過將培養物暴露於測試劑量的抗生素來確定抗生素的敏感性（或相反，抗生素耐藥性）。透過這種方式，微生物學家可以確定目標細菌對特定抗生素的敏感性。這通常報告為：Sensitive（敏感）、Intermediate（中等）或Resistant（耐藥）。然後可以使用抗菌譜來確定患者的最佳治療方案。這可以減少廣譜抗生素的使用，並導致抗生素耐藥性的降低。

抗菌譜是實驗室測試分離的細菌菌株對不同抗生素敏感性的結果。它從定義上來說是一種體外敏感性測試。

抗菌譜方法

建立培養後，有兩種可能的方法可以獲得抗菌譜

一種是基於擴散（Kirby-Bauer 方法）的半定量方法；將含有不同抗生素的小片或浸漬有抗生素的紙片滴入培養皿中培養物的不同區域。抗生素將在每個藥片周圍的區域擴散，並且會看到細菌溶解的圓盤。由於抗生素的濃度在圓盤中心最高，而在邊緣最低，因此圓盤的直徑暗示了最小抑菌濃度（將直徑以毫米為單位轉換為 MIC，以µg/ml為單位，是基於已知的線性迴歸曲線）。
一種是基於稀釋的定量方法：建立抗生素的稀釋系列（這是一系列反應瓶，其中抗生素物質的濃度逐漸降低）。最後一個沒有細菌生長的瓶子包含最小抑菌濃度的抗生素。

計算出 MIC 後，可以將其與已知的值進行比較，以確定給定的細菌和抗生素：例如，MIC > 0,06 µg/ml 可被解釋為對青黴素耐藥的肺炎鏈球菌。此類資訊可能對臨床醫生有用，臨床醫生可以更改經驗性治療，改為針對致病細菌的更定製的治療。

健康和安全

來自該部門的廢棄物很可能具有高度傳染性。安全處置非常重要，微生物學實驗室將有嚴格的處置程式。

實踐工作

可以給考生一系列“未知”培養物，他們需要透過觀察菌落形態、生長特性、培養基要求，以及透過進行革蘭氏染色進一步分析來進行特徵分析。

考生可以研究液體肥皂、牙膏或類似聲稱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細菌或真菌，並將其與抗生素的不同功效背後的原因聯絡起來。

細菌菌落形狀

細菌菌落在瓊脂平板上的形狀（形態）是識別細菌的有價值的輔助工具。

細菌細胞形狀

細菌細胞在顯微鏡下的形狀（形態）是識別細菌的有價值的輔助工具。

革蘭氏染色

革蘭氏染色（或革蘭氏方法）是一種經驗方法，用於根據細菌細胞壁的化學和物理性質將細菌物種分為兩大類。

該方法以發明者丹麥科學家漢斯·克里斯蒂安·革蘭氏（1853-1938）命名，他於 1884 年開發了這種技術。

用途

當懷疑感染時，會對體液或活檢進行革蘭氏染色。它比培養更快地得出結果，尤其是在感染會對患者的治療和預後產生重大影響時非常重要；例如腦脊液用於診斷腦膜炎，滑液用於診斷化膿性關節炎。它需要醫院的微生物學實驗室全天候值班。

機制

革蘭氏陽性細菌具有由肽聚糖組成的厚厚的網狀細胞壁，能夠保留紫色的染料/碘複合物。革蘭氏陰性細菌具有由一層肽聚糖組成的薄細胞壁。除了內膜外，它們還具有外膜，外膜含有脂質，並透過周質空間與細胞壁隔開。

脫色混合物會導致革蘭氏陽性細胞壁中多層肽聚糖脫水，從而減小分子之間的空間，並導致細胞壁將結晶紫-碘複合物捕獲在細胞內。但在革蘭氏陰性細菌中，脫色混合物充當脂質溶劑，並溶解革蘭氏陰性細胞壁的外膜。薄層的肽聚糖無法保留結晶紫-碘複合物，革蘭氏陰性細胞被脫色。脫色步驟是至關重要的步驟，需要一定程度的技巧，因為革蘭氏陽性並非全有或全無的現象。

一般來說（也有一些例外），革蘭氏陰性菌比革蘭氏陽性菌更危險，因為它們的細胞外膜通常被莢膜或粘液層覆蓋，這些結構隱藏了細胞的抗原，起到“偽裝”的作用。人體透過識別外來物體的抗原來識別入侵者，如果抗原被隱藏，人體就難以發現入侵者。莢膜的存在通常會增強病原體的毒性。此外，革蘭氏陰性菌的細胞外膜含有脂多糖。脂多糖是一種內毒素，會加劇炎症。炎症的嚴重程度可能導致敗血症休克。革蘭氏陽性菌感染一般不那麼嚴重，因為人體內沒有肽聚糖，而且人體會產生一種叫做溶菌酶的酶，能夠攻擊革蘭氏陽性菌的開放性肽聚糖層。革蘭氏陽性菌也更容易受到β-內醯胺類抗生素（如青黴素）的殺傷。

步驟

首先，用接種環從培養物中取少量菌液，放在載玻片上，然後讓其自然乾燥。如果培養物是固體，則在載玻片上滴加一滴水或無菌鹽水，並用接種環混合。這裡要取少量菌液，以便最終得到一層稀疏的單層細菌。新手經常在這個步驟中加入過多的菌液，這是一個常見的錯誤。
將載玻片菌液麵朝上，在火焰上快速透過1-2次，進行熱固定，但不要讓載玻片過熱。這樣可以防止細菌在後續操作中被洗掉，也可以殺死細菌。
使用一種鹼性染料，結晶紫或龍膽紫，對載玻片進行染色。這種染料會被革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都吸收。染色1分鐘。肉眼觀察載玻片，應該呈現紫色，如果在這個時候用顯微鏡觀察，革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都會呈現紫色。碘液也可以代替結晶紫使用。
用水沖洗，時間不超過5秒。
加入碘液（革蘭氏碘液）（1%碘，2%碘化鉀水溶液），作用1分鐘。它可以作為媒染劑，固定染料。
用水沖洗。
用95%乙醇或丙酮和酒精的混合液多次沖洗，直到樣本不再出現顏色。這會洗去所有未結合的鹼性染料（通常是結晶紫），使革蘭氏陽性菌保留紫色染色，而革蘭氏陰性菌則不染色（無色）。
立即用水沖洗，防止過度脫色。
用合適的復染液復染。關於最佳選擇存在不同的意見，但合適的染料包括番紅或品紅。這種染料會被革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都吸收，但不會改變革蘭氏陽性菌的顏色，因為它們已經呈現紫色。然而，它會使革蘭氏陰性菌呈現粉紅色。
輕輕地用吸水紙吸乾，然後自然乾燥。不要擦拭。

結果解釋

在顯微鏡下觀察載玻片

革蘭氏陽性菌會呈現藍黑色或紫色。
革蘭氏陰性菌會呈現紅色或粉紅色。

不能透過這種染色技術可靠地區分的細菌被稱為革蘭氏變異菌

另見

參考文獻

↑ ^a ^b "傳染病"。麥格勞希爾科學與技術百科全書。麥格勞希爾公司，2005年。
↑ 多蘭德醫學插圖詞典 2004 WB Saunders。
↑ 可報告疾病詞彙表華盛頓州衛生部
↑ ^a ^b 本節包含了公有領域材料，這些材料包含在以下文字中：醫學微生物學第四版：第8章（1996年）。巴倫，塞繆爾醫學博士。德克薩斯大學醫學分部，加爾維斯頓分校。

"微生物學：課堂作業#2"，一個行動式文件格式計算機檔案。
H. Krauss，A. Weber，M. Appel，B. Enders，A. v. Graevenitz，H. D. Isenberg，H. G. Schiefer，W. Slenczka，H. Zahner：人畜共患病。從動物傳播給人類的傳染病。第三版，456頁。ASM出版社。美國微生物學會，美國華盛頓特區。2003年。 ISBN 1-55581-236-8
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