第三章　消毒與滅菌技術(shù)

【知識目標(biāo)】

了解微生物控制的相關(guān)概念和重要意義，掌握常見微生物控制的理化方法種類、原理、工作條件和適用范圍。

【能力目標(biāo)】

能按照企業(yè)崗位要求獨立完成生產(chǎn)設(shè)備和物料的滅菌操作，分析和解決生產(chǎn)中的問題。

第一節(jié)　基本概念

一、滅菌

采用強(qiáng)烈的理化因素使任何物體內(nèi)外部的一切微生物永遠(yuǎn)喪失其生長繁殖能力的措施，稱為滅菌，例如高溫滅菌、輻射滅菌等。滅菌實質(zhì)上還可分為殺菌和溶菌兩種，前者指菌體雖死，但形體尚存；后者則指菌體被殺死后，其細(xì)胞因發(fā)生自溶、裂解等而消失的現(xiàn)象，如圖3-1所示。

二、消毒

消毒是一種采用較溫知的理化因素，僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分對人體或動、植物有害的病原菌，而對被消毒的對象基本無害的措施。例如一些常用的對皮膚、水果、飲用水進(jìn)行藥劑消毒的方法，對啤酒、牛乳、果汁和醬油等進(jìn)行消毒處理的巴氏消毒法等。

三、防腐

防腐是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，即通過制菌作用防止食品、生物制品等發(fā)生霉變腐敗的措施。防腐的方法很多，原理各異，日常生活中人們常用干燥、低溫、鹽腌或糖漬、隔氧等防腐措施來保藏食品。

四、化療

化療即化學(xué)治療，是指利用具有高度選擇毒力的化學(xué)物質(zhì)對生物體內(nèi)部被微生物感染的組織或病變細(xì)胞進(jìn)行治療，以殺死組織內(nèi)的病原微生物或病變細(xì)胞，但對機(jī)體本身無毒害作用的治療措施。用于化學(xué)治療目的的化學(xué)物質(zhì)稱為化學(xué)治療劑，包括磺胺類等化學(xué)合成藥物、抗生素、生物藥物和若干中草藥中的有效成分等。

值得注意的是，理化因子對微生物生長是起抑制作用還是殺菌作用并不是很嚴(yán)格分開的。因理化因子的強(qiáng)度和濃度不同，作用效果也不同，例如有些化學(xué)物質(zhì)低濃度時有抑菌作用，高濃度時則有殺菌作用，即使同一濃度，作用時間長短不同，效果也不一樣；另外，不同微生物對理化因子作用的敏感性不同，就是同一種微生物，所處的生長時期不同，對理化因子的敏感性也不同。

幾個基本概念的特點和比較見表3-1。

第二節(jié)　殺菌方法

一、控制微生物的物理方法

控制微生物的物理因素主要有溫度、輻射、過濾、滲透壓、干燥和超聲波等，它們對微生物的生長具有抑制或殺滅作用。

1.高溫滅菌

當(dāng)環(huán)境溫度超過微生物的最高生長溫度時，將引起微生物死亡。高溫致死微生物主要是引起蛋白質(zhì)和核酸不可逆變性；破壞細(xì)胞的組成；熱溶解細(xì)胞膜上類脂質(zhì)成分形成極小的孔，使細(xì)胞的內(nèi)容物泄漏。

利用溫度進(jìn)行殺菌的定量指標(biāo)有兩種。①致死時間，指在某一溫度下，殺死某種微生物的水懸浮液群體所需的最短時間。②致死溫度，指在一定時間內(nèi)（一般為10min），殺死某微生物的水懸浮液群體所需的最低溫度。不同微生物致死溫度不同，溫度越高，致死時間越短。

高溫滅菌的方法分干熱滅菌和濕熱滅菌兩種（圖3-2），前者利用灼燒或燒烤等方法消滅物體上的微生物；后者利用熱蒸汽滅菌。在相同溫度條件下，濕熱滅菌的效力比干燥滅菌高，原因有以下幾點：①在濕熱條件下，菌體蛋白易凝固，見表3-2；②熱蒸汽的穿透力強(qiáng)，殺菌效果好，見表3-3；③熱蒸汽在菌體表面凝結(jié)為水時放出潛熱，每克水汽在100℃變?yōu)樗畷r，放出2253J的熱量，從而可提高滅菌溫度。

（1）干熱滅菌法　干熱滅菌包括烘箱熱空氣滅菌和火焰灼燒滅菌兩種方法。

①烘箱熱空氣滅菌法　將耐熱待滅菌物品置于干燥箱內(nèi)，在160～170℃下維持2～3h，即可達(dá)到徹底滅菌的目的。如果處理物品體積較大，傳熱較差，則需適當(dāng)延長滅菌時間，干熱可使細(xì)胞膜破壞、蛋白質(zhì)變性和原生質(zhì)干燥，并可使各種細(xì)胞成分發(fā)生氧化。此法適用于體積較大的玻璃器皿、陶瓷器皿、金屬用具和其他耐干燥、耐高溫物品的滅菌，如培養(yǎng)皿、錐形瓶、吸管、燒杯等。優(yōu)點是能使滅菌后物品保持干燥狀態(tài)。

②火焰灼燒滅菌法　將待滅菌物品在酒精燈火焰上灼燒以殺死其中微生物的滅菌方法。該法是一種最簡單、快捷，也是最徹底的滅菌方法，因其破壞力很強(qiáng)，故應(yīng)用范圍僅限于體積較小的接種環(huán)、接種針等金屬小工具或試管口、錐形瓶口等玻璃儀器的滅菌，也用于帶病原菌的材料、動物尸體的燃燒等。

（2）濕熱滅菌（消毒）法　濕熱滅菌是指用煮沸或熱蒸汽進(jìn)行滅菌的方法。相對于干熱滅菌，其滅菌溫度低，滅菌時間短，滅菌范圍也較廣。

濕熱滅菌法的種類很多，主要有以下幾類。

①常壓法

a.巴氏消毒法　因最早由法國微生物學(xué)家巴斯德用于果酒消毒，故得名。這是一種專用于牛乳、啤酒、果酒或醬油等不宜進(jìn)行高溫滅菌的液態(tài)風(fēng)味食品或調(diào)料的低溫消毒法。此法可殺滅物料中的無芽孢病原菌，又不影響其原有風(fēng)味。巴氏消毒法是一種低溫濕熱消毒法，處理溫度變化很大，一般在60～85℃處理15s～30min。具體方法可分為兩類：第一類是經(jīng)典的低溫維持法，例如用于牛乳消毒，需在63℃下維持30min；第二類是現(xiàn)代的高溫瞬時法，用此法進(jìn)行牛乳消毒，只要在72℃保持15s即可。

b.煮沸消毒法　在沸水中處理約30min，欲殺死芽孢需處理2～3h，它適用于一般食品、衣物、瓶子、器材（皿）等的消毒。

c.間歇消毒法　間歇消毒法又稱分段滅菌法或丁達(dá)爾滅菌法，是利用常壓蒸汽反復(fù)幾次進(jìn)行滅菌的方法。具體方法是：將待滅菌物品置于蒸鍋（蒸籠）內(nèi)常壓下蒸煮30～60min，以殺死其中未被殺死的芽孢或孢子萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)胞，再用同樣的方法處理，如此反復(fù)3次，可殺死所有的營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢、孢子，達(dá)到徹底滅菌的目的。此方法的缺點是操作麻煩，所需時間長，一般適用于那些不宜用高壓蒸汽滅菌的物品，如某些糖、明膠及牛乳等。

②加壓法

a.常規(guī)加壓蒸汽滅菌法　一般稱為高壓蒸汽滅菌法。這是一種利用高溫（而非壓力）進(jìn)行濕熱滅菌的方法，優(yōu)點是操作簡便、效果可靠，故被廣泛使用。其原理是將待滅菌的物件放置在盛有適量水的專用加壓滅菌鍋（或家用壓力鍋）內(nèi)，蓋上鍋蓋，打開排氣閥，通過加熱煮沸，讓蒸汽驅(qū)盡鍋內(nèi)原有的空氣，然后關(guān)閉鍋蓋上的閥門，再繼續(xù)加熱，使鍋內(nèi)蒸汽壓力逐漸上升，隨之溫度也相應(yīng)上升至100℃以上。為達(dá)到良好的滅菌效果，一般要求溫度應(yīng)達(dá)到121℃，時間維持在15～30min。有時為防止培養(yǎng)基內(nèi)葡萄糖等成分破壞，也可采用在較低溫度（115℃）下維持35min的方法。常規(guī)加壓蒸汽滅菌法適合于一切微生物學(xué)實驗室、醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)或發(fā)酵工廠對培養(yǎng)基及多種器材、物料的滅菌。

高壓蒸汽滅菌時，若原有空氣未驅(qū)盡，則鍋內(nèi)溫度會低于相同壓力下純蒸汽的溫度，從而降低殺菌效果，見表3-4。另外，高壓蒸汽滅菌的效果還受到滅菌物體的含菌量、pH值、滅菌對象的體積等多種因素的影響，見表3-5、表3-6。

注：1kgf/cm2=98.0665kPa；1lbf/in2=6894.76Pa。

b.連續(xù)加壓蒸汽滅菌法　在發(fā)酵工業(yè)上也稱連消法，此法僅用于大型發(fā)酵廠的大批培養(yǎng)基滅菌。主要原理是讓培養(yǎng)基在管道的流動過程中快速升溫、維持和冷卻，然后流進(jìn)發(fā)酵罐。培養(yǎng)基一般加熱至135～140℃維持5～15s。

優(yōu)點：一是采用高溫瞬時滅菌，既實現(xiàn)了徹底滅菌，又有效減少了營養(yǎng)成分的破壞，提高了原料的利用率和發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。在抗生素發(fā)酵中，它可比常規(guī)的“實罐滅菌”（121℃，30min）提高產(chǎn)量5％～10％。

二是由于總的滅菌時間明顯少于分批滅菌，故縮短了發(fā)酵罐占用時間，提高了設(shè)備利用率。

三是由于蒸汽負(fù)荷均衡，提高了鍋爐的利用率。

四是適宜于自動化操作，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。

2.輻射

輻射是以電磁波的方式通過空間傳遞的一種能量形式。電磁波攜帶的能量與波長有關(guān)，波長愈短，能量愈高。不同波長的輻射對微生物生長的影響不同。

（1）強(qiáng)可見光　可見光的波長為400～800nm，它是光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)型微生物的唯一或主要能源。由于光氧化作用，可見光長時間連續(xù)照射可引起微生物的死亡。光氧化作用是指：當(dāng)光線被細(xì)胞內(nèi)的色素吸收，在有氧條件下，引起一些酶或其他光敏感成分失去活性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而在無氧條件下，不發(fā)生光氧化作用，對微生物無損傷。

正常的細(xì)胞色素即可引發(fā)光氧化作用，若用染料處理，可增加細(xì)胞對光氧化的敏感性。例如，在細(xì)胞懸液內(nèi)加入少量染色劑，如甲苯胺藍(lán)、曙紅或亞甲藍(lán)等，經(jīng)過這些染料處理的細(xì)胞，對可見光產(chǎn)生高度敏感性，照射幾分鐘即可引起菌體死亡，而在黑暗中它們?nèi)钥衫^續(xù)生長。在低濃度染色劑中可見光對細(xì)菌的破壞作用稱為光動力作用。

（2）紫外線　紫外線（UV）是一種短波光，波長范圍136～397nm，其中265～366nm的紫外線殺菌作用最強(qiáng)。陽光有微弱殺菌作用，就是因為有少量紫外線透過大氣層的原因。紫外線具有殺菌作用主要是由于它可被蛋白質(zhì)（約280nm）和核酸（約260nm）吸收，使其變性失活。例如，紫外線可以使細(xì)胞核酸發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致相鄰的胸腺嘧啶（T）形成二聚體，從而干擾核酸的復(fù)制，進(jìn)而導(dǎo)致微生物的變異和死亡。此外，紫外線還可使空氣中的分子氧變?yōu)槌粞酰粞醪环€(wěn)定，分解放出氧化能力極強(qiáng)的［O］，破壞細(xì)胞物質(zhì)結(jié)構(gòu)，起到殺菌作用。

紫外線的作用效果與波長、微生物類群、生理狀態(tài)和照射劑量有關(guān)。一般多倍體、有色細(xì)胞、干燥細(xì)胞、分生孢子或芽孢比單倍體、無色細(xì)胞、濕細(xì)胞和營養(yǎng)細(xì)胞的抗性要強(qiáng)。紫外線的穿透能力很弱，多用作空氣或器皿的表面滅菌及微生物育種的誘變，例如用于接種室、培養(yǎng)室和手術(shù)室的空氣滅菌，使用時照射30min即可。在照射后為避免發(fā)生光復(fù)活現(xiàn)象，紫外線照射應(yīng)在黑暗條件下進(jìn)行。

（3）電離輻射　包括X射線、γ射線、α射線和β射線等高能電磁波。它們的特點是波長短，穿透力強(qiáng)，能量高，無專一性，可作用于一切細(xì)胞。低劑量照射時，可促進(jìn)微生物的生長或誘發(fā)變異，高劑量處理則有殺菌作用，常用于保存糧食、果蔬、畜禽產(chǎn)品等。

電離輻射的原理　使被照射物質(zhì)分子發(fā)生電離作用而產(chǎn)生自由基，自由基能與細(xì)胞內(nèi)的大分子化合物作用使之變性失活。α射線是帶正電的氦原子核流，電離作用強(qiáng)，穿透能力弱。β射線是帶負(fù)電荷的電子流，穿透力大，電離作用弱。γ射線是60Co等放射性同位素發(fā)射的高能輻射，能致死所有微生物，已有專門用于不耐熱的大體積物品消毒的γ射線裝置。

3.過濾除菌

高壓蒸汽滅菌可以除去液態(tài)培養(yǎng)基中的微生物，但不適用于空氣和不耐熱的液體培養(yǎng)基滅菌，這類材料可采用過濾除菌的方法。過濾除菌包括三種類型。

（1）傳統(tǒng)過濾裝置　最早使用，在一個容器的兩層濾板中填充棉花、玻璃纖維或石棉，滅菌后空氣通過它就可以達(dá)到除菌的目的。為了縮小濾器的體積，后來改為在兩層濾板之間放入多層濾紙，滅菌后使用也可達(dá)到除菌的目的，這種裝置主要用于發(fā)酵工業(yè)。

（2）膜濾器　由醋酸纖維素或硝酸纖維素制成的具有微孔（0.22～0.45μm）的膜，滅菌后使用，液體培養(yǎng)基通過它可實現(xiàn)除菌的目的。這種濾器處理量較小，價格較高，對材料要求較高，主要用于科研。

（3）核孔濾器　是由用核輻射處理得很薄的聚碳酸膠片（厚10μm）再經(jīng)化學(xué)蝕刻制成。輻射使膠片局部破壞，化學(xué)蝕刻使被破壞的部位形成孔，而孔的大小則由蝕刻溶液的強(qiáng)度和時間來控制。溶液通過這種濾器可將微生物除去，這種濾器也主要用于科學(xué)研究。

4.滲透壓

一般微生物都不耐高滲透壓，微生物在高滲透壓環(huán)境中，水從細(xì)胞中流出，使細(xì)胞脫水死亡。鹽腌制咸肉或咸魚，糖浸果脯或蜜餞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，通過細(xì)胞失水，導(dǎo)致代謝停止，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，防止腐敗變質(zhì)。不同微生物對干燥的敏感性有很大差異，革蘭陰性菌如淋球菌對干燥非常敏感，失水幾小時便死去；而鏈球菌用干燥法保存幾年也不會喪失其致病性。休眠孢子抗干燥能力很強(qiáng)，在干燥條件下可存活很長時間，故常用于菌種保藏。

6.超聲波

振動頻率大于20000Hz的聲波稱為超聲波，具有強(qiáng)烈的生物學(xué)作用，幾乎對所有微生物都有破壞作用。該方法的原理主要是通過探頭的高頻振動引起周圍水溶液的高頻振動，當(dāng)探頭和水溶液的高頻振動不同步時，在溶液內(nèi)會產(chǎn)生“空穴”（真空區(qū)）現(xiàn)象，當(dāng)菌體接近或進(jìn)入空穴時，細(xì)胞內(nèi)外壓差增大，導(dǎo)致細(xì)胞破裂，細(xì)胞內(nèi)含物外泄死亡。此外，超聲波振動過程中，由于機(jī)械能變?yōu)闊崮埽谷芤簻囟壬撸?xì)胞發(fā)生熱變性，也可殺死微生物。科研中常用此法破碎細(xì)胞，研究其組成、結(jié)構(gòu)等。超聲波的破碎效果與處理功率、頻率、次數(shù)、時間、微生物類型及其生理狀態(tài)等因素有關(guān)。頻率越高，殺菌效果越好。一般球菌的抗性比桿菌強(qiáng)，芽孢的抗逆性強(qiáng)，幾乎不受超聲波處理的影響。超聲波不僅可以起到滅菌的效果，還能使食品發(fā)生均質(zhì)現(xiàn)象，從而更好地提高食品品質(zhì)和安全。

二、控制微生物的化學(xué)方法

許多化學(xué)藥劑可起到抑制或殺滅微生物的作用，被用于微生物生長的控制。化學(xué)藥劑包括表面消毒劑和化學(xué)治療劑兩大類，其中化學(xué)治療劑按其作用和性質(zhì)又可分為抗代謝物和抗生素。

在評價各種化學(xué)藥劑的藥效和毒性時，可采用以下3種指標(biāo)：①最低抑制濃度（min-imum inhibitory concentration，MIC），是評定某化學(xué)藥物藥效強(qiáng)弱的指標(biāo)，指在一定條件下，某化學(xué)藥劑抑制特定微生物的最低濃度；②半數(shù)致死量（50％lethal dose，LD5o），是評定某藥物毒性強(qiáng)弱的指標(biāo)，指在一定條件下，某化學(xué)藥劑能殺死50％試驗動物時的劑量；③最低致死劑量（minimum lethal dose，MLD），是評定某化學(xué)藥物毒性強(qiáng)弱的另一指標(biāo)，指在一定條件下，某化學(xué)藥物能引起試驗動物群體100％死亡率的最低劑量。

1.表面消毒劑

表面消毒劑是指對一切活細(xì)胞都有毒性，不能用作活細(xì)胞或機(jī)體內(nèi)治療用的化學(xué)藥劑。表面消毒劑的種類眾多，殺菌強(qiáng)度各不相同，但都有一個共同規(guī)律，即當(dāng)其處于低濃度時，往往對微生物的生長繁殖起促進(jìn)作用，而隨著濃度的提高，相繼表現(xiàn)為抑菌和殺菌效應(yīng)，形成一個連續(xù)的作用譜。

為比較各種表面消毒劑的相對殺菌強(qiáng)度，學(xué)術(shù)界將在臨床上最早使用的一種消毒劑——石炭酸作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，并提出石炭酸系數(shù)（phenol coefficient，PC）這一指標(biāo)。它是指在一定時間內(nèi)，被試藥劑殺死全部供試菌的最高稀釋度與達(dá)到相同效果的石炭酸的最高稀釋度之比。一般規(guī)定處理的時間為10min，常用的供試菌有3種，包括金黃色葡萄球菌（代表G+菌）、傷寒沙門菌（代表G-菌）和銅綠假單胞菌（一種抗性較強(qiáng)的G-菌）。例如，某藥劑以1:500的稀釋度在10min內(nèi)殺死所有的供試菌，而達(dá)到同效的石炭酸的最高稀釋度為1:100，則該藥劑的石炭酸系數(shù)等于5。不同化學(xué)藥劑的石炭酸系數(shù)見表3-7。

化學(xué)消毒劑的種類眾多，殺菌機(jī)制各不相同，表3-8列出了若干重要表面消毒劑及其應(yīng)用，故石炭酸系數(shù)僅有一定的參考價值。

2.抗代謝藥物

抗代謝藥物又稱代謝拮抗物或代謝結(jié)構(gòu)類似物，是指一類在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與細(xì)胞內(nèi)必要代謝物的結(jié)構(gòu)相似，并可干擾正常代謝活動的化學(xué)藥物。抗代謝物具有良好的選擇毒力，因此是一類重要的化學(xué)治療劑。它們的種類很多，如磺胺類（葉酸對抗物）、6-巰基嘌呤（嘌呤對抗物）、5-甲基色氨酸（色氨酸對抗物）和異煙肼（吡哆醇對抗物）等。

抗代謝藥物作用原理包括3個方面：①與正常代謝物（結(jié)構(gòu)類似物）共同競爭酶的活性中心，從而干擾微生物正常代謝，使所需的重要物質(zhì)無法正常合成，例如磺胺類；②“假冒”正常代謝物，使微生物合成出無生理活性的假產(chǎn)物，如8-重氮鳥嘌呤取代鳥嘌呤而合成的核苷酸會產(chǎn)生無功能的RNA；③某些抗代謝藥物與某一生化合成途徑的終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似，可通過反饋調(diào)節(jié)破壞正常代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，例如6-巰基腺嘌呤核苷酸的合成。

磺胺類藥物是青霉素等抗生素廣泛應(yīng)用前治療細(xì)菌性傳染病的“王牌藥”，具有抗菌譜廣、性質(zhì)穩(wěn)定、使用簡便、在體內(nèi)分布廣等優(yōu)點，在治療由肺炎鏈球菌、痢疾志賀菌、金黃色葡萄球菌等引起的各種傳染病中，療效顯著。

1940年，Wood和Fildes研究了磺胺的作用機(jī)制，并闡明因為它的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌的生長因子——對氨基苯甲酸（PABA）高度相似，因而兩者發(fā)生了競爭性拮抗作用。最后，美國的Lederle實驗室的學(xué)者發(fā)現(xiàn)PABA是葉酸的一部分。不少細(xì)菌要求外界提供PABA作為生長因子以合成其代謝中必不可少的重要輔酶——轉(zhuǎn)移一碳基的四氫葉酸（THFA）。現(xiàn)將其合成過程及代謝拮抗物磺胺和磺胺增效劑三甲氧芐二氨嘧啶（TMP）的作用部位簡示如下。

從上式可以看出，磺胺與PABA競爭酶①即二氫蝶酸合成酶，使生物體合成二氫蝶酸受阻；增效磺胺TMP阻斷四氫葉酸合成酶，從而二者雙重阻斷合成嘌呤、嘧啶、核苷酸、絲氨酸、甲硫氨酸等的生物合成前體物質(zhì)——四氫葉酸的合成，這就阻斷了細(xì)菌的生物合成。如果在磺胺作用的同時，加入大量PABA、二氫蝶酸、二氫葉酸、四氫葉酸或嘌呤、嘧啶、核苷酸、絲氨酸、甲硫氨酸等一碳基轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，也可解除其抑制。

磺胺衍生物與磺胺相比，化學(xué)治療特性更優(yōu)良，因為它們對細(xì)菌的毒性大而對人及動物的毒性較弱。

磺胺類藥物具有很強(qiáng)的選擇毒性，其機(jī)制是：人體不存在二氫蝶酸合成酶、二氫葉酸合成酶和二氫葉酸還原酶，故不能利用外界提供的PABA自行合成四氫葉酸，必須通過食物直接攝取四氫葉酸，因此，對二氫蝶酸合成的競爭性抑制劑磺胺不敏感；反之，對某些敏感的致病菌來說，只要該菌存在二氫蝶酸合成酶，即以PABA做原料自行合成四氫葉酸者，最易被磺胺所抑制。

甲氧芐氨嘧啶（TMP）能抑制二氫葉酸還原酶，使二氫葉酸無法還原生成四氫葉酸，增強(qiáng)了磺胺的抑制作用，因此被稱為抗菌增效劑。

磺胺類藥的種類很多，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

抗生素是一類由微生物或其他生物在生命活動過程中合成的次生代謝產(chǎn)物或其衍生物，該類物質(zhì)在很低濃度下就能抑制或干擾其他生物（包括病原菌、病毒、癌細(xì)胞等）的生命活動，因而可用作化學(xué)治療劑。

（1）抗生素的作用機(jī)制　抗生素種類眾多，作用機(jī)制主要包括5個方面。

①抑制細(xì)胞壁的合成　細(xì)胞壁對細(xì)菌起保護(hù)作用，細(xì)胞壁受損或其合成過程受阻會導(dǎo)致細(xì)菌死亡。細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分是肽聚糖，抗生素主要是通過干擾細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的合成，從而抑制細(xì)菌細(xì)胞壁形成。這類抗生素有萬古霉素、頭孢菌素、桿菌肽、青霉素、氨芐青霉素等。它們只作用于生長中的細(xì)菌細(xì)胞，對靜息狀態(tài)的細(xì)胞無影響。革蘭陽性細(xì)菌由于細(xì)胞壁肽聚糖含量較高，對這類抗生素的敏感性強(qiáng)于革蘭陰性細(xì)菌。

真菌的細(xì)胞壁含幾丁質(zhì)。多氧霉素可阻礙幾丁質(zhì)的合成，具有較強(qiáng)的抗真菌作用，而對農(nóng)作物沒有影響。因此，多氧霉素是防治農(nóng)作物病害的良好選擇。人及動物的細(xì)胞由于沒有細(xì)胞壁，所以不受這些抗生素的影響。

②破壞細(xì)胞膜功能　多黏菌素、制霉菌素、短桿菌肽、兩性霉素等抗生素均能有選擇地作用于微生物細(xì)胞膜，通過與細(xì)胞膜結(jié)合，破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞質(zhì)泄漏，細(xì)胞死亡。這類抗生素對動物毒性較大，常做外用藥。兩性霉素和制霉菌素與真菌細(xì)胞膜中麥角固醇結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞，細(xì)胞質(zhì)泄漏，它們不能作用于細(xì)菌。

③抑制蛋白質(zhì)合成　很多抗生素（如鏈霉素、氯霉素、卡那霉素、四環(huán)素、林可霉素、慶大霉素、紅霉素等）均屬此類，它們通過與細(xì)菌核糖體結(jié)合，使mRNA與核糖體的結(jié)合受阻，干擾蛋白質(zhì)的合成。

④抑制核酸合成　這類抗生素主要有放線菌素D（更生霉素）、利福霉素、絲裂霉素C（自力霉素）等，通過干擾DNA復(fù)制和阻礙RNA轉(zhuǎn)錄，抑制微生物生長繁殖。阻礙核酸合成的抗生素對病原菌和人都有毒害作用，因為兩者的核酸代謝相似，所以這類抗生素的臨床應(yīng)用有限，主要用于抗癌。

⑤作用于呼吸鏈，影響能量的有效利用（抗代謝作用）　包括抗霉素、寡霉素和纈氨霉素等抗生素，通過影響呼吸鏈，干擾能量的有效利用，妨礙微生物生長，尤其是好氧微生物。抗霉素是呼吸鏈電子傳遞系統(tǒng)的抑制劑，能阻斷微生物呼吸作用；寡霉素是能量轉(zhuǎn)移的抑制劑，使能量不能用于合成ATP。

（2）微生物的耐藥性　隨著各種化學(xué)治療劑的廣泛應(yīng)用，很多致病菌，如葡萄球菌、大腸桿菌、痢疾志賀菌、結(jié)核分枝桿菌等，表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的耐藥性，給醫(yī)療帶來了困難。抗性菌株的耐藥性表現(xiàn)在以下幾個方面。

①產(chǎn)生鈍化或分解藥物的酶　青霉素臨床應(yīng)用初期，金黃色葡萄球菌死亡率達(dá)90％以上，療效顯著。長期使用后出現(xiàn)了大量耐青霉素菌株，某些地區(qū)金黃色葡萄球菌耐藥菌株穩(wěn)定在80％～90％。菌株抗青霉素是由于它們能夠合成青霉素酶（即β-內(nèi)酰胺酶），使青霉素分子中的β-內(nèi)酰胺環(huán)裂解，失去抑菌作用。

現(xiàn)在主要是通過制造半合成青霉素，改變青霉素的結(jié)構(gòu)，保護(hù)β-內(nèi)酰胺環(huán)，克服抗性菌的耐藥性，如氨芐青霉素、羥芐青霉素等。

有些病原微生物能合成其他酶類，通過乙酰化、磷酸化和腺苷化作用改變抗生素的分子結(jié)構(gòu)。如有些腸道細(xì)菌能產(chǎn)生轉(zhuǎn)乙酰基酶，將具有抗菌活性的氯霉素轉(zhuǎn)變成無抗菌活性的氯霉素。

②改變細(xì)胞膜的透性　其機(jī)制有多種，如委內(nèi)瑞拉鏈霉菌，通過改變細(xì)胞膜透性，阻止四環(huán)素進(jìn)入細(xì)胞；某藥物經(jīng)細(xì)胞代謝作用變成其衍生物，該衍生物外滲速度大于該藥物滲入細(xì)胞速度。

③改變對藥物敏感的位點　如鏈霉素的作用機(jī)制是通過與細(xì)菌核糖體的30S亞基結(jié)合而實現(xiàn)，如果30S亞基的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則不能與鏈霉素結(jié)合，鏈霉素就不能抑制蛋白質(zhì)的合成。

④菌株發(fā)生變異　變異株合成新多聚體取代原多聚體，如抗青霉素菌株能合成新型細(xì)胞壁多聚體。

為避免細(xì)菌出現(xiàn)耐藥性，使用抗生素必須注意以下事項：①首次使用的藥量要足量；②避免長期使用單一抗生素；③不同抗生素應(yīng)混合使用；④改造現(xiàn)有抗生素；⑤篩選新的高效抗生素。

［知識鏈接］

［課堂互動］

［案例分析］

［思考題］

1.試列表比較滅菌、消毒、防腐和化療的異同，并各舉若干實例。

2.抗生素對微生物的作用機(jī)制分幾類？試各舉一例。

3.細(xì)菌耐藥性機(jī)制有哪些？如何避免產(chǎn)生耐藥性？

4.-196～150℃的溫度范圍內(nèi)，與微生物學(xué)工作者關(guān)系較大的代表性溫度（包括生長消毒、滅菌、菌種保藏等）有哪些？試以表解形式進(jìn)行分類、排隊，并作簡介。

5.利用加壓蒸汽對培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌時，常易帶來哪些不利影響？如何避免？

6.影響濕熱滅菌效果的主要因素有哪些？在實踐中應(yīng)如何正確對待？

7.試以磺胺及其增效劑TMF（三羥甲基丙烷）為例，說明化學(xué)治療劑的作用機(jī)制。