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肺炎支原體缺乏細(xì)胞壁，僅有細(xì)胞膜，呈高度多形性，典型形態(tài)似酒瓶狀也可呈球形、球桿形及絲狀等。一端有一種球狀的特殊結(jié)構(gòu)能使支原體黏附在宿主呼吸道黏膜上皮細(xì)胞表面,與致病性有關(guān)。革蘭染色陰性，但不易著色，吉姆薩染色(Giemsa stain)呈淡紫色。電鏡下觀察，細(xì)胞膜由三層結(jié)構(gòu)組成，厚7.5~10.0nm。其中內(nèi)外兩層為蛋白質(zhì)和多糖的復(fù)合物，中間層為脂質(zhì)。脂質(zhì)中膽固醇含量占36%，在抵抗細(xì)胞外部滲透壓、維持細(xì)胞膜完整性方面有一定作用。故凡能作用于膽固醇的物質(zhì)，如兩性霉素B、皂素等均可導(dǎo)致支原體細(xì)胞膜破裂而死亡。所有肺炎支原體均具有P1膜蛋白和菌體蛋白，為其主要的特異性免疫原，也是目前血清學(xué)診斷的主要抗原。

肺炎支原體有DNA和RNA兩種核酸，基因組為環(huán)狀雙股DNA。測序研究結(jié)果表明肺炎支原體的基因組大小已從幾百萬個堿基對縮減到現(xiàn)在的幾十萬個,其原因可能為,在進(jìn)化過程中肺炎支原體丟失某些氨基酸合成或參與DNA修復(fù)的相關(guān)編碼基因，故寄生于宿主細(xì)胞時需掠奪其營養(yǎng)物質(zhì)。同時，這也是支原體體外人工培養(yǎng)困難的原因之一。支原體基因組中表達(dá)黏附素、可編譯表面抗原的基因數(shù)量多，利于其入侵宿主和逃逸宿主免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。