1882年，郭霍首次发现了结核分枝杆菌，并认为其是引起结核病的病原体。结核分枝杆菌复合群(Mycobacterium tuberculosis complex)包括结核分枝杆菌、牛分枝杆菌等。结核分枝杆菌(M. tuberculosis) 是导致人类结核病(tuberculosis，TB)最重要和最常见的病原体，可侵犯全身各器官系统，以肺部感染最多见。牛分枝杆菌(M.bouis)的形态、染色、菌体结构及毒力等与结核分枝杆菌相似，可引起牛、人及其他动物的结核病，其所致人类结核病约占总病例数的6%~11%。
结核病是目前全球尤其是发展中国家危害最为严重的慢性传染病之一。据WHO报告，2022年全球约有1060万新发病例，病死人数约130万;是细菌性疾病致死的首位原因。中国是全球30个结核病高负担国家之一。
结核分枝杆菌菌体细长略弯曲，大小约(1~4)um×0.4pm，呈单个、分枝状(图14-1A、B)或团束状排列，有菌毛(图14-1C)。在电镜下可看到菌体外有一层较厚的透明区，为微荚膜(capsule)，在静置培养状态下和感染机体内容易形成。无鞭毛、无芽胞。结核分枝杆菌为革兰氏阳性菌，但不易着色，一般常用齐-内染色(Ziehl-Neelsen staining)：以5% 苯酚复红辅以加温或延长染色时间的方式使细菌着色， 然后用3% 盐酸乙醇脱色，再用亚甲蓝复染。结核分枝杆菌等可抵抗盐酸乙醇的脱色作用而染成红色，而其他细菌及细胞被染成蓝色(图 14-1D、E)，也称为抗酸染色(acid-fast staining)。
细胞壁结构较为复杂，含有大量脂质，可占细胞壁干重的60%以上，脂质大多与阿拉伯糖和甘露糖结合组成糖脂(glycolipid)，形成可通透的疏水性屏障，与细菌抗药性及毒力密切相关。从内向外由肽聚糖-阿拉伯半乳聚糖-分枝菌酸组成复合物(mAGP)，无革兰氏阳性菌的磷壁酸，而有与革兰氏阴性菌类似的外膜层。外膜内层为分枝菌酸，外层为不同类型的糖脂如海 糖6，6’-二分枝菌酸(TDM)和硫酸脑苷脂(sulfatide)，或磷脂(phosphatide)等形成脂质双层结构。另外还有一些结合于细胞膜并延伸到细胞表面的脂甘露聚糖(lipomannan)及其修饰物，如脂阿拉伯甘露聚糖(Lipoarabinomannan， LAM)、末端修饰甘露糖的脂阿拉伯甘露聚糖(ManL.AM)和磷脂酰肌醇甘露糖苷(phosphatidyl-myoinositol marmoside， PIM)。
结核分枝杆菌为专性需氧菌，营养要求高。在改良罗氏培养基上生长良好。最适pH为6.5~6.8， 最适温度37°C，低于30°C或高于42°C不生长。该菌生长缓慢，约18~24小时繁殖一代，接种后培养3~4周才出现肉眼可见的菌落。菌落干燥、坚硬，表面呈颗粒状、乳酪色或黄色，形似菜花样(图14-1F)。在液体培养基中呈菌膜、束状或团块状生长，若在液体培养基内加入水溶性脂肪酸，可降低结核分枝杆菌表面的疏水性，细菌呈均匀分散生长，有利于进行药敏试验等。结核分枝杆菌可将硝酸盐还原成亚硝酸盐、可合成烟酸；牛分枝杆菌不具备该特性。
结核分枝杆菌 H37Rv 的基因组大小约为 4.4Mbp，G+C(%)含量约为65%，包含约4008个基因， 有3924个可读框，约40%预测有功能，44% 有潜在功能，16%为孤儿基因。其基因组最大的特征是约9%编码 2个富含甘氨酸的蛋白质家族，有超过250个编码脂肪酸代谢酶的基因。
对某些理化因素的抵抗力较强。在干痰中可存活6~8个月，若黏附于尘埃上，可保持传染性8~ 10天。在3% HCI、6% H，SO」或4% NaOH 溶液中能耐受30分钟，因而临床上常以酸或碱处理严重污染的样本，杀死杂菌和消化黏稠物质，以提高检出率。但是其对湿热、紫外线、乙醇的抵抗力弱。在液体中加热 62~63°C 15分钟或煮沸 10分钟、直射日光下2~3小时、75%乙醇内数分钟即死亡
致病性可能和下述物质有关
1、脂质
2、蛋白质
3、多糖
4、微荚膜
结核分枝杆菌无内毒素，也不产生外毒素和侵袭性酶类，其致病作用与细菌在组织细胞内定居和增殖过程中，其菌体成分，尤其是细胞壁中的脂质和蛋白质等，能逃避固有免疫的清除，延缓抗感染细胞免疫应答的建立，引起炎症反应，以及诱导机体产生迟发型超敏反应导致的免疫病理损伤等有关。
包括结核菌素（tuberculin)、分枝菌生长素(mycobactin)、ESAT-6/CFP-10。
结核分枝杆菌具有多种蛋白成分。其中，差异区(region of difference， RD)基因编码蛋白的作用较为明确。RD1 区的早期分泌抗原靶蛋白-6( early secretory antigenic target 6， ESAT-6)和10kD 培养滤过蛋白(10kD culture filtrate protein， CFP-10)形成复合物，帮助细菌从吞噬体逃逸到细胞质、抑制呼吸链介导线粒体损伤及诱导超敏反应有关。RD4区的Rv0222 蛋白利用宿主的蛋白质修饰系统，抑制宿主炎症反应，促进结核病发生。结核分枝杆菌真核样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 PknG， 从多方面阻断细胞自噬;磷脂磷酸酶 PtpB 能够抑制宿主炎症小体-焦亡相关免疫应答，促进胞内细菌存活。此外，由多种分泌蛋白组成的结核菌素(tuberculin)，能引起机体迟发型超敏反应，但其具体成分仍不明确。
抑制吞噬溶酶体的形成
结核分枝杆菌卖膜的主要成分是多糖，包括葡聚糖、阿拉伯甘露聚糖、甘露糖等，还含有部分脂质和蛋白质。荚膜与细菌黏附与人侵细胞、抵抗吞噬及其他免疫因子杀伤，或耐受酸碱有关。
原发感染(primary infection) 是指机体初次感染结核分枝杆菌，多发生于儿童；最常见于肺部感染。传染源是活动性肺结核病人。细菌通过自身毒力因素的作用，既逃避吞噬细胞的杀伤，也能在巨噬细胞内存活并大量繁殖;细胞死亡释放出的细菌在细胞外繁殖或再被细胞吞噬，反复发生上述过程，并引起渗出性炎症病灶，称为原发灶。原发灶内的结核分枝杆菌可经淋巴管扩散至肺门淋巴结，引起淋巴管炎和淋巴结肿大。在胸部 X线片中，原发病灶、淋巴管炎和淋巴结肿大显示哑铃状阴影，称原发综合征(primary syndrome)或科恩综合征(Chon complex)。
随着感染的持续，机体抗结核免疫力逐渐建立，原发灶大多可纤维化和钙化而自愈。少数原发感染者体内的结核分枝杆菌可进一步经淋巴、血流播散至全身，如脑、肾、骨、关节、生殖器官等部位; 只有极少数营养不良或患有其他传染病导致免疫力低下的儿童，可导致全身粟粒性结核或结核性脑膜炎。
原发灶内可长期潜伏少量结核分枝杆菌，不断刺激机体，强化已建立的抗结核免疫力。受结核结节中心的微环境如低 pH 和缺氧等影响，细菌不能繁殖或缓慢增殖，成为持留菌;也可代谢停止，形成休眠菌。原发灶内的残留菌是日后内源性感染的主要来源。
原发后感染(post-primary infection) 指经历过初次感染后再次发生的结核分枝杆菌感染，也称为继发感染(secondary infection)，多见于成年人，大多为内源性感染，少数由外源性感染所致。在某些因素的作用下，如机体免疫力降低时，原发灶内潜伏的结核分枝杆菌大量生长繁殖，造成感染，称为复燃(recrudescence)或再激活(reactivation)。由于机体已形成对结核分枝杆菌的适应性免疫，对再次感染的结核分枝杆菌有较强的局限能力，故原发后感染的特点是病灶局限，一般不累及邻近的淋巴结;但由于存在迟发型超敏反应，病变发生迅速且剧烈。主要表现为慢性肉芽肿性炎症，形成结核结节，发生纤维化或干酪样坏死。影像学和病理学检查显示继发性肺结核病的肺部病变可以是增殖、浸润、干酪样坏死或空洞为主的多种改变，导致浸润型肺结核和慢性纤维空洞型肺结核等不同类型。
① 脂质多，疏水性强→营养物难入
② 依赖DNA的RNA多聚酶缺乏
③ 外环境供氧不足
海藻糖6，6’-二分枝菌酸(TDM)是一种可导致细菌在液体培养基中能紧密黏成索状的物质，故也称为索状因子(cord factor)，是结核分枝杆菌重要的致病因子。TDM与巨噬细胞诱导型C型凝集素受体(Mincle)结合，诱导抗炎细胞因子如IL-1 和 TNF-a的产生，促进肉芽肿形成。TDM 还可促进抗原提呈细胞成熟，激活 Th1 和Th17反应，具有佐剂特性;但因细菌寄生在细胞内，相对于外环境胞内有丰富的葡萄糖，细菌会合成葡萄糖-单分枝菌酸(glucose monomycolate)取代 TDM， Mincle 识别该物质的能力较弱，是细菌免疫逃避的一种策略。
在胸部 X线片中，原发病灶、淋巴管炎和淋巴结肿大显示哑铃状阴影，称原发综合征(primary syndrome)或科恩综合征(Chon complex)。
感染大约3周后，局部淋巴结中细菌抗原激活的淋巴细胞到达感染部位，T细胞释放大量细胞因子，尤其是IFN-Y，可增强新移行来的未感染的巨噬细胞吞噬促进其杀灭细菌，形成以被细菌感染的巨噬细胞为中心，周围聚集泡沫状巨噬细胞、T细胞、B 细胞和成纤维细胞，最外层为胶原纤维包裹的慢性肉芽肿， 其中心为包括死亡细胞和病原菌的干酪样坏死，为结核病的特征性病理改变，即结核结节(tubercle)