病原菌是鮑特菌屬(Bordetella)中的百日咳鮑特菌(B.pertussis)，常稱(chēng)百日咳桿菌。已知鮑特菌屬有四種桿菌，除百日咳鮑特菌外還有副百日咳鮑特菌(B.parapertussis)、支氣管敗血鮑特菌(B.bronchiseptica)和鳥(niǎo)型鮑特菌(B.avium)。鳥(niǎo)型鮑特菌一般不引起人類(lèi)致病，僅引起鳥(niǎo)類(lèi)感染。百日咳桿菌長(cháng)約1.0～1.5μm，寬約0.3～0.5μm，有莢膜，不能運動(dòng)，革蘭染色陰性，需氧，無(wú)芽孢，無(wú)鞭毛，用甲苯胺藍染色兩端著(zhù)色較深。細菌培養需要大量(15%～25%)鮮血才能繁殖良好，故常以鮑-金(Border-Gengous)培養基(即血液、甘油、馬鈴薯)分離菌落。百日咳桿菌生長(cháng)緩慢，在35～37℃潮濕的環(huán)境中3～7天后，一種細小的，不透明的菌落生長(cháng)。初次菌落隆起而光滑，為光滑(S)型，又稱(chēng)I相細菌，形態(tài)高低一致，有莢膜和較強的毒力及抗原性，致病力強。如將分離菌落在普通培養基中繼續培養，菌落由光滑型變?yōu)榇植?R)型，稱(chēng)Ⅳ相細菌，無(wú)莢膜，毒力及抗原性丟失，并失去致病力。Ⅱ相、Ⅲ相為中間過(guò)渡型。百日咳桿菌能產(chǎn)生許多毒性因子，已知有五種毒素：①百日咳外毒素(PT);是存在百日咳桿菌細胞壁中一種蛋白質(zhì)，過(guò)去稱(chēng)作為白細胞或淋巴細胞增多促進(jìn)因子(leukocytosis or lymphocyte promoting factor，LPE)，組胺致敏因子(histamin sensitizing factor，HSF)、胰島素分泌活性蛋白(insulin activating protein，IAP)。百日咳外毒素由五種非共價(jià)鏈亞單位(S1～S5)所組成。亞單位(S2～S5)為無(wú)毒性單位，能與宿主細胞膜結合，通過(guò)具有酶活力的亞單位S1介導毒性作用。S1能通過(guò)腺苷二磷酸(ADP)-核糖轉移酶的活力，催化部分ADP-核糖從煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)中分離出來(lái)，轉移至細胞膜抑制鳥(niǎo)苷三磷酸(CTP)結合即G蛋白合成，導致細胞變生。同時(shí)還能促使淋巴細胞增高，活化胰島細胞及增強免疫應答。②耐熱的內毒素(endotoxin，ET)，100℃ 60min只能部分破壞，180℃才能滅活。此毒素能引起機體發(fā)熱及痙咳。③不耐熱毒素(HLT)這種毒素加熱55℃ 30min后能破壞其毒性作用，此毒素抗體對百日咳桿菌感染無(wú)保護作用。④氣管細胞毒素(TCT)：能損害宿主呼吸道纖毛上皮細胞，使之變性、壞死。⑤腺苷環(huán)化酶毒素(ACT)：存在百日咳桿菌細胞表面的一種酶，此酶進(jìn)入吞噬細胞后被調鈣蛋白所激活，催化cAMP的生成，干擾吞噬作用，并抑制中性粒細胞的趨化和吞噬細胞殺菌能力，使其能持續感染。ACT也是一種溶血素，能起溶血作用。百日咳的重要抗原是百日咳菌的兩種血凝活性抗原。一種為絲狀血凝素(filamentous hemagglutinin，FHA)，因來(lái)自菌體表面菌毛故又稱(chēng)菌毛抗原。FHA在百日咳桿菌黏附于呼吸道上皮細胞的過(guò)程中起決定作用，為致病的主要原因。實(shí)驗發(fā)現，FHA免疫小鼠能對抗百日咳桿菌致死性攻擊，因此FHA為保護性抗原。另一種凝集原(aggluginogens，AGG)為百日咳桿菌外膜及菌毛中的一種蛋白質(zhì)成分，主要含1、2、3三種血清型凝血因子。AGG-1具有種特異性;AGG-2、3具有型特異性。通過(guò)檢測凝集原的型別來(lái)了解當地流行情況。目前認為這兩種血凝素抗原相應抗體是保護性抗體。百日咳桿菌根據不耐熱凝集原抗原性不同分為七型凝集原，1型凝集原為所有百日咳桿菌均具備。7型凝集原為鮑特菌屬(包括副百日咳桿菌、支氣管敗血性桿菌)所共有。2～6型以不同的配合將百日咳桿菌分為不同血清型。測定血清型主要是研究流行時(shí)菌株的血清型和選擇特殊血清型菌株生產(chǎn)菌苗。此外，副百日咳桿菌與百日咳桿菌無(wú)交叉免疫，亦可引起流行。百日咳桿菌對外界理化因素抵抗力弱。55℃經(jīng)30min即被破壞，干燥數小時(shí)即可殺滅。對一般消毒劑敏感，對紫外線(xiàn)抵抗力弱。但在0～10℃存活較長(cháng)。