微生物/孩子最爱问的十万个为什么/中小学生科普园

作者简介

内容简介

微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也 有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其他细菌的生长中发现了青霉素 ，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代 谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命 。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一 部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大 ，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如在高温。 低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境中，依然存在着 一部分微生物。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方 式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物 的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也充满奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌 存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细 菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这 些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失 调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐 熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了，生物体具有的生命特征，包括外部 形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带 者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源 和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于 传统微生物学来说是一场革命。 以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的 前沿，而微生物基因组研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》 曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微 生物的遗传机制，发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗，开发新型抗 病毒、抗细菌、抗真菌药物，将能有效地控制新老传染病的流行，促进医疗 健康事业的迅速发展和壮大。 从分子水平上对微生物进行基因组研究，为探索微生物个体以及群体间 作用的奥秘提供了新的线索和思路。为了充分开发微生物(特别是细菌)资源 ，1994年美国发起了微生物基因组研究计划？通过研究完整的基因组信息开 发和利用微生物重要的功能基因，不仅能够加深对微生物的致病机制、重要 代谢和调控机制的认识，更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关 的基因工程产品，包括：接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于 工农业生产的各种酶制剂等等。通过基因工程方法的改造，促进新型菌株的 构建和传统菌株的改造，全面促进微生物工业时代的来临。 工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种 行业。通过微生物发酵途径可生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食 品等；某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油、采矿等生产过程，甚 至直接作为洗衣粉等的添加剂；另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天 然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究 ，发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为 一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程，对其进行的基因组学研究将有 利于找到关键的功能基因，然后对菌株加以改造，使其更适于工业化的生产 过程。对工业微生物开展的基因组研究，不断发现新的特殊酶基因及重要代 谢过程和代谢产物生成相关的功能基因，并将其应用于生产以及传统工业、 工艺的改造，可同时推动现代生物技术的迅速发展。 据资料统计，全球每年因病害导致的农作物减产可高达20％，其中植物 的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园 艺管理外，似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生 物的基因组研究，认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧 迫。 微生物在整个生命世界中占据什么地位 当人类在发现和研究微生物之前，把一切生物分成截然不同的两大界— —动物界和植物界。直到20世纪70年代后期，美国人沃斯等发现了地球上的 第三生命形式——古菌，才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是 由古菌域、细菌域和真核生物域所构成。 古菌域包括嗜泉古菌界、广域古菌界和初生古菌界；细菌域包括细菌、 放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其他原核生物；真核生物域包括真菌、 原生生物、动物和植物。除动物和植物以外，其他绝大多数生物都属微生物 范畴。由此可见，微生物在生物界分类中占有特殊重要的地位。 从进化的角度，微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为 1年的话，则微生物约在3月20日诞生，而人类约在12月31日下午7时许出现 在地球上。 P4-6