神秘的微生物世界.doc

对微生物的认识微生物（microorganism 简称 microbc）就是一切眼球看不到的或看不清的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般0.1mm）、构造简单的微小生物，包括属于原核类的细菌（真细菌和古细菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和草菌）、原生动物和显微藻类；+以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。在21世纪的生命科学的发展中，微生物更是发挥了无可争辩的关键作用。在整个生物界中，各种生物体型的大小相差十分悬殊，微生物由于其体型都极其微小，因而导致了一系列与之密切相关的五大共同特征：1.体积小，面积大。这有效地增强了微生物的信息沟通能力，并由此产生其余四个共同特性。2.吸收多，转化快。这个特征为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础。3.生长旺，繁殖快。它使得对生物学的理论研究周期大为缩短，空间变小，经费降低，效率提高。4.适应强，易变异。微生物对地球上恶劣环境的适应能力堪称生物界之最，其有益的变异后代可以为人类创造巨大的经济和社会效益。5.分布广，种类多。微生物的种类多主要体现在五个方面：物种的多样性，生理代谢类型的多样性，代谢产物的多样性，遗传基因的多样性以及生态类型的多样性。微生物的分布广，种类多这一特点，为人类在新世纪中进一步开发利用微生物资源提供了无限广阔的前景。在日常生活中，微生物必然起到非常重要的作用。人们常吃的酱腌菜、腐乳、米酒都是粮食用微生物加工后的产物；真菌类的灵芝、虫草可以治病，银耳、木耳、蘑菇是美味佳肴，它们都属于微生物。再如，微生物在工业上用于酿酒，生产调味品、酵制剂、有机酸等；在医药卫生上用微生物生产抗菌素、生化药品，以及制成疫苗等等，在对人类的健康问题上做出了巨大的贡献；在农业上根瘤菌剂大大提高了豆科作物的产量，用微生物防止害虫，既杀虫又安全；在现在的能源开发，环境污染的治理问题上微生物更是起到了重要的作用。20世纪生命科学的发展，DNA功能的阐明，中心法则的提出，遗传工程的提出和人类基因组计划的实现，微生物充当着重要的研究主角。由此可见微生物对人类的进步和发展有着重要的作用。微生物对人类有着重要作用的同时，也有许多微生物对人类产生着毒害作用，有害的微生物在适合的环境下会迅速生长繁殖，并通过接触传播疾病，影响人们的身体健康。食物污染造成的食物性疾病已经成为当今世界上最广泛的卫生问题。食物性疾病指的是通过摄食而进入人体的有害物质（包括生物性病原体）等致病因子所造成的疾病。微生物是引起食物性疾病的一大主要原因，沙门氏菌、霍乱、肠出血性人肠杆菌感染、甲型肺炎等食物性疾病在发达和发展中国家均有暴发流行。沙门菌病在许多国家都是主要问题。沙门菌病属于细菌引起，症状有发热、头痛、恶心、呕吐、腹痛和腹泻。引起沙门菌病爆发的食物有鸡蛋、家禽和其他肉类。弧菌病的广泛传播，它是由某些弧状菌属细胞引起的，弧菌病严重的健康影响也包括剧烈的腹痛、发热和腹泻，引起这种食物性疾病的食物主要有生牛奶、生的或没有完全加工成熟的禽肉和饮水。由肠出血性大肠杆菌和利斯特菌引起的食物性传染病，是在过去几十年中爆发的重要食源性疾病，虽然这些传染病的影响范围相对较窄，但是这些病是严重的，有时甚至是致命的。致病大肠杆菌可以产生强烈的细胞毒素，在大肠引起出血性传染病，导致血样腹泻，或可产生危及生命的如肾脏损伤等并发症。大肠杆菌发作主要与牛肉、孢子甘蓝、莴苣和果汁有关。利斯特菌病是由利斯特菌属细胞引起的，后果是导致脑膜炎。许多类食物都可以引起利斯特菌感染，经常是长期冷冻的食物使其爆发。霍乱是发展中国家的一个重要公共卫生问题，这种疾病是由霍乱弧菌引起的，水和污染的食物是感染的载体。许多食物包括大米、蔬菜、粟米粥和各类海产品都可以造成霍乱的爆发。症状有腹痛、呕吐和大量水样腹泻，如果不补充盐水，可导致严重脱水和死亡。不仅是致病菌，食物性病毒，自然产生的毒素都可能产生食源性疾病。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生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等；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。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究，将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因，经基因工程改造，实现新的工程菌株的构建，简化生产步骤，降低生产成本，继而实现经济效益的大幅度提升。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，同时推动现代生物技术的迅速发展。在农业方面，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。 经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及我国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案，可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类，除了杀虫剂能阻断其生活周期以外，只能通过遗传学研究找到毒力相关因子，寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。在环境方面，在全面推进经济发展的同时，滥用资源、破坏环境的现象也日益严重。面对全球环境的一再恶化，提倡环保成为全世界人民的共同呼声。而生物除污在环境污染治理中潜力巨大，微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有机物；还能处理工业废水中的磷酸盐、含硫废气以及土壤的改良等。微生物能够分解纤维素等物质，并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究，在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下，有选择性的加以利用，例如找到不同污染物降解的关键基因，将其在某一菌株中组合，构建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同时降解不同的环境污染物质，极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究，以期找到其降解有机物的关键基因，为开发及利用确定目标。在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物，又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性，极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。 有一种嗜极菌，它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活，而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段，但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限，建立新的技术手段，使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶，可在极端环境下行使功能，将极大地拓展酶的应用空间，是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础，例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径，其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。由此可见，微生物是一把双刃剑它既能造福于人类也能给人类带来毁灭性的灾难。在看到微生物能够致病的同时，我们也要看到微生物有益的一面。有害的致病微生物我们可以利用其有益的代谢产物抗生素等，将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成疫苗等，人体内大量并存的微生物也靠着其相互作用的机制维持人体代谢系统的平衡，不难看出，微生物都是可以利用的，在生命科学的领域中更是不可思议的。在目前以对少数微生物构建遗传物理图谱的基础上，将会全面展开微生物基因组学和后基因组学的研究。微生物的基因组研究必将明显的从生物信息学的发展和包括比较生物学、分子进化学和分子生态学在内的生物学研究新时代的到来。