微生物与健康Word 文档

发表时间 2009 09 14 中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院天津工业生物技术研究所 筹筹 形形色色的生命造就了这个蓝色星球的庄严与美丽 作为人类我们是这么幸福 我们分明地感 知 体会着这个世界的多姿与美丽 我们身边不仅有绿树鲜花 飞禽走兽 在我们周围 还广泛存 在着一大群微生物 他们体积微小 常不为我们肉眼所见 然而正是这些小生命却深远的影响着比 他们体积大几亿甚至几十亿倍的人类 影响着几乎所有的生命 让我们人类不得不对它们刮目相看 不得不想方设法去认识它们 了解它们 这些被我们称为微生物的生命体全都个性十足 它们有各自偏好的栖息场所 营养类型 广泛 存在于自然界的角角落落 上至大气层 下至岩石圈 此外 它们中的一些还属于 叛逆 类型 不甘于在平静而温和的环境中生存 却偏偏选择那些在我们人类看来是极端的 不适合生物生长的 环境 极高的温度 强酸性 干燥 缺氧 营养物质匮乏 然而 我们毕竟不能以自己对于适合 生存的条件的理解来评判它们的生存环境 质疑它们的生存质量 作为人类 我们来到这个世界上 毕竟才区区几万年 是个新兴的物种 相对来说 微生物乃元老级的生命形式 它们是地球生命的 先驱 三十八亿年前 一般认为地球生命诞生于 38 亿年前 2006 年 3 月 22 日出版的 自然 杂志 刊登了东京工业大学地球科学系研究人员上野雄一郎关于 35 亿年前地球上有产甲烷微生物存在的证 据的文章 原始地球的环境与现在的地球环境相比有着天壤之别 已不可同日而语矣 人类进化到 现在只不过是适应了当前的环境 在这进化过程中作为我们最初的祖先的微生物自然是功不可没 而它们却在进化途中历经风霜 饱受磨难 选择不是自为的 而是自然的规律 作为一个生物个体 它无可奈何 身不由己地被卷进这场淘汰选拔赛 残酷的自然法则支配下的残酷进化史却促成了现 实世界多彩的美妙 微生物之所以能够存活在这个世界上 理所当然是适应了大自然的生存法则的结果 我们知道 生产者 消费者以及分解者是物质能量循环至关重要的三个环节 其中分解者的重任由微生物大家 族里面的一部分成员来承担 土壤是微生物的大本营 而微生物则是土壤中的大功臣 通常 1 克土 壤中就有着数亿个微生物 即使在荒无人烟的沙漠 一个砂土中也有十万多个微生物存在 它们一 般都藏在土层 10 20 厘米深处 土壤中的微生物并不是碌碌无为地活着 而是不知疲倦地悄悄地做 着惊人的贡献 它们分解着土壤中的有机物同时产生大量的二氧化碳使得碳循环得以进行 此外 土壤中的微生物还将有机氮变成无机氮 帮助实现氮的循环 我们不妨设想一下没有微生物的世界 没有腐烂 没有霉变 一切自然物都永恒地存在着 生老病死的动植物 其有机组成元素不能迅 速地重回自然 物质不能有效循环 资源 C 源 N 源等 很快被耗尽 地球变成一个由尸体堆积 而成的世界 如果果真这样 我们人类还可能生存吗 还有可能存在过吗 也许我们根本就丧失 了进化的机会 更可以肯定的是 这样的世界从来不会存在 永远不会存在 因为自然界决不会允 许这样的事情发生 所以 自然而然地 微生物作为先驱者有优先于动植物出现在了这个世界上 它们是自然的宠儿 在整个生态系统中不可或缺 我们甚至可以相信 微生物绝不会先于动植物灭 绝 现在我们终于认识到 渺小之极 默默无闻的微生物在土地上干着惊天动地的宏大事业 那么 我们对于它们究竟了解多少呢 如果我们经常不洗手 吃没有洗干净的水果 就容易拉肚子 穿衣服不注意就容易患上感冒 家里买的蔬菜水果保管不好会烂掉 夏天的饭菜容易馊掉 花生和玉米贮藏不好就会着生黄曲霉菌 产生黄曲霉素 自然 吃了这样的东西我们的身体便会出现不良的反应 如此种种都是微生物在捣 鬼 然而微生物也不是一无是处 我们平时吃的馒头 面包 奶酪 烹饪中用到的酱油 醋 各种 酱料味精以及平时喝的酒 酸奶 果奶等都是微生物赐予我们的 没有微生物我们将食不甘味 更 不可能有我们对于食物色 香 味 形 器的追求 这些都是众所周知的常识 很久以前 人类便将微生物用于发酵工艺 古书记载 仪狄作酒 禹饮而甘之 春秋旧中 国已开始酿醋 周朝时酱油业就已很发达 中国的白酒中有一种曲酒 是用酒曲造的酒 曲是培养 酵母和霉菌等微生物的谷物 这便是微生物为人类服务的典范 近 现代社会 微生物被广泛用来 生产抗生素 青霉素 灰黄霉素等 激素 疫苗等药品 使微生物制品大步迈向医药市场 青霉 素的发明和使用 在第二次世界大战中 曾经挽救了无数濒临死亡的士兵的生命 此外 一些特殊 的微生物对于人类健康有着潜在的意义 比如加拿大卡加里大学医学院的李博士发现 有一种呼肠 孤病毒有望成为胰脏癌 乳癌 肺恶性肿瘤等由于 Ras 信号通道被高度活化而导致细胞无限制地生 长癌症的克星 这种病毒是一种自然产生的病毒 会引起轻微的肠胃和气管疾病 然而它能够杀死 一些癌细胞 并有效复制繁殖并进一步作用于周围癌细胞从而杀死整个癌细胞团 令人兴奋的是 它对健康细胞基本没有副作用 土地和水质的污染也时刻威胁着我们的健康 尽管有时候要经过一 个日积月累的过程才发病 有时候却急性发作 每日在世界各地发生的因饮用被污染的水而引起的 各种疾病诸如如雷贯耳的日本的水俣病等时刻警示着我们 治理水环境刻不容缓 然而在当今社会 在物质利益 价值利益的驱使的下 单纯凭借限制排污工厂的规模 限制排污量是远远不够的 更 重要的还在于治理 经过长期的实践 细菌治理现在已被公认为一个理想的手段 此外在美国南达 科叶发生过类似的故事 靠近西半球最大的黄金生产厂家南达科叶黄金炼金厂的白林河一百多年来 何种见不到鱼类 上世纪 70 年代 州 联邦政府利用很多方法对其进行治理而没有得到满意的效果 青年人惠特洛克自告奋勇设计了一个生物反应堆 黄金提炼厂废水从一罐流入另一罐 罐中所培养 的细菌就以废水中的氰化物所含的碳及氮为食 经细菌处理过的废水不再乌黑油亮有毒了 往日鱼 类绝迹的白林河中 又能见到游来游去的鱼儿 甚至可以从河中打捞到鳟鱼 如此种种 都是利用 细菌治理土质污染 水污染的先例 在当今社会 细菌治理污染具有很好的应用前景 然而 微生物还有一些特别的本领 从负面广泛地影响着我们的生活生产 身体健康 很多微生物 包括病毒 细菌 真菌和藻类都可以引起疾病 从流感 某些癌症到艾滋病都是 由微生物引起的 微生物引起疾病的致病过程可以分为两种类型 一种是微生物在我们的体表或体 内生长 引起感染而致病 另一种是在我们的体外生长 产生有毒物质 从而引起疾病 如一些微 生物可产生毒素 经由消化道进入人体 引起食物中毒 如肉毒杆菌素 黄曲霉素 毒蘑菇等 与 产毒素微生物相反 感染性病原或寄生微生物 可以在我们的体表面或组织上生长 有些是专性寄 生的 这些微生物通常从呼吸道或消化道 进入人体 有时也可以由伤口或动物如蚊虫叮咬等而 感染 一旦进入体内 这些病原微生物便掠夺宿主的营养 生长繁殖或利用宿主的合成体系合成病 原体自身 可引起宿主动物的死亡或产生免疫应答从而防止了病原微生物的进一步生长和繁殖 虽 然健康的人类组织是无菌的 但是我们的体表栖息有很多微生物 如皮肤 脱落的表皮细胞以及汗 腺等分泌物含有角蛋白 脂类及脂肪酸等 都可以作为微生物生长的基质 因此皮肤上可以发现很 多的微生物 特别是革兰氏阳性菌和酵母 虽然它们在正常情况下是无害的 但在某些情况下 如 受伤或烧伤等 有些微生物 如金黄色葡萄球菌 就可成为病原菌 大多数病原微生物都具有传 染性 这主要取决于病原体离开原宿主而感染新宿主能力 病原体的密度 人口密度 病原体抵抗 在宿主体外不良环境的能力等等 正因为如此很多人对于微生物的了解也只停留在微生物是有害的 我们人类要想方设法消灭它们这个层次上 然而 单就细菌而言 在我们已知的几千种细菌中 只 有约 危害人类和动植物 对于这些致病的细菌 人们早已在 300 多年前就开始对其进行探索 试图消灭它们 但是我们似乎并不算成功 虽然我们已经成功地控制了一些细菌的大面积流行 通 过形形色色的抗生素来对付形形色色的细菌 然而微生物的力量似乎是无穷的 此消彼长 新的种 类 新的突变类型不断出现 使企图征服它们的人伤透脑筋 自从 1936 年 氨基磺酰胺在临床上得到应用 开始了感染性疾病现代化学治疗的新纪元 抗生 素治疗的 黄金时代 始于 1941 年青霉素的临床应用 现在 各国 30 80 以上的住院病人都接 受过至少一种以上的抗生素治疗 无数致命性感染获得治愈 然而 细菌的 防身术 抗药性 给我们依赖于抗生素的治疗带来了残酷的现实 不论多好多新的抗生素 一旦赋予临床应用不久 细菌就凭 防身术 迅速做出反应 产生相应的耐药性 如青霉素应用于临床 2 3 年后 医院内 75 的金黄色葡萄球菌就对其耐药 1992 年 大肠杆菌对环丙沙星尚无耐药菌株 1996 年上海 北 京 武汉分别有 56 54 43 的菌株耐药 临床上抗生素的滥用不但造成细菌突变体的产生从而 进入恶性循环 不断寻找新的抗生素不断产生越来越难对付的新型细菌 更严重的是 对于寄生 于人体内的菌群包括各种有益菌产生不良作用 尤其是一些广谱抗生素的应用 使得肠道内一些对 药物敏感的细菌被抑制 破坏了菌群间原有的拮抗作用 引起菌群失调症 有益菌减少消失 从而 导致消化紊乱 腹泻等疾病状态 如耐药性金黄色葡萄球菌性肠炎 治疗这种疾病当然还需要相对 的方法 即使用专性或者广谱的抗生素彻底清除无益菌类 重新接种正常菌群 恢复肠道的正常菌 态 活菌制剂也是一种微生物制剂 在 20 世纪后期开始被广泛应用于调节肠道菌群失衡 其中主要 有活体乳酸杆菌 双歧杆菌等 现在市场上所推崇的高博特盐水瓶 昂立一号等生物制品均属于这 一类 与此相反 近年来 市场上出现为了迎合人们对于美容的需求而提出的彻底清除肠道垃圾 以求达到美容目的的提法显然是一个误区 作为可以思考的人类 我们的身体远没有我们想象的那么单纯 从降临到这个世界上那刻起 我们便不是作为单独的生命存在着 我们的体表 我们的消化道 呼吸道 甚至是各种组织中都存 在着各种微生物或者还有寄生虫等 我们的细胞中不知道什么时候还会感染有病毒 或许是生而有 之 诚然 它们中的部分对于我们是有害的 对我们的机体健康甚至是生命造成威胁的 但是 它们中的绝大部分都是与我们和谐共处的 这种和谐并不意味着只是我们的机体给它们提供了生存 繁殖的场所 营养而它们不危及我们的健康 相反地 如果没有它们 我们的机体会有不良反应 出现营养不良或者为其他细菌感染而影响我们的健康 从进化史来看 这些微生物早已适应了人类 提供的环境 同时为我们的健康所必需 曾几何时 它们可能是一种对于人类有害的微生物 但是 经过长期淘汰和适应 微生物和人类两方面 我们之间找到了这样一种平衡 就如大肠杆菌 我 们的肠道给它们提供了营养和栖息场所 而它们也帮助我们消化许多食物 包括维他命 糖和纤维 与此同时 它们还合成一些我们自身无法合成的维他命 我们的肠道就像一个密闭 恒温的微碱性 发酵罐 人体代谢尚未完全吸收的营养残留物 纤维素和水分为这里的微生物提供了适宜的生存场 合 时至如今 我们肠道内的正常菌已经包括拟杆菌 梭杆菌 双歧杆菌 真杆菌 链球菌 大肠 杆菌 放线菌等很多种类 此外 还有一些病毒和原生动物 最近 细菌专家在研究了上百种人体 肠道中的不同细菌的 DNA 后表示 我们可能并不完全是人类 他们将人类基因组的基因序列与已知 细菌的基因序列进行比较 发现了一种叫做克隆微生物基因组 它们是来自小肠的微生物的全部数量 的基因物质 包括 60000 多个基因 这个数目是人体基因组的两倍 在那些物质当中 所有的 DNA 序 列里面只有 1 到 5 不是细菌的 当然 我们不能因为在几千年或者是在几万年后我们的机体可能和其他一些现在被认为对人类 健康构成威胁的病原微生物能够形成共生体而停止与这些病原微生物的抗争 2006 年 月 eurekalert 上有一片这样的文章 通过实验依据阐述了转录病毒对于绵羊的妊娠是必须的 内生的反 转录病毒可以被认为是古代的反转录病毒感染遗留的残余 而时至今日却构成了绵羊生命中的一个 必要因子 虽然研究是对于绵羊进行的 但是我们不能否认人体内有类似情况的存在 众所周知 肝炎 艾滋病等病的广泛流行对于人类群体本身的存在构成了潜在威胁 特别是近年来疯牛病 口 蹄疫 禽流感 SARS 等的发作给人们带来的心理阴影绝不亚于 911 带给美国人的阴影 人们对于微 生物的恐慌达到了前所未有的地步 不敢吃牛羊肉 不敢食用禽类的肉 蛋 不敢随意出外旅游 家中额外地增加了口罩 消毒液等物品 什么时候开始我们对于微生物谈之色变 也许就是我们对之将知未知的现在吧 在漫长的岁月里 没有下水道 没有厕所 没有良好的卫生习惯 在缺乏公共卫生事业的 19 世 纪之前 人类对着看不见的敌人束手无策 一次次被屠戮却完全不知道为什么 细菌学说之后的现 代医学终于使我们有可能做到知己知彼 然而 层出不穷的新微生物在我们还来不及了解它们 获 得正确的与它们相处的方式的时候便开始对我们表示 亲昵 因此 要和它们和平相处 我们 还需要获知更多 当然 除了应用特效药和疫