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2016年12月10日 星期六

丙申(猴)年十一月十二

微生物
微生物

微生物(microorganism简称microbe)是包括细菌病毒真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大 类生物群体,它个体微小,却与人类生活密切相关。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。一般地,在中国大陆地区的教科书中,均将微生物划分为以下8大类:细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。


微生物 - 定义 [回目录]

一切肉眼看不见的或看不清的微小生物的总称。

微生物 - 特点 [回目录]

体微小,一般<0.1mm。构造简单,有单细胞的,简单多细胞的,非细胞的进化地位低。 微生物

五大共性:

1,体积小,面积大。

2,吸收多,转化快。

3,生长旺,繁殖快。

4,适应强,易变异。

5,分布广,种类多。

微生物 - 分类 [回目录]

核:细菌、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体、衣原体。真核:真菌、藻类、原生动物。非细胞类:病毒和亚病毒。

1 细菌

(图)细菌结构模式图细菌结构模式图

(1)定义:一类细胞细短,结构简单,胞壁坚韧,多以二分裂方式繁殖和水生性强的原核生物。

(2)分布:温暖,潮湿和富含有机质的地方。

(3)大小:个体十分微小,大约1000个细菌排成一排才有1毫米长。

(4)形态:有球状、杆状和螺旋状等。

(5)结构:主要是单细胞的原核生物。基本结构:细胞膜,细胞壁,细胞质。 特殊结构:荚膜,拟核,鞭毛,芽孢

(6)繁殖:主要以二分裂方式进行繁殖的。分裂时,细胞首先将它的遗传物质进行复制,然后细胞从中部向内凹陷,形成两个子细胞。细菌的繁殖能力很强,在条件适宜的情况下,每20-30分钟就能繁殖一次。

(7)菌落:单个细菌用肉眼是看不见的,当单个或少数细菌在固体培养基啊行大量繁殖时,便会形成一个肉眼可见的,具有一定形态结构的子细胞群落.菌落是菌种鉴定的重要依据.不同种类的细菌菌落的大小,形状光泽度颜色硬度透明毒都不同。

(8)与人类关系:有些细菌常常会给人类带来危害。例如,结核杆菌能使人患结核病,肺炎双球菌能使人患细菌性痢疾,腐生细菌能使食物腐败。但生物圈中的大多数细菌是有益的,人们在许多方面也依赖于细菌。

2 放线菌

(1)定义:一类主要成菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。

(2)分布:含水量较低,有机物较丰富的,呈微碱性的土壤中。
(3)形态构造:主要由菌丝组成,包括基内菌丝和气生菌丝(部分气生菌丝可以成熟分化为孢子丝,产生孢子)。

(4)繁殖:通过形成无性孢子的形式进行无性繁殖。

(5)菌落:在固体培养基上:干燥,不透明,表面呈致密的丝绒状,彩色干粉。

3病毒

(图)病毒结构示意图病毒结构示意图

(1)定义:一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。

(2)大小:形体极其微小,通常只能借助电子显微镜才能观察到它们。一般直径在100nm左右,最大的病毒直径为200nm的牛痘病毒,最小的病毒直径为28nm的脊髓灰质炎病毒。

(3)增殖:以噬菌体为例:吸附侵入增殖装配释放。

(4)形态:主要有球形、杆形、蝌蚪形等。

(5)结构:是一类没有细胞结构的特殊生物,它们的结构基本相似,一般由蛋白质外壳和内部的遗传物质组成。

(6)种类:病毒的种类很多,但一种病毒通常只能侵染某种特定的细胞。根据它们侵染细胞的不同,可以将病毒分为三类:专门侵染植物细胞的病毒叫植物病毒,如烟草花叶病毒;专门侵染动物和人体细胞的病毒叫动物病毒,如流感病毒;专门侵染细菌的病毒叫细菌病毒(也叫噬菌体),如大肠杆菌噬菌体。

(7)与人类关系:病毒侵入生物体后,往往会导致疾病发生。据统计,约有60%的动物和人类疾病时由病毒引起的。例如,流行性感冒、病毒性肝炎、艾滋病等的罪魁祸首都是病毒,口蹄疫病毒、鸡瘟病毒等都曾给畜牧业造成过巨大的损失;由病毒引起的水稻矮缩病等也给农业生产带来了极大危害。人类在病毒面前并不是一筹莫展,如,利用病毒特性制成的许多疫苗,就可以有效地预防病毒性疾病。

微生物 - 作用 [回目录]

微生物与人类的生产、生活和生存息息相关。有很多食品(如酱油、醋、味精、酒、酸奶、奶酪、蘑菇)、工业品(如皮革、纺织、石化)、药品(如抗生素、疫苗、维生素、生态农药)是依赖于微生物制造的;微生物在矿产探测与开采、废物处理(如水净化、沼气发酵)等各种领域中也发挥重要作用。微生物是自然界唯一认知的固氮者(如大豆根瘤菌)与动植物残体降解者(如纤维素的降解),同时位于常见生物链的首末两端,从而完成碳、氮、硫、磷等生物质在大循环中的衔接。若没有微生物,众多生物就失去必需的营养来源、植物的纤维质残体就无法分解而无限堆积,就没有自然界当前的繁荣与秩序或人类的产生与维续。此外,微生物对地球上气候的变化也起着重要作用。许多微生物直接参与了温室气体的排放或者吸收,而也有很多微生物可以成为未来的生物燃料。

微生物 - 化学组成 [回目录]

C,H,O,N,P,S以及其他元素

微生物 - 营养物质 [回目录]

1水和无机盐。 2碳源:凡能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质。 3氮源:凡能为微生物提供所必需氮元素的营养物质。作用:主要用于合成蛋白质,核酸以及含氮的代谢产物。 4能源:能为微生物生命活动提供最初能源来源的营养物质或辐射能。 5生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物。

微生物 - 形成 [回目录]

目前,有关生命起源最为坚实的证据还是来自于地球,科学家们一直在寻找地球上最古老的生命化石。从已得到的非常稀少的化石推算,地球生命出现在35亿年前,之后地球在漫长的岁月中经历了剧烈的火山活动和地质变迁,彻底地改变了模样,寻找古老生命化石并非易事。值得庆幸的是,在非洲、澳大利亚和格陵兰岛等地还是发现了35亿年形成的火山熔岩和沉积燧石,最早的生命被凝固在这些岩石内。 尽管人们对生命起源有不同的看法,但有一点是一致的,那就是最早生命的诞生必须有水。正因如此,人们发现木星的一颗卫星表面覆盖大量冰时,自然会联想起是否存在有生命的可能。就地球而言,最早的生命肯定起源自海洋。科学家认为海水能溶解许多物质,这些物质的分子在水中不停地碰撞和结合,极有可能产生一些大而复杂的生命诞生所必需的大分子物质。由于合成这样的大分子物质需要巨大的能量,而这种能量很可能来自海底的火山活动,为此,科学家将探索的目光瞄向海底的火山。 1977年,海洋生物学家在海底火山口附近发现了生物,尽管火山口附近的水温高达350℃,生命却依然生机勃勃。在火山附近的热水中生活着巨蛤、贻贝、有孔线虫和其他一些说不出名的生物,它们不需要阳光,仅仅依靠海水中的硫化物作为能量。 令人称奇的是,海底的活火山口会不断向外喷射出黑色的液体,就像股股的黑色烟雾袅袅上升,科学家将这一景观称之为“黑色烟雾”。 “黑色烟雾”的形成似乎非常简单,活火山通过地壳的裂缝不时向外喷射熔岩,熔岩遇到低温的海水立即冷却下来,使得喷射口处熔岩凝固成像“烟囱”一样。火山喷发时,海水不断地通过缝隙流入“烟囱”,由于“烟囱”内温度极高,海水会在极短的时间内急剧升高到1000℃左右。在极度的高压下,海水无法变为气体,这样,极度高温的海水就会与周围的岩石发生作用,使岩石内含有的硫化铁、硫化锌和硫酸钙等矿物质溶解在水中。然后含有大量矿物质的海水随着熔岩一起从“烟囱”口喷射出来,遇到冰冷的海水时,这些硫化物又形成黑色的沉淀物,随着水流上升,就形成所谓的“黑色烟雾”。“黑色烟雾”大小不一,多数高度为10米,最高的“黑烟”可高达13米,“黑烟”直径也从30厘米到1米不等。 认为生命起源于海洋的科学家相信,“黑色烟雾”是产生生命的摇篮,海水中所含有硫和其他矿物质在高温、高压下合成有机化合物,当黑色的海水逐渐上升时,这些有机物分子开始冷却,水中含铁颗粒和其他矿物质与有机物分子相互作用,吸附在有机物的表面,然后再经过一系列复杂的化学反应,使水中的有机物质形成氨基酸或更大的有机分子,这些分子再通过链接成为蛋白质样颗粒。这些蛋白质样颗粒非常之小,呈球形,冷却后就成了细胞最基本的结构。值得注意的是,在实验室模仿海底火山口高温高压情况已合成了相应的一些大分子物质,支持了这一学说。科学家还认为黑色的海水除了为生命的起源提供了必需的物质外,还可以遮挡来自太空的有害射线的辐射,这一点在生命诞生时确是至关重要的。 为了证明这一学说,2000年,海洋生物学家乔治和安娜乘坐深海潜水器对海底“黑色烟雾”进行了探险。他们操纵潜水器上的机械臂对“黑色烟雾”化学成分和温度,以及是否存在微生物进行探测。果然,在“烟囱”出口处的海水中发现了微生物,他们认为这种生活在极端高温下的微生物是最早微生物的后代,是地球上所有生物的祖宗。由于微生物生存的海水中硫化氢和硫化铁含量很高,推测这两种化学物质反应后能产生氢气是微生物生长所需的能量。当然也有人不同意他们的这一看法的,认为只有当微生物学家对微生物的DNA进行分析鉴定后才能定论

微生物 - 研究和发展 [回目录]

微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50%是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示:传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病 微生物的历史,也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌,或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可有含有50亿个细菌。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它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: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,依然存在着一部分微生物等等。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。 微生物因为微生物很小,构造又简单,所以人们充分认识它,并发展成为一门学科,与其他学科比起来,还是很晚的。尽管如此,人们已经在广泛的应用微生物了。我国劳动人民很早就认识到微生物的存在和作用,也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古学推测,我国在8000年前已经出现了曲蘖酿酒了,4000多年前我国酿酒已十分普遍,而且当时埃及人也已学会烤制面包和酿制果酒。2500年前我国人民发明酿酱、醋,知道用曲治疗消化道疾病。公元6世纪(北魏时期),我国贾思勰的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。在农业上,虽然还不知道根瘤菌的固氮作用,但已经在利用豆科植物轮作提高土壤肥力。这些事实说明,尽管人们还不知道微生物的存在,但是已经在同微生物打交道了,在应用有益微生物的同时,还对有害微生物进行预防和治疗。为防止食物变质,采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法。在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。人痘预防天花是我国对世界医学上的一大贡献,这种方法先后传到俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国,1798年英国医生琴纳(Jenner)提出用牛痘预防天花。微生物学作为一门学科,是从有显微镜开始的,微生物学发展经历了三个时期:形态学时期、生理学时期和现代微生物学的发展。 形态学时期 微生物微生物的形态观察是从安东·列文虎克(Antony Van Leeuwenhock 1632-1732)发明的显微镜开始的,它是真正看见并描述微生物的第一人,他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜,他利用能放大50~300倍的显微镜,清楚地看见了细菌和原生动物,而且还把观察结果报告给英国皇家学会,其中有详细的描述,并配有准确的插图。1695年,安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。

生理学时期

继列文虎克发现微生物世界以后的200年间,微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期,以法国的巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)和德国的柯赫(Robert Koch,1843-1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段,揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。

巴斯德

微生物巴斯德原是化学家,曾在化学上做出过重要的贡献,后来转向微生物学研究领域,为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面: ① 彻底否定了“自然发生”学说 。“自生说”是一个古老学说,认为一切生物是自然发生的。到了17世纪,虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环,是“自生说”逐渐消弱,但是由于技术问题,如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题,这不仅是“自生说”的一个顽固阵地,同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯德在前人工作的基础上,进行了许多试验,其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,他们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶,其中盛有有机物水浸液,经加热灭菌后,瓶内可一直保持无菌状态,有机物不发生腐败,一旦将瓶颈打断,瓶内浸液中才有了微生物,有机质发生腐败。巴斯德的试验彻底否定了“自生说”,并从此建立了病原学说,推动了微生物学的发展。② 免疫学——预防接种 。Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花,但却不了解这个免疫过程的基本机制,因此,这个发现没能获得继续发展。1877年,巴斯德研究了鸡霍乱,发现将病原菌减毒可诱发免疫性,以预防鸡霍乱病。其后它又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病,并首次制成狂犬疫苗,证实其免疫学说,为人类防病、治病做出了重大贡献。 ③ 证实发酵是由微生物引起的 。究竟发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程,曾是化学家和微生物学家激烈争论的问题。巴斯德在否定“自生说”的基础上,认为一切发酵作用都可能与微生物的生长繁殖有关。经不断地努力,巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物,并证实酒精发酵是由酵母菌引起的。还研究了氧气对酵母菌的发育和酒精发酵的影响。此外,巴斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础。 ④ 其它贡献 。一直沿用至今天的巴斯德消毒法(60~65℃作短时间加热处理,杀死有害微生物的一种消毒法)和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献,它不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际问题,而且也推动了微生物病原学说的发展,并深刻影响医学的发展。

柯赫

(图)微生物
微生物
柯赫是著名的细菌学家,由于他曾经是一名医生,因此对病原细菌的研究做出了突出的贡献:①具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌;②发现了肺结核病的病原菌,这是当时死亡率极高的传染性疾病,因此柯赫获得了诺贝尔奖;③提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则:首先在患病肌体里存在着一种特定的病原菌,并可以从该肌体里分离得到纯培养;然后用得到的纯培养接种敏感动物,表现出特有的性状;最后从被感染的敏感动物中又一次获得与原病原菌相同的纯培养。由于柯赫在病原菌研究方面的开创性工作,自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代,所发现的各种病原微生物不下百余种,其中还包括植物病原菌。柯赫除了在病原菌方面的伟大成就外,在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展奠定了技术基础,这些技术包括:①用固体培养基分离纯化微生物的技术,这是进行微生物学研究的基本前提,这项技术一直沿用至今;②配制培养基,也是当今微生物研究的基本技术之一。这两项技术不仅是具有微生物研究特色的重要技术,而且也为当今动植物细胞的培养做出了十分重要的贡献。 巴斯德和柯赫的杰出工作,使微生物学作为一门独立的学科开始形成,并出现以他们为代表而建立的各分支学科,例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J. Lister),免疫学(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary、Berkeley等)、酿造学(Hensen、Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等)。微生物学的研究内容日趋丰富,使微生物学发展更加迅速

微生物 - 现代微生物学的发展 [回目录]

微生物 20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣,微生物学沿着两个方向发展,即应用微生物学和基础微生物学。在应用方面,对人类疾病和躯体防御机能的研究,促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现(Fleming,1929)和瓦克斯曼(Waksman)对土壤中放线菌的研究成果导致了抗生素科学的出现,这是工业微生物学的一个重要领域。环境微生物学在土壤微生物学研究的基础上发展起来。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科。应用成果不断涌现,促进了基础研究的深入,于是细菌和其它微生物的分类系统在20世纪中叶出现了,对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学,微生物遗传和变异的研究导致了微生物遗传学的诞生。微生物生态学在20世纪60年代也形成了一个独立学科。 20世纪80年代以来,在分子水平上对微生物研究迅速发展,分子微生物学应运而生。在短短的时间内取得了一系列进展,并出现了一些新的概念,较突出的有,生物多样性、进化、三原界学说;细菌染色体结构和全基因组测序;细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制;细菌的发育及其分子机理;细菌细胞之间和细菌同动植物之间的信号传递;分子技术在微生物原位研究中的应用。经历约150年成长起来的微生物学,在21世纪将为统一生物学的重要内容而继续向前发展,其中两个活跃的前沿领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。 微生物产业在21世纪将呈现全新的局面。微生物从发现到现在短短的300年间,特别是20世纪中叶,已在人类的生活和生产实践中得到广泛的应用,并形成了继动、植物两大生物产业后的第三大产业。这是以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业,所用的微生物主要是从自然界筛选或选育的自然菌种。21世纪,微生物产业除了更广泛的利用和挖掘不同生境(包括极端环境)的自然资源微生物外,基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌,生产外源基因表达的产物,特别是药物的生产将出现前所未有的新局面,结合基因组学在药物设计上的新策略将出现以核酸(DNA或RNA)为靶标的新药物(如反义寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等)的大量生产,人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。此外,微生物工业将生产各种各样的新产品,例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源等,在21世纪将出现一批崭新的微生物工业,为全世界的经济和社会发展做出更大贡献.

微生物 - 中国微生物学的发展 [回目录]

(图)微生物
微生物

中国是具有5000年文明史的古国,中国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面具有卓越的贡献。但微生物作为一门科学进行研究,中国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在20世纪之初,那时一批到西方留学的中国科学家开始较系统的介绍微生物知识,从事微生物学研究。1910-1921年 微生物间伍连德用近代微生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治,在中国最早建立起卫生防疫机构,培养了第一支预防鼠疫的专业队伍,在当时这项工作居于国际先进地位。20世纪20-30年代,中国学者开始对医学微生物学有了较多的试验研究,其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩,例如沙眼病原体的分离和确认是具有国际领先水平的开创性工作。20世纪30年代开始在高校设立酿造科目和农产品制造系,以酿造为主要课程,创建了一批与应用微生物学有关的研究机构,魏岩寿等在工业微生物方面做出了开拓性工作。戴芳澜和俞大绂等是中国真菌学和植物病理学的奠基人;陈华癸和张宪武等对根瘤菌固氮作用的研究开创了中国农业微生物学;高尚荫创建了中国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业。但总的来说,在新中国成立之前,我国微生物学的力量较弱且分散,未形成中国自己的队伍和研究体系,也没有中国自己的现代微生物工业。 微生物新中国成立以后,微生物学在中国有了划时代的发展,一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了,一些重点大学创设了微生物学专业,培养了一大批微生物学人才。现代化的发酵工业、抗生素工业、生物农药和菌肥工作已经形成一定的规模,特别是改革开放以来,中国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果,例如中国抗生素的总产量已跃居世界首位,中国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。近年来,中国学者瞄准世界微生物学科发展前沿,进行微生物基因组学的研究,现已完成痘苗病毒天坛株的全基因组测序,最近又对中国的辛德毕斯毒株(变异株)进行了全基因组测序。1999年又启动了从中国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序,目前取得可喜进展。中国微生物学进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说,中国的微生物学发展水平除个别领域或研究课题达到国际先进水平,为国外同行承认外,绝大多数领域与国外先进水平相比,尚有相当大的差距。因此如何发挥中国传统应用微生物技术的优势,紧跟国际发展前沿,赶超世界先进水平,还需作出艰苦的努力。

微生物 - 微生物间的相互作用机制也相当奥秘 [回目录]

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。 微生物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、真菌药物,将对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(MGP)。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。

微生物 - 研究与贡献 [回目录]

现代生物学的若干基础性的重大发现与理论,是在研究微生物的过程中或以微生物为实验材料与工具取得的。这些理论包括:证明DNA(脱氧核糖核酸)是遗传信息的载体(三大经典实验:肺炎球菌的转化实验、噬菌体实验、植物病毒的重组实验)。DNA的半保留复制方式(双螺旋的每一条子链分别、都是复制模板)。遗传密码子的解读(64个密码子各对应20种氨基酸及终止信号的哪一种)。基因的转录调节(operon, promoter, operator, repressor, activator的概念与调节方式)。信使RNA的翻译调节(terminator)等等……。 现在,很多常用、通用的生物学研究技术依赖于微生物,比如:分子克隆重组蛋白在细菌或酵母中的表达。很多医学技术也依赖于微生物,比如:以病毒为载体的基因治疗。

微生物 - 基因因素 [回目录]

(图)微生物
微生物
农业微生物基因组研究认清致病机制发展控制病害的新对策。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。 环境保护微生物基因组研究找到关键基因降解不同污染物。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。极端环境微生物基因组研究深入认识生命本质应用潜力极大。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。

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微生物
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。随着人们对微生物认识的逐步深化,从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统,直到70年代后期,美国人Woese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(Archaea)、细菌域(Bacteria)和真核生物域(Eucarya)所构成。在图示“生物的系统进化树”中,左侧的黄色分枝是细菌域;中间的褐色和紫色分枝是古菌域;右侧的绿色分枝是真核生物域。古菌域包括嗜泉古菌界(Crenarchaeota)、广域古菌界(Euryarchaeota)和初生古菌界(Korarchaeota);细菌域包括细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物;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,其它绝大多数生物都属微生物范畴。由此可见,微生物在生物界级分类中占有特殊重要的地位。生命进化一直是人们关注的热点。Brown等依据平行同源基因构建的“Cenancestor”生命进化树,认为生命的共同祖先Cenancestor是一个原生物。原生物在进化过程中产生两个分支,一个是原核生物(细菌和古菌),一个是原真核生物,在之后的进化过程中细菌和古菌首先向不同的方向进化,然后原真核生物经吞食一个古菌,并由古菌的DNA取代寄主的RNA基因组而产生真核生物。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一年的话,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。

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更新时间 : 2009-06-24

词条创建者 : 迷迭之乡

编辑者 : 迷迭之乡

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