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亦敌亦友——谈微生物与人类 【摘 要】微生物与人类关系密切，它既能造福于人类也能给人类带来毁灭性的灾难。本文从微生物的发现、微生物与人类的关系以及微生物的应用等方面对微生物作了一些介绍。 【关键字】微生物；人类；控制；利用 微生物远在人类出现之前就存在于这个星球上了，它也将伴随着人类生命的进化而进化，或许它在人类生命消失之后还会存在于这个星球。从一定程度上说，在地球上，面对微生物，我们人类更像是客人。而由于微生物对环境的适应力极强，它不会像动物或者植物那样出现某个种类的灭绝，科学的发展，也只能是尽力控制病毒。从人类的角度来看，人类和微生物的关系就是最大限度地利用有益的微生物和控制有害微生物。 提起微生物，人们多是从日常生活中来理解它们。多数人可能会想到使人生病的细菌或病毒。的确，疾病是人类生存的最大自然威胁，人类最初研究微生物，也是从病原微生物开始的。其实，尽管引起感染甚至传染病的微生物是少数，但是在人类历史上他们确曾造成严重的瘟疫，死人数以千万计的传染病屡屡发生。当然微生物对人类的危害并不仅仅是引起传染病，它们造成的物质腐败变质给人类每年造成上千亿财富的损失。而微生物造成的植物病害也曾使万亩良田颗粒无收，饿殍遍地。 一、曾经的敌人 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。中科院微生物所秦鄂德教授告诉本刊记者，对于病毒的控制，最好的一个例子就是天花。1980年，世界卫生大会向全世界宣布人类消灭了天花——其实所谓的“消灭”，就是指人类对这种病毒控制得很好而已。田波院士也赞同这种说法，“我们是无法消灭病毒本身的，之所以我们还不能很好地控制微生物，特别是病毒，是因为我们对病毒还不够了解。2003年，禽流感、口蹄疫、疯牛病、猴天花、西尼罗与埃博拉病毒，也许还包括SARS，这些“人畜共患疾病”频频突袭人类，似乎在提醒我们——微生物远在人类出现之前就存在于这个星球了，对此，我们人类更像是地球的客人。 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。 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。 二、人类的朋友 相生相克般，人类进步的历史，就是和微生物艰难较量的历史。而随着人类文明的进步和科学的发达，人类在这种较量中越来越主动。一方面，人类离不开微生物，而且在数千年的文明史中，产生了许多巧妙利用微生物活动改善人类生活质量的微生物技术，例如几千年来中国人每天开门的七件事是柴、米、油、盐、酱、醋、茶，其中至少酱和醋是微生物的直接贡献。后来人们维系健康的抗病利器抗生素也是利用微生物生产的；另一方面，人类在防治病菌侵害中取得了节节胜利。概括而言，从人类的角度来看，人类和微生物的关系就是最大限度地利用有益的微生物和控制有害微生物。 人类应用有益微生物的历史非常久远。远古时代，人们从水果和粮食腐败过程中学会了酿酒，是人类利用微生物的开始。后来人们又学会了制造酸奶和发面烤制面包，酿造醋和酱油、腐乳等。这些古老的技术今天虽然经历了不断改良的过程，以至于今天已经不是原来天然状态的产品，但是我们仍然深切地体会到，没有微生物为我们制造的美味佳酿，我们的生活将会多么乏味。 利用现代技术来生产微生物产品开始于19世纪后期。由于以巴斯德为代表的一批科学家长期艰苦的探索，证明利用不同的微生物引起的不同化学反应，产生不同的发酵产物，从此开始主动利用微生物来生产酒精、乳酸、甘油、丙酮丁醇、柠檬酸等。第二次世界大战后期青霉素的发现和大规模生产，使人类利用微生物生产有用产品的工艺和设备开始定型，生产效率大为提高；由于遗传学的发展和诱变技术的应用，微生物的生产潜力得到相当程度的发掘。青霉素的发现和大规模生产，不仅为世界带来了一个年产值达数百亿美元的抗生素产业，更重要的是使人类平均寿命延长了整整10周岁，而且为人类利用微生物进行大规模生产提供了一个成功的典范。40年代后，柠檬酸、乳酸、维生素和一系列微生物产品相继问世，由于它们具有更优越的市场竞争力，逐渐取代了过去繁琐的化工生产。 微生物不仅提供许多产品，由于它们不断被发现的能力，还被用于环境保护，例如清除海上石油污染、分解各种垃圾和环境中的有害物质，固定二氧化碳，改善农田肥力等等。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。 - 1 - 本文来源：https://www.dywdw.cn/e9dd573b17791711cc7931b765ce0508763275ac.html
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2022-10-17
