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【專家解說】：微生物對人類最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類疾病中有50%是由病毒引起。世界衛(wèi)生組織公布資料顯示:傳染病的發(fā)病率和病死率在所有疾病中占據(jù)第一位。微生物導致人類疾病的歷史，也就是人類與之不斷斗爭的歷史。在疾病的預防和治療方面，人類取得了長足的進展，但是新現(xiàn)和再現(xiàn)的微生物感染還是不斷發(fā)生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療藥物。一些疾病的致病機制并不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力，使許多菌株發(fā)生變異，導致耐藥性的產(chǎn)生，人類健康受到新的威脅。一些分節(jié)段的病毒之間可以通過重組或重配發(fā)生變異，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與前次導致感染的株型發(fā)生了變異，這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐藥性結(jié)核桿菌的出現(xiàn)使原本已近控制住的結(jié)核感染又在世界范圍內(nèi)猖獗起來。 微生物千姿百態(tài)，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結(jié)構發(fā)生不良變化。當然有些微生物是有益的，它們可用來生產(chǎn)如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必須通過顯微鏡放大約1000 倍才能看到。比如中等大小的細菌，1000個疊加在一起只有句號那么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐敗的牛奶中約有5千萬個細菌，或者講每夸脫牛奶中細菌總數(shù)約為50億。也就是一滴牛奶中可有含有50 億個細菌。 微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發(fā)霉腐爛，但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青霉菌抑制其它細菌的生長中發(fā)現(xiàn)了青霉素，這對醫(yī)藥界來講是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)。后來大量的抗生素從放線菌等的代謝產(chǎn)物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰(zhàn)中挽救了無數(shù)人的生命。一些微生物被廣泛應用于工業(yè)發(fā)酵，生產(chǎn)乙醇、食品及各種酶制劑等;一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等，并且可再生資源的潛力極大，稱為環(huán)保微生物;還有一些能在極端環(huán)境中生存的微生物，例如:高溫、低溫、高鹽、高堿以及高輻射等普通生命體不能生存的環(huán)境，依然存在著一部分微生物等等?？瓷先ィ覀儼l(fā)現(xiàn)的微生物已經(jīng)很多，但實際上由于培養(yǎng)方式等技術手段的限制，人類現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的微生物還只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物間的相互作用機制也相當奧秘。例如健康人腸道中即有大量細菌存在，稱正常菌群，其中包含的細菌種類高達上百種。在腸道環(huán)境中這些細菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物質(zhì)甚至藥物的分解與吸收，菌群在這些過程中發(fā)揮的作用，以及細菌之間的相互作用機制還不明了。一旦菌群失調(diào)，就會引起腹瀉。 隨著醫(yī)學研究進入分子水平，人們對基因、遺傳物質(zhì)等專業(yè)術語也日漸熟悉。人們認識到，是遺傳信息決定了生物體具有的生命特征，包括外部形態(tài)以及從事的生命活動等等，而生物體的基因組正是這些遺傳信息的攜帶者。因此闡明生物體基因組攜帶的遺傳信息，將大大有助于揭示生命的起源和奧秘。在分子水平上研究微生物病原體的變異規(guī)律、毒力和致病性，對于傳統(tǒng)微生物學來說是一場革命。 以人類基因組計劃為代表的生物體基因組研究成為整個生命科學研究的前沿，而微生物基因組研究又是其中的重要分支。世界權威性雜志《科學》曾將微生物基因組研究評為世界重大科學進展之一。通過基因組研究揭示微生物的遺傳機制，發(fā)現(xiàn)重要的功能基因并在此基礎上發(fā)展疫苗，開發(fā)新型抗病毒、抗細菌、真菌藥物，將對有效地控制新老傳染病的流行，促進醫(yī)療健康事業(yè)的迅速發(fā)展和壯大! 從分子水平上對微生物進行基因組研究為探索微生物個體以及群體間作用的奧秘提供了新的線索和思路。為了充分開發(fā)微生物(特別是細菌)資源，1994年美國發(fā)起了微生物基因組研究計劃(MGP)。通過研究完整的基因組信息開發(fā)和利用微生物重要的功能基因，不僅能夠加深對微生物的致病機制、重要代謝和調(diào)控機制的認識，更能在此基礎上發(fā)展一系列與我們的生活密切相關的基因工程產(chǎn)品，包括:接種用的疫苗、治療用的新藥、診斷試劑和應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種酶制劑等等。通過基因工程方法的改造，促進新型菌株的構建和傳統(tǒng)菌株的改造，全面促進微生物工業(yè)時代的來臨。 工業(yè)微生物涉及食品、制藥、冶金、采礦、石油、皮革、輕化工等多種行業(yè)。通過微生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)抗生素、丁醇、維生素C以及一些風味食品的制備等;某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、采油采礦等生產(chǎn)過程，甚至直接作為洗衣粉等的添加劑;另外還有一些微生物的代謝產(chǎn)物可以作為天然的微生物殺蟲劑廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通過對枯草芽孢桿菌的基因組研究，發(fā)現(xiàn)了一系列與抗生素及重要工業(yè)用酶的產(chǎn)生相關的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑參與食品發(fā)酵過程，對其進行的基因組學研究將有利于找到關鍵的功能基因，然后對菌株加以改造，使其更適于工業(yè)化的生產(chǎn)過程。國內(nèi)維生素C兩步發(fā)酵法生產(chǎn)過程中的關鍵菌株氧化葡萄糖酸桿菌的基因組研究，將在基因組測序完成的前提下找到與維生素C生產(chǎn)相關的重要代謝功能基因，經(jīng)基因工程改造，實現(xiàn)新的工程菌株的構建，簡化生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本，繼而實現(xiàn)經(jīng)濟效益的大幅度提升。對工業(yè)微生物開展的基因組研究，不斷發(fā)現(xiàn)新的特殊酶基因及重要代謝過程和代謝產(chǎn)物生成相關的功能基因，并將其應用于生產(chǎn)以及傳統(tǒng)工業(yè)、工藝的改造，同時推動現(xiàn)代生物技術的迅速發(fā)展。 農(nóng)業(yè)微生物基因組研究認清致病機制發(fā)展控制病害的新對策 據(jù)資料統(tǒng)計，全球每年因病害導致的農(nóng)作物減產(chǎn)可高達20%，其中植物的細菌性病害最為嚴重。除了培植在遺傳上對病害有抗性的品種以及加強園藝管理外，似乎沒有更好的病害防治策略。因此積極開展某些植物致病微生物的基因組研究，認清其致病機制并由此發(fā)展控制病害的新對策顯得十分緊迫。 經(jīng)濟作物柑橘的致病菌是國際上第一個發(fā)表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類學、生理學和經(jīng)濟價值上非常重要的農(nóng)業(yè)微生物，例如:胡蘿卜歐文氏菌、植物致病性假單胞菌以及我國正在開展的黃單胞菌的研究等正在進行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也剛剛測定完成。借鑒已經(jīng)較為成熟的從人類病原微生物的基因組學信息篩選治療性藥物的方案，可以嘗試性地應用到植物病原體上。特別像柑橘的致病菌這種需要昆蟲媒介才能完成生活周期的種類，除了殺蟲劑能阻斷其生活周期以外，只能通過遺傳學研究找到毒力相關因子，尋找抗性靶位以發(fā)展更有效的控制對策。固氮菌全部遺傳信息的解析對于開發(fā)利用其固氮關鍵基因提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量也具有重要的意義。 環(huán)境保護微生物基因組研究找到關鍵基因降解不同污染物 在全面推進經(jīng)濟發(fā)展的同時，濫用資源、破壞環(huán)境的現(xiàn)象也日益嚴重。面對全球環(huán)境的一再惡化，提倡環(huán)保成為全世界人民的共同呼聲。而生物除污在環(huán)境污染治理中潛力巨大，微生物參與治理則是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有機物;還能處理工業(yè)廢水中的磷酸鹽、含硫廢氣以及土壤的改良等。微生物能夠分解纖維素等物質(zhì)，并促進資源的再生利用。對這些微生物開展的基因組研究，在深入了解特殊代謝過程的遺傳背景的前提下，有選擇性的加以利用，例如找到不同污染物降解的關鍵基因，將其在某一菌株中組合，構建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同時降解不同的環(huán)境污染物質(zhì)，極大發(fā)揮其改善環(huán)境、排除污染的潛力。美國基因組研究所結(jié)合生物芯片方法對微生物進行了特殊條件下的表達譜的研究，以期找到其降解有機物的關鍵基因，為開發(fā)及利用確定目標。 極端環(huán)境微生物基因組研究深入認識生命本質(zhì)應用潛力極大 在極端環(huán)境下能夠生長的微生物稱為極端微生物，又稱嗜極菌。嗜極菌對極端環(huán)境具有很強的適應性，極端微生物基因組的研究有助于從分子水平研究極限條件下微生物的適應性，加深對生命本質(zhì)的認識。 有一種嗜極菌，它能夠暴露于數(shù)千倍強度的輻射下仍能存活，而人類一個劑量強度就會死亡。該細菌的染色體在接受幾百萬拉德a射線后粉碎為數(shù)百個片段，但能在一天內(nèi)將其恢復。研究其DNA修復機制對于發(fā)展在輻射污染區(qū)進行環(huán)境的生物治理非常有意義。開發(fā)利用嗜極菌的極限特性可以突破當前生物技術領域中的一些局限，建立新的技術手段，使環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、健康、輕化工等領域的生物技術能力發(fā)生革命。來自極端微生物的極端酶，可在極端環(huán)境下行使功能，將極大地拓展酶的應用空間，是建立高效率、低成本生物技術加工過程的基礎，例如PCR技術中的TagDNA聚合酶、洗滌劑中的堿性酶等都具有代表意義。極端微生物的研究與應用將是取得現(xiàn)代生物技術優(yōu)勢的重要途徑，其在新酶、新藥開發(fā)及環(huán)境整治方面應用潛力極大。