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【科普小课堂】微生物的应用

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.10.26
信息摘要:
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…

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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。

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(以下图片均来源于网络)。

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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。

微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在,称为正常菌群 ,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,互惠互利。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。

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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。

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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 以及中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。

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