微生物是一群形體微小、肉眼看不見的生物，必須經(jīng)放大上千倍甚至數(shù)萬倍才能觀察到。那么，往往被視為無處不在的微生物該怎么研究呢?微生物又存在哪里呢?下面一起來了解下。

20世紀(jì)90年代后期開始了微生物基因組的研究。這項研究是從對微生物完整的全基因核苷酸測序入手，在分析基因結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，認(rèn)識微生物的完整生物學(xué)功能。 微生物基因組研究具有目標(biāo)明確、相對投入少、收效快、成果易于轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品等許多優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)微生物基因組已被國外學(xué)者報道，或正在測序，但還有一些我國特有的微生物資源，如投入力量進(jìn)行基因組研究，有可能很快獲得高起點(diǎn)的基地。

微生物無處不在

在微生物諸多特性中，最令人驚嘆的是它們具有極其多樣化的生理功能，可以在各種環(huán)境中生存：不僅在人或動植物體內(nèi)生存，還可在空氣稀薄的高空、高壓力的深海底和溫度高達(dá)90℃或-80℃的極端環(huán)境下生存，在礦井、油田、農(nóng)田，甚至沙漠中都有微生物的存在。因此微生物往往被視為“無處不在，無所不為”的生物。

微生物分類

一般將微生物分為真菌、放線菌、細(xì)菌、螺旋體、立克次體、衣原體、支原體和病毒。但隨著不斷發(fā)現(xiàn)新的微生物，種類還在不斷增多。病毒的種類(如流感病毒、肝炎病毒)在引起人類傳染病的各種病原體中占75%。放線菌是產(chǎn)生抗生素和微生物藥物的主要來源。細(xì)菌所致的嚴(yán)重人畜疾病仍占十分重要的地位，據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測，如無有效的防治措施，10年內(nèi)全球?qū)⒂?000萬人因結(jié)核病死亡，3億人受結(jié)核菌感染。在過去的20年中，又發(fā)現(xiàn)30多種新病原微生物，比如新近發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌是引起胃潰瘍的病因，從而徹底改變了潰瘍病的治療原則。蛋白質(zhì)傳染粒子(Prion)引起的人類克-雅病(Creutzfeldt?Jakob)和瘋牛病將微生物致病病因覆蓋的領(lǐng)域更進(jìn)一步拓寬。在人類向外星球擴(kuò)展的過程中，微生物這一生命活動方式極其多樣化的特殊生物群體，將在科技的理論研究和開發(fā)應(yīng)用中占有十分重要的地位。

20世紀(jì)利用

自從19世紀(jì)后期巴斯德在釀酒、蠶病及狂犬病疫苗方面發(fā)展了微生物生理學(xué)及其應(yīng)用以來，由病原微生物改造制成的預(yù)防疾病的疫苗是微生物對人類最突出的貢獻(xiàn)。迄今，天花是全球第一個、也是唯一被宣布為已消滅的疾病，這一成果應(yīng)歸功于疫苗的研制與應(yīng)用。對比研究其他疾病所耗的資金與精力，人類利用微生物所取得的成績可謂“短、平、快”。提出2000年前在全球范圍消滅小兒麻痹癥，進(jìn)而消滅麻疹，這均是微生物所致的疾病。伴隨產(chǎn)品的開發(fā)，疫苗產(chǎn)業(yè)已蓬勃發(fā)展并獲得了高額利潤。

1929年弗萊明在進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)時，偶爾觀察到青霉菌周圍有明顯的抑制金黃色葡萄球菌生長的“抑菌圈”，從而發(fā)現(xiàn)了青霉素，開創(chuàng)了抗生素研究的時代。直到1940年，弗羅里才獲得了可供人體使用的青霉素純品。此后，抗生素研究的熱潮引發(fā)了對微生物代謝的研究，陸續(xù)出現(xiàn)了鏈霉素、紅霉素、氯霉素、萬古霉素等。至今，以研究微生物中抗生素有效基因及其基因族、基因模塊(module)為核心的高科技藥物產(chǎn)業(yè)，以及以研究微生物代謝為基礎(chǔ)的發(fā)酵工業(yè)等已迅猛發(fā)展。微生物代謝產(chǎn)物的研究已超越了抗生素的范疇，成為發(fā)現(xiàn)新藥物的源泉，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種抗腫瘤藥物及免疫調(diào)節(jié)藥物。

此外，應(yīng)用微生物產(chǎn)物作為畜用添加劑，研究固氮菌及其質(zhì)粒以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，利用微生物處理垃圾及污水，用微生物處理廢棄的化學(xué)武器等均是微生物在各個領(lǐng)域的貢獻(xiàn)所在。

微生物與基因工程

基因工程的核心技術(shù)是基因重組與表達(dá)，而能準(zhǔn)確切割基因的酶(限制性內(nèi)切酶)和連接基因片段的酶(連接酶)的發(fā)現(xiàn)，為基因重組的操作提供了必要的前提條件。制作重組基因的載體和表達(dá)重組基因的受體也需要微生物，其中大腸桿菌就是我國生產(chǎn)重組干擾素和白細(xì)胞介素-2的工程菌?，F(xiàn)已取代人血漿來源的重組乙型肝炎疫苗，就是用酵母菌表達(dá)與生產(chǎn)的?？梢?，在高科技產(chǎn)業(yè)中，微生物也功不可沒。

由于微生物具有結(jié)構(gòu)簡單，基因組小，一般無內(nèi)含子，多數(shù)為無性繁殖，可人工培養(yǎng)等特點(diǎn)。因此，作為分子生物學(xué)及相關(guān)基礎(chǔ)生物學(xué)研究的材料，是一種良好的模式生物。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)及堿基配對學(xué)說都是建立在病毒研究基礎(chǔ)上的。對操縱子調(diào)控基因表達(dá)的模式及理論也是利用大腸桿菌研究而獲得的。最早進(jìn)行生物的基因組結(jié)構(gòu)分析也是從病毒開始的。至于逆轉(zhuǎn)錄病毒的發(fā)現(xiàn)則被認(rèn)為對生命起源的研究提供了重要資料。整個20世紀(jì)，共有57名諾貝爾獎金獲得者進(jìn)行的研究與微生物相關(guān)，由此可見微生物對生命科學(xué)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。

微生物基因組研究

20世紀(jì)90年代后期開始了微生物基因組的研究

微生物基因組研究

。這項研究是從對微生物完整的全基因核苷酸測序入手，在分析基因結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，認(rèn)識微生物的完整生物學(xué)功能。微生物基因組計劃(Microbial Genome Program)被認(rèn)為是生命科學(xué)領(lǐng)域的一項大工程。病毒作為最小的一種微生物，至1998年，全球已完成了572株病毒基因組的序列測定，覆蓋了主要病毒科的代表株。我國學(xué)者也完成了對痘苗病毒天壇株和甲、乙、丙、戊、庚型肝炎病毒株，以及兩株蟲媒病毒基因組的全序列測定。在痘苗天壇株基因中已發(fā)現(xiàn)與人細(xì)胞因子相關(guān)的受體編碼基因有開發(fā)前景。重組乙肝疫苗就是用病毒的表面抗原基因在酵母菌中表達(dá)而成的。在我國該疫苗的年產(chǎn)值達(dá)數(shù)億元。溶栓藥、重組鏈激酶就是利用鏈球菌編碼的鏈激酶基因表達(dá)，而制成的新型藥物，已獲較高的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前，對病毒基因組的研究已進(jìn)入后基因組研究階段，即基因功能的研究階段，研究重點(diǎn)已從基因組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)至對病毒與宿主細(xì)胞相互作用的功能性研究。我國學(xué)者通過分析病毒的某些基因結(jié)構(gòu)，已發(fā)現(xiàn)它們與病毒的復(fù)制性及免疫原性改變有關(guān)。法國學(xué)者羅杰蒙特(V.Rogenmotel)已將生物傳感器技術(shù)用于病毒與細(xì)胞受體的識別機(jī)理研究。利用這類研究策略可以開發(fā)新的診斷試劑。

細(xì)菌作為一類結(jié)構(gòu)和生命活動比病毒更復(fù)雜的微生物，正在進(jìn)入基因組研究的高潮階段。發(fā)達(dá)國家已對具有重要經(jīng)濟(jì)價值或重大社會效益的細(xì)菌基因組展開了緊鑼密鼓的核苷酸測序工作。到1999年2月，已完成了對15種細(xì)菌基因組的測序，其中包括幽門螺桿菌、結(jié)核桿菌、梅毒螺旋體、釀酒酵母菌、肺炎支原體等。尚有40余種細(xì)菌的基因組正在測序，預(yù)計將在2000年底完成。值得一提的是，美國已考慮允許微生物基因組的研究結(jié)果申請專利，而對人類基因組則應(yīng)盡早公開資料。其主要觀點(diǎn)是，微生物基因組研究成果轉(zhuǎn)入開發(fā)應(yīng)用周期短，具有更高的經(jīng)濟(jì)價值。

值得一提的是，微生物作為一種模式生物，隨著對其基因組的研究，將為揭示一系列諸如生命起源、生物發(fā)育和進(jìn)化等生命活動的重大基本問題提供極大的幫助。