微生物的利用与开发

1、微生物的利用与开发 一、海洋微生物 据估计地球上约有3 000多万种物种，目前已知的仅有150多万种。而海洋占地球面积的71，总水量的97，又是人类生命的摇篮，它拥有地球上物种的80以上，陆地和淡水中所占物种少得多，但是，目前人类对生物资源的研究、开发和利用、恰恰相反，绝大多数都是以陆地和淡水中的物种为对象，微生物领域更是如此，因而提倡“下海”，大力开展海洋微生物的研究和利用。 1、积极探索海洋微生物独特性质的机理，索取其特有的产物及衍生物。许多海洋微生物常处于高压、高盐、高温或低温、低营养及无光照等极端环境，如嗜盐菌、嗜碱菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌等，研究其特性的机理，开发利用其各种特异的生

2、物活性物质。例如，正在研究生活在深海火山口热水环境中的激烈热球菌(Pyrococcusfurosus)，探索该菌最适生长温度在水的沸点左右的机理，开发其生物活性物质的用途，有的已成为海水净化、橡胶的处理和法医鉴定的产品。 2、加强研究海洋微生物基因组中的特殊基因组或基因。由于繁多类型的海洋微生物所处许多独特的生态环境，造就了适应特殊环境的各种基因组，有着各种各样功能的基因。加强这方面的研究，不仅为发展功能基因组学(functionalgenomics)作出贡献，也将可以在生产中应用，获得重大效益。例如：我国科学家进行了4种螺旋藻别兰蛋白基因的研究，基因重组的大肠杆菌产生的别藻兰蛋白对小鼠S18

3、0肉瘤有显著的抑制作用。有的科学家已从海洋耐高温的微生物中克隆到耐高 温的基因，这将可能对需要耐高温的生物和产品的研制，提供理论基础和条件，具有潜在的巨大实用价值。 3、充分利用海洋微生物资源，拓宽微生物学的应用领域。杜氏藻(Dunaela)生产具有医药保健、食品等广泛用途的夕胡萝卜素，我国、澳大利亚、美国等国家都在利用盐场、海水竟相开发生产，而杜氏藻细胞干重中除含9卢胡萝卜素，更含有29蛋白质，30甘油，18脂质、11糖类。这些物质如果充分利用，杜氏藻的价值则更高，很可惜，目前仅有少数厂商能综合利用其中的一、二种。L多巴黑色素(Ldopamelanin)是一种具有抗氧化、抗辐射、清除自由基、

4、选择性地体外抗病毒活性的生物多聚体化合物，海洋微生物中的一种假单胞菌产生这种黑色素，人们还利用它来促进海洋养殖业中的牡蛎幼虫和扇贝幼虫的附着功能，产生了显著的经济效益。此不仅扩大了海洋微生物的利用，也拓宽了微生物学的应用领域。 二、宇宙航行中微生物的开发利用 随着宇航业的发展和人们对宇宙事业兴趣的增加，宇宙生物学越来越受到重视，尤其是宇航医学。事实上，美国、俄国一直在大力研究，其他一些发达国家也在加紧研究。宇宙生物学包括研究宇宙中微生物的许多内容，例如，怎样识别其他星球上的微生物，宇宙飞行中的微生物的存活、生理、发育、变异和遗传，宇宙飞行器的灭菌，宇航员的检疫等理论、技术方法和开发应用的内容。

5、宇宙飞行中微生物的利用仅是其中研究的热点之一。为了解决宇航员呼吸的空气的再生和有机垃圾dovoraxfacilis，即敏捷氢单胞菌，敏捷假单胞菌)具有的特殊性能，它氧化飞行器中太阳能电解水所得的分子氢，利用空气中的氧作为电子受体，用获得的能量还原宇航员呼出的C02，并产生含57干重的蛋白质和5脂肪的细胞物质，可供宇航员利用。还采用飞行器中产生的废水和有机垃圾培养小球藻(Chlorella)，它也从宇航员呼出气中吸收C0>，并产生02和可利用的细胞物质。宇宙飞行器的容量有限，人类要在太空长期飞行或停留，需要一个很好的再生循环生态系统，微生物能在其中发挥重大作用。 太空微生物育种，是利用卫星

6、等宇宙飞行器的特殊环境，如与地球环境很不一样的微重力、高真空等因素，引起微生物的变异，筛选所希望得到的变异性状，使其遗传，最终获得高产、优质、低耗的生产菌种。如我国利用返回式卫星搭载试验，通过空间环境对双歧杆菌的处理，经筛选，已获得双歧杆菌变异株。它具有生长速度快、耐氧性强、抗辐射、对温度、过氧化氢和酒精的增量耐性较强、生物量也明显提高等优良性能。 三、微生物燃料电池 (microbialfuelcells) 又可称为微生物电池，所谓燃料电池就是把燃烧等化学反应产生的化学能转变为电能的装置。如果电池中发生的反应因微生物生命活动所致，而产生的电能装置，便是微生物电池。根据微生物与电池中电极的反应

7、形式，一般分为直接作用和间接作用构成的微生物电池。直接作用是指微生物同化底物时的初期和中间产物常富含电子，通过介体作用使它们脱离与呼吸链的偶联，转而直接与电极发生生物电化学联系(bioelectrochemicalconnection)，构成微生物电池；间接作用是指微生物同化底物时的终产物或二次代谢物为电活性物质，如氢、甲酸等，这类物质继而与电极作用，产生能斯脱效应(Nernsteffect)，构成微生物电池。微生物燃料电池的原理如。目前微生物电池 虽未达到实用化，但人们十分关注它可能利用的领域和重要的价值：由生物转换成效率高、价廉、长效的电能系统；利用废液、废物作燃料，用微生物电池净化环境，

8、而且产生电能；以人的体液为燃料，做成体内埋伏型的驱动电源微生物电池成为新型的体内起搏器；从转换能量的微生物电池可以发展到应用转换信息的微生物电池，即作为介体微生物传感器(mediatedmicrobiosenSOt)。 四、生物制品 生物制品种类繁多，一般可分为预防、治疗和诊断制品三大类。预防制品主要是疫苗，它包括由细菌、螺旋体、支原体等制成的菌苗，由病毒、立克次氏体和衣原体制成的疫苗和细菌外毒素经朋毒处理后制成的类毒素。疫苗虽有各种各样，但生产工艺大同小异。大概可分为四步：第一，严掐而慎重地采用生产菌种或病毒、或细胞，统称为培养物，也叫做减毒株或毒株。此培养物是从自然界筛选或人工制备的、包括

9、基因工程构建的。它应该具备有良好的免疫原性、可靠的安全性、遗传稳定性、清楚完整的历史及有关资料，如麻疹、脊灰、乙脑、伤寒、鼠疫、乙肝、甲肝等疫苗生产所采用的培养物。第二，选择安全而无毒害，适于培养物生长繁殖的培养基(或生物)，将培养物大量培养。严密地控制好培养条件，严防培养物污染，或泄漏培养物污染环境。第三，收集培养物、分离、纯化所需要的免疫有效成分，死疫苗则要灭活，有的免疫有效成分可添加适当佐剂，制备各种剂型，分装、冻干。第四，成品检验，主要有杂菌、安全、效力、物理性状、活菌计数或病毒含量、残余水分和真空度等检验。而且要强调的是疫苗的质量检验，应从用于生产的培养物、原材料和半成品的检查，直至

10、最终的成品检验，贯穿于生产的始终，生产的产品应完全符合法律规定的标准。治疗制品多数是利用细菌、病毒和生物毒素免疫动物制备的抗血清或抗毒素，而发达国家动物血清或抗毒素已被淘汰，取而代之的是人特异丙种球蛋白。单克隆抗体在应用上也正在由用于诊断而逐步走向治疗。而今还正在尝试用疫苗作为一种治疗药物，即治疗性疫苗，例如研究表明，DNA疫苗有可能被用来治疗癌症等疑难病症。诊断制品目前常用的大多数仍属于抗原或抗体。免疫诊断学与分子生物学、细胞生物学、微量化学、微电子技术、信息技术等结合，发展了各种电泳技术，各种载体凝集技术，各种标记技术和各种自动化检测仪器和设备等。促使微生物诊断由免疫学水平提高到分子水平，

11、单克隆抗体诊断制 品系列化、普及化，DNA探针、PCR技术、DNA芯片和分子克隆印迹技术逐步地推广应用。诊断制品正在发生着根本性的变革，更新换代势在必行。治疗制品、诊断制品的抗体、抗原物质或菌体(细胞)，它们的生产都与疫苗生产大同小异，不同的制品有其特殊技术或处理，剂型和使用方法也不相同。 生物制品在控制传染病斗争中发挥了巨大作用，但目前仍有相当多的传染病严重威胁人类健康和生命，还有原已基本控制的传染病，现又卷土重来，因此，预防、治疗和诊断的生物制品的研究任重道远。生物制品的发展趋势，除安全、效力、特异、敏感、快速、简便、副反应和自动化等要求很高外，还要发展多价疫苗，多功能生物制品，减少免疫针

12、次和费用。生物制品剂型和使用方法也应多样化，如喷雾型、缓释型，使用方法中的微凹板(microwellplat)、卡片式(card)、条状式(strip)和测杆(dipstick)等应研究开发。更要推进微生物学、免疫学与分子生物学结合，大量采用基因工程技术的新机遇，大力发展基因工程、细胞工程和蛋白质工程的生物制品，如不仅用微生物、细胞生产生物制品，还要用转基因动物、转基因植物和人工合成生产新一代生物制品，这已是必然趋势。随着抗生素的广泛使用，抗药性病原菌呈增长趋势，许多传染病(如肺结核、霍乱、腹泻、肺炎等)对现今使用的药物明显失去效果，连被医生们称为能够击败任何细菌感染的万古霉素对某些肠球菌菌株的感染也已不起作用，人类面临着病原菌的反扑和挑战。面对这一棘手的问题有些科学家开始考虑能否找到不使(或少使)病原菌产生抗药性的药物。随着分子生物学及免疫学的发展一些新的思路和途径开始出现，例如利用基因组技术对病原菌基因组顺序进行分析，以确定药物攻击的新目标，从而开发新的抗生素，或生理活性物质。此途径