讲座微生物影响人类历史进程那些事课件

微生物影响人类历史进程的那些事杨海花中国微生物学会副秘书长中国科学院微生物研究所研究员

2014年10月10日本系列科普讲座的目的：

了解微生物的特点了解生命体形成的原初条件理解微生物与人类生存的密切联系辩证思考微生物在人类的生活、生产中的有利和

有害的方面理解科学研究是对真相的无限接近，但是不等于

真相本身能够利用微生物的基本知识指导自己健康的生活

和学习微生物的概念及其特点：微生物(microorganism/microbe)一词是对所有形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞、甚至无细胞结构的低等生物的总称;或简单的说是对细小的、人们肉眼看不见的、只有借助于显微镜才能“看见”的生物的总称。这些微小的生物包括无细胞结构、不能独立生活的病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）、原核细胞结构的真细菌、古细菌和有真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌等），还包括原生动物和某些藻类。微生物的特点：种类多、数量大、分布广、繁殖快、基因组简单、易变异、代谢能力强、适应性强。大肠杆菌青霉酵母菌

1-2μm,G-

Ф3-10

μm

1-5---5-30μmSARS病毒流感病毒HIV侵染免疫细胞80-130nm

80-120nm

90-130nm

生命的起源人类的劫难人类的福星诺奖与微生物微生物影响人类历史进程的那些事

生命的起源

自然发生说

化学起源说

宇宙生命论(或泛生说)

宇生说

热泉生态系统19世纪前广泛流行的假说，认为“生命是从无生命物质自然发生的”。

比如，我国古代认为的“腐草化为萤”，“腐肉生蛆”等。在西方，亚里士多德（公元前384~公元前322年）就是一个自然发生论者。古人还通过“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，静置于暗处，21天后就会产生老鼠，并且让他惊讶的是，这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。

1860年，法国微生物学家巴斯德（LouisPasteur）用简单的实验彻底否定了自然发生说。【自然发生说】路易斯·巴斯德（公元1822-1895年），法国微生物学家、化学家。他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖等，奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，并开创了微生物生理学。在战胜狂犬病及鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。从此，整个医学迈进了细菌学时代，得到了空前的发展，人们的寿命因此而在一个世纪里延长了三十年之久。化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说

地球上的生命是在地球温度逐步下降以后，在极其漫长的时间内，由非生命物质经过极其复杂的化学过程，一步一步地演变而成的。

化学起源说将生命的起源分为四个阶段——米勒模拟实验（Miller’ssimulatedexperiment）：I,

从无机小分子生成有机小分子：

氢气、氨气、甲烷和水蒸汽通过加热、两极放电可产生多种氨基酸(最多17种）、有机酸和氰氢酸，证明由无机物合成小分子有机物在原始地球的条件下是完全可能的。有证据表明这种过程宇宙和其他天体中仍在发生。【化学起源说】II,从有机小分子物质生成生物大分子：

这一过程在原始海洋中发生，即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累、相互作用，在适当条件下（如黏土的吸附作用），通过缩合或聚合作用形成原始的蛋白质和核酸等生物大分子。1953年，美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成III,从生物大分子物质组成多分子体系：

蛋白质、多肽、核酸和多糖等形成团聚体，表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。团聚体具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸收某些分子作为底物，在酶的催化作用下发生特定的生化反应，其产物也能从团聚体中释放出去。IV,有机多分子体系演变为原始生命:

这一阶段是在原始的海洋中形成的，是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。目前，人们还不能在实验室里验证这一过程。主张“一切生命来自生命”，认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球，即“地上生命，天外飞来”。这一假说认为，宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径落在地球表面，即成为最初的生命起点。

〖质疑观点：现代科学（?）研究表明，在已发现的星球上，自然状况下是没有保存生命的条件的，因为没有氧气，温度接近绝对零度，又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等,因此任何“生命胚体”是不可能保存的。〗【宇宙生命论(或泛生说)】假说认为：地球上最早的生命或构成生命的有机物，来自于其他宇宙星球或星际尘埃:某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球，从而使地球有了初始的生命。

〖反对观点：宇宙空间的物理条件，如紫外线等各种高能射线以及温度等条件对生命都是致命的，而且，即使有这些生命，在它们随着陨石穿越大气层到达地球的过程中，也会因温度太高而被杀死。因此，像微生物孢子这一水平的生命形态看来是不大可能从天外飞来的。〗【生命起源的宇生说】但是，一些学者认为，一些构成生命的有机物完全有可能来自宇宙空间。1969年9月28日，科学家发现，坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸，其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的。科学研究表明，一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星际尘埃的表面产生，这些有机分子可能由彗星或其陨石带到地球上，并在地球上演变为原始的生命。

生命的起源可能与热泉生态系统有关，是20世纪70年代提出的观点。20世纪70年代末，科学家在东太平洋的加拉帕戈斯群岛（GalapagosIslands）附近发现了几十处深海热泉，在这些热泉里生活着众多新生物物种，包括管栖蠕虫、蛤类、古菌和细菌等种类繁多的生物群落。这些生物群落生活在一个高温（热泉喷口附近的温度达到300℃以上）、高压、缺氧、极酸和无光的环境中。其中化能自养型细菌（生物链的初级生产者）利用热泉喷出的硫化物（如H2S）去还原CO2而制造有机物，然后其他动物以这些细菌为食物而维持生存。【热泉生态系统】海底热泉生态圈奇异的生物种类深海喷液口海底烟囱蛟龙号热泉生态系统之所以与生命的起源相联系，主要基于以下的事实：

（1）现今所发现的古细菌，大多都生活在高温、缺氧（无氧）、含硫和偏酸的环境中，这种环境与热泉喷口附近的环境极其相似；

（2）热泉喷口附近不仅温度非常高，而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等，与地球形成时的早期环境相似。

科学性

正证或反证主体自然发生说

0(?) 微生物（培养）化学起源说

宇宙生命论

大气层中微生物的存在

宇生说

微生物孢子的抗性

热泉生态系统

微生物新种和新功能

生命的起源-微生物是地球上最早出现的生命形式古菌(Archaea)细菌(Bacteria)真菌(Fungi)原核微生物真核微生物无细胞生物病毒(virus)

生命的起源√人类的劫难人类的福星诺奖与微生物人类的劫难传染性疾病感染与癌变非传染性疾病中毒黑死病（鼠疫）首次大流行发生于公元6世纪。起源于中东公元542年，经埃及南部塞得港沿陆海商路传至北非、欧洲，几乎殃及当时所有国家。这次流行疫情持续了五六十年，极流行期每天死亡万人，死亡总数近一亿人，这次大流行导致了罗马帝国的衰落。第二次大流行起始于1347-1351年，黑死病横扫欧洲。造成全世界死亡人数高达7500万，其中欧洲死亡人数2500-5000万,（1/4-1/3)。此次流行此起彼伏持续近300年，遍及欧亚洲北海岸，尤以欧洲为甚。人类的劫难－传染性疾病鼠疫到1665年8月，每周死亡达2000人。直到几个月后一场大火（史称“伦敦大火灾”）烧毁了伦敦的大部分建筑，老鼠也销声匿记迹，鼠疫流行随之平息。社会影响：导致了农民起义、资本家的地位提高、宗教改革、婚姻观念改变，推动了文艺复兴运动

。

人类的劫难－传染性疾病第三次鼠疫大流行始于19世纪末（1894年），它是突然爆发的，至20世纪30年代达最高峰，总共波及亚洲、欧洲、美洲和非洲的60多个国家，死亡达千万人以上。

此次流行传播速度之快、波及地区之广，远远超过前两次大流行。目前，鼠疫共患状况还时有出现。

伍连德是我国著名的前辈医学家，是中华

医学会的创始人之一。1910年末，东北肺

鼠疫大流行，作为全权总医官，指挥并控

制了疫情；他又指挥控制了1919年哈尔滨

的霍乱大流行。《浴火危城》-温兆伦出演伍连德人类的劫难－传染性疾病马铃薯晚疫病1845-1852年，爱尔兰大饥荒：爱尔兰人口锐减四分之一。许多史学家将爱尔兰历史分为饥荒前、饥荒后两部分。研究发现感染土豆的是马铃薯晚疫病菌，

但是，与现代的

15个马铃薯晚疫病菌都不同。人类的劫难－传染性疾病结核病

自1882年德国微生物学家柯霍（Robert

Koch）发现结核杆菌以来，迄今因结核病死亡人数已达2亿。最新资料表明，全世界结核病死亡人数已由1990年的250万增至2000年的350万。75%的结核病死亡发生在最具生产力的年龄组（15至45岁），全球已有20亿人受到结核病感染，每年感染率为1%，即每年有约6500万人受到结核病感染。

中国500万感染者，每个患者每年可以传染10-15人

3月24日为“世界防治结核病日”百姓的知晓度耐多药及泛耐药性结核杆菌人类的劫难－传染性疾病流感

1918年，一场致命的流感“西班牙女郎”席卷全球，造成了2000万至5000万人死亡。传播速度快、范围广，从发病到死亡时间短，令人猝不及防。加速了第一次世界大战的结束。

作为一种由病毒引起的传染病，流感没有特效药可治，可以注射流感疫苗预防，有效率为70%至90%。由于流感病毒极其容易发生变异，每年流行的流感病毒类型不一样，因此必须每年注射疫苗才能发挥作用。人类的劫难－传染性疾病此后，世界上又出现过三次以上流感大流行：1957年开始的H2N2所致的“亚洲流感”，中国爆发1968年出现的H3N2所致的“香港流感”1977年发生的H1N1所致的“俄罗斯流感”。

“亚洲流感”及“香港流感”爆发期间，各年龄组均易感染，死亡率升高，65岁以上老年人尤为显著。在具有高危因素(如心肺疾病)的人群中也出现了较高的死亡率，这两次流感均波及世界多个地区。据美国公布的统计数字，在1957年“亚洲流感”流行期间，美国共有7万人因此死亡，全世界死亡人数100万；而在1968年“香港流感”流行期间，共有3.4万人在美国因感染致死，全世界死亡人数75万。1977年11月至1978年1月在苏联“俄罗斯流感”流行。1978年1月，“俄罗斯流感”开始在美国在校学生及征募的新兵中爆发流行。至1978年冬，其他许多国家也纷纷出现感染流行。天花天花原来只在“旧世界”（亚洲、欧洲和非洲）流行。

1526年，天花夺去了印加帝国皇帝卡帕克的生命，随即又夺去了原定皇位继承人库尤奇的生命，死亡导致了争夺权力的内战，接着大量土著印加人染病死亡，最终使印加帝国走向了灭亡。与此同时，曾有过2500万人口的阿兹特克帝国没有被西班牙军队彻底击溃，却在不断发作的天花瘟疫中几乎灭绝。人类的劫难－传染性疾病天花在17和18世纪，它是西方最严重的传染病，但是在历史上的影响却比不上鼠疫，这可能是因为其受害者以儿童为主（约1/10的儿童因天花夭折），活下来的成人大多已有免疫能力。天花是感染天花病毒引起的，无药可治，1980年世界卫生大会正式宣布天花被完全消灭，天花病毒在自然界已不存在。人类的劫难－传染性疾病登革热登革热是一种由伊蚊传播登革病毒所致的急性传染病。登革一词源于西班牙语，意为装腔作势。登革热是一种古老的疾病，20世纪登革热在世界范围内发生过多次大流行，患病人数多达数百万之多。

1998年时，登革热已成为仅次于疟疾的最重要的热带传染病。在东南亚地区呈地方性流行趋势，我国东南沿海地区及华南各省也发生过不同程度的流行。

截至2014年9月24日零时，今年全省共有17个地级以上市报告登革热病例7497例，累计病例数较去年同期上升1263.09%。死亡3例。人类的劫难－传染性疾病登革热-生物抑制9月23日巴西里约热内卢释放近万只感染沃尔巴克氏菌的蚊子，用来抑制登革热的传播。该实验于2012年启动，还在澳大利亚、越南和印度尼西亚开展。沃尔巴克氏菌可在60%的昆虫体内找到，可阻断登革热病毒在蚊子体内的繁殖，并不会传染到人体内。沃尔巴克氏菌具有极强的繁殖性。当被感染沃尔巴克氏菌的雄性蚊子授精时，体内没有该菌的雌性蚊子所排卵子不会形成幼虫。当雄性与雌性蚊子都携有沃尔巴克氏菌或只要雌性蚊子感染该菌，其后代都将携有沃尔巴克氏菌。人类的劫难－传染性疾病“西尼罗河”病毒

西尼罗河病毒是在1937年从乌干达西尼罗河区的一位妇女身上分离出来的，近年出现在欧洲和北美的温带区域。2002年的夏季，“西尼罗河”病毒在美国再次爆发，从1999年到2002年四年间，这种由蚊子传播的疾病，夺去了几十人的生命，100多人受到感染。

专家认为，每200个感染“西尼罗河”病毒的人中只有1个可能引发致命疾病，但对老人和慢性病患者等免疫系统较为脆弱的人，感染可能引发脑炎直至死亡。人类的劫难－传染性疾病艾滋病

艾滋病是“后天免疫缺损综合征”（AIDS）的英文简称。艾滋病毒终生传染，它破坏人的免疫系统，使人体丧失低抗各种疾病的能力。

1981年6月，美国疾病控制中心首先报道了5例这样的病例，他们都是同性恋者，随后，在美国和其他国家都陆续发现了类似症状的病人，后在全世界大规模传播开来。

艾滋病的社会、经济、生活方式、法律的影响。人类的劫难－传染性疾病埃博拉病毒

2000年10月14日在乌北部的古卢地区突发埃博拉病，51人被感染，其中31人死亡。埃博拉病是有史以来第一次在乌干达出现。这种病由埃博拉病毒通过身体接触传染。感染病毒的人出现高烧，肌肉剧烈疼痛，鼻腔、口腔和肛门出血等症状，有可能在24小时内死亡。据报道，乌干达的邻国苏丹和刚果曾先后在70年代和1995年流行过埃博拉病，不少人因此被夺去了生命。

起因引人深思。人类的劫难－传染性疾病埃博拉病毒（EBV）世界卫生组织发布的最新数据显示，截至9月16日，西非（尼日利亚、利比里亚、塞拉利昂和几内亚等国）地区累计出现埃博拉病毒确诊、疑似和可能感染病例4985例，2461人因病死亡。死亡率可达90%以上。多效性影响：医学界：药物（新药和试用药）和疫苗的研发经济：货物和人员的流动政治：死亡恐惧、动荡生活方式：改变国际关系：真正的朋友王洪权团队研制出小分子化学药物“jk-05”，能够选择性抑制埃博拉病毒的RNA聚合酶，从而抑制病毒复制。专家特别强调，该药物虽已完成临床前研究，并在适用于广谱抗流感时完成了临床安全性评价，但对于埃博拉出血热治疗，目前仍仅限于紧急情况下使用。发病人数排名疾病名称发病人数死亡人数1手足口病143653302病毒性肝炎120022533肺结核970391484其它感染性腹泻8576705梅毒3852296细菌性和阿米巴性痢疾2035707流行性腮腺炎1321518流行性感冒1141902014年8月全国法定传染病疫情概况人类的劫难－传染性疾病我国2014年8月传染性疾病的发病人数和死亡人数疾病名称发病人数死亡人数死亡人数排名艾滋病39979431肺结核970391482狂犬病95793病毒性肝炎120022534手足口病143653305梅毒3852296流行性乙型脑炎45696人类的劫难－传染性疾病现状：WHO报告，全球每年死于癌症的患者达7900万；中国2014年抽样调查肿瘤发病率达到（0.2%)，每年新发癌症病例309万人，因癌症死亡人数为196万；在城市中因肿瘤导致死亡的占死亡总数的25%。原因：1966年诺贝尔生理学与医学奖授予美国科学家哈金斯、劳斯（PeytonRous）:1909年劳斯与哈金斯用实验证明鸡肉瘤的发生与肿瘤滤液中存在的病毒有关。1911年，他们发现了能引起鸟类结缔组织生瘤的病毒，这种病毒命名为Rous病毒。这是癌的病毒理论的开始，成为探讨肿瘤和病毒的关系的现代肿瘤病病毒学的起点。人类的劫难－感染与癌变使人类致癌的病原体

人乳头瘤病毒感染导致宫颈癌幽门螺旋杆菌感染导致胃炎、胃癌的关系乙型肝炎病毒感染导致肝癌人类的劫难－感染与癌变人类的劫难传染性疾病√感染与癌变√非传染性疾病：黄曲霉素致癌中毒：毒红菇人类的福星抗生素生物活性物质食品地球垃圾清洁工溶瘤病毒（腺、牛痘新材料和清洁能源制造者你是谁？抗生素

1928年，英国细菌学家弗莱明（AlexanderFleming，1881-1955）发现了青霉素。1943年青霉素被广泛应用于临床。弗莱明，弗洛里，钱恩因发现青霉素及其临床效用，而共同获得诺贝尔奖。从此，开辟了人类利用微生物所产生的次级代谢产物为抗生素的新纪元。至今已经有几千种抗生素被发现、改造和应用。此后，大量生物活性物质（免疫调节、肿瘤抑制、细胞活化等）被发现和利用人类健康得到保障，人类的寿命不断被延长活着与生活生物活性物质抗病毒：抗肿瘤：阿糖胞苷抗心脑血管病：纳豆激酶延缓衰老和免疫调节等生理活性物质：SOD食品微生物本身作为食品：

食用覃菌（蘑菇等）、乳酸菌、酵母菌、藻类微生物发酵的产品：馒头、泡菜、酸奶

奶酪（公元前3000年，埃及）葡萄酒（公元前3500年酿造）食醋（中国2000年前），酱和酱油（1500年）豆腐乳、豆豉、纳豆有机酸、维生素、氨基酸地球垃圾清洁工地球上的物质和元素的循环极端环境微生物：高温、低温、高酸、高盐、高碱、高压、高辐射分解地球上最丰富的初级有机物：天然气、石油、木质素、纤维素有机废水和废弃物强有力的分解者和转化者，产生沼气等有用物质

新材料和清洁能源制造者生物降解材料：聚β羟丁酸(PHB)能源：沼气微生物电池：底盘微生物和合成生物学

人工合成生物体系环境健康新医药绿色农业新材料新能源化工生命的本质与进化你是谁？每个人都携带着自己独有的菌群你可能成为肠道菌群的捐助者免疫作用：正常菌群能刺激宿主产生免疫和清除功能营养作用：双岐杆菌、乳酸杆菌、大肠埃希菌，产生维生素、参与蛋白质、糖类的代谢。排毒作用：双岐杆菌能够使革兰氏阴性细菌保持正常水平，减少内毒素吸收抗肿瘤作用：能清除、降解体内致癌因子，激活体内抗肿瘤细胞因子臭烘烘的“香饽饽”粪便移植渐为主流医学界接受－－

粪便移植为治疗很多疾病提供了新希望。MaxNieuwdorp准备了一份人类粪便以供移植。这种大规模替代肠道微生物菌群的方法也有助于治疗其他疾病，例如炎症性肠病、糖尿病和难以捉摸的慢性疲劳综合征。他们将对该病人进行结肠冲洗（希望借此也能清除艰难梭菌），并用来自捐赠者（她的儿子）的健康菌群替代。他们将她儿子的排泄物和盐水混合，通过插在鼻子上的一个薄塑料管，将混合物直接注射入病人的十二指肠。如何塑造一个健康向上的自己保持乐观、开朗、积极向上的心态选择适合自己的运动方式合理、均衡、健康的营养膳食定期身体检查：了解自己的身体变化掌握科学知识、内外兼修，珍爱自己诺奖与微生物1905RobertKoch炭疽病和结核病1907E.Buchner发现非细胞发酵现象1929A.Harden阐明糖的发酵过程以及酶和辅酶的作用

1946L.H.Northrop制备纯净状态的酶和病毒蛋白质

1965FrançoisJacob,AndréLwoff,JacquesMonodfortheirdiscoveriesconcerninggeneticcontrolofenzymeandvirussynthesis1966PeytonRous

forhisdiscoveryoftumour-inducingviruses1968RobertW.Holley,HarGobindKhorana,MarshallW.Nirenbergfortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis

1975DavidBaltimoreRenatoDulbecco,HowardMartinTeminfortheirdiscoveriesconcerningtheinteractionbetweentumourvirusesandthegeneticmaterialofthecell1993PhilipShar