當代微生物學的發展趨勢

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當代微生物學的發展趨勢

錄入時間:2011-7-6 14:31:28 來源：青島海博

當代微生物學的發展趨勢，一方面是由於分子生物學新技術不斷出現，使得微生物學研究得以迅速向縱深發展，已從細胞水平、酶學水平逐漸進入到基因水平、分子水平和後基因組水平。另一方面是大大拓寬了微生物學的宏觀研究領域，與其他生命科學和技術、其他學科交叉、綜合形成許多新的學科發展點甚至孕育新的分支學科。近 20 ～ 30 年來，微生物學研究中分子生物技術與方法的運用，已使微生物學迅速豐富著新理論、新發現、新技術和新成果。 C. Woese 1977 年提出並建立了細菌（ bacteria ）、古菌 (archaea) 和真核生物（ eucarya ）並列的生命三域的理論，揭示了古細菌在生物系統發育中的地位，創立了利用分子生物學技術進行在分子和基因水平上進行分類鑒定的理論與技術。微生物細胞結構與功能、生理生化與遺傳學研究的結合，已經進入到基因和分子水平，即在基因和分子水平上研究了微生物分化的基因調控，分子信號物質及其作用機制，生物大分子物質裝配成細胞器過程的基因調控，催化各種生理生化反應的酶的基因及其組成、表達和調控，闡明了蛋白質生物合成機制，建立了酶生物合成和活性調節模式，探查了許多核酸序列，構建了 100 多種微生物的基因核酸序列圖譜。如大腸桿菌（ Escheriachia coli ）的基因圖譜早已繪出， 1/3 多的基因產物已完成了生化研究， 80 ％的代謝途徑已有了解，染色體複製模式及調控方式已基本闡明，對許多操縱子的主要特徵已有描述，對大腸桿菌細胞高分子的合成已探明，並可以在試管中模擬，即進入了後基因組時期。對固氮酶合成基因及其活性已構建了調節模式，並在基因和分子水平上揭示了根瘤菌 — 豆科植物共生固氮體系中根瘤菌和豆科植物相互識別、共建有效根瘤及其調節。 DNA 重組技術的出現為構建具有特殊功能的基因工程菌提供了令人興奮的成果和良好的前景，已實現了利用基因工程微生物大量生產人工胰島素、干擾素和生長素等貴重藥物，形成了一個嶄新的生物技術產業。目前正有許多研究利用 DNA 重組技術改良和創建微生物新品種。微生物生態學的研究不僅拓寬了原有的土壤、污水、水域、地礦等環境並進入了宇宙空間和深入到微生物賴以生存的為環境，而且極大地關注了極端環境下的微生物生命活動，闡明了這些極端環境微生物具備的其他生物所沒有的性狀，形成了一個生命科學中的嶄新領域，為生命的起源、進化和系統發育的探索和闡明提供了大量有用的證據，也極大的豐富了自然界微生物種的多樣性。微生物作為環境污染物的「清道夫」和污染受損環境的生物修復者，它們對於部分污染物尤其是含芳香環的難降解物的分解和降解，也已從質粒、降解酶基因水平上加以闡明。微生物學的研究將日益重視微生物特有的生命現象。如極端環境中的生存能力，特異的代謝途徑和功能，化能營養、厭氧生活、生物固氮，不放氧光合作用等，對於這些生命過程中物質和能量運動基本規律的闡明將會給人們展示一個誘人的應用前景。由於微生物具有獨特和高效的生物轉化能力和產生多種多樣的有用的代謝產物，為人類的生存和社會的發展進步創造難以估量的財富，因此發展和促進微生物生物技術的應用即微生物產業化，如微生物疫苗、微生物藥品製劑、微生物食品、微生物保健品、可降解性微生物製品，等等，將是世界性的生物科學熱點，會得到極大的發展。因此，根據 21 世紀生命科學的發展趨勢和研究熱點，在目前已對少數微生物構建遺傳物理圖譜的基礎上，將會全面展開微生物基因組學和後基因組學的研究。微生物基因組的研究必將明顯的促進生物信息學的發展和包括比較生物學、分子進化學和分子生態學在內的生物學研究新時代的到來。對具有某種意義的微生物種、菌株進行全基因組的序列分析、功能分析和比較分析，明確其結構、表型、功能和進化等之間的相互關係。闡明微生物與微生物之間、微生物與其他生物之間、微生物與環境因素之間相互作用的分子機理及其控制本質基因機制，將會極大發展微生物分子生態學、環境微生物學、細胞微生物學、微生物資源學的發展。微生物學的研究技術和方法也將會在吸收其他學科的先進技術的基礎上，向自動化、計算機化、定向化和定量化發展，微生物信息學正在孕育中。技術上的重大突破，促使生物科學獲得前所未有的高速度發展，開闢斬新的研究領域，進入新的研究深度。使發育分子生物學、神經分子生物學、分子細胞學、分子生理學、分子生態和進化等學科領域的逢勃發展。為改造生物提供強有力的手段，從而使得在分子水平上得新設計、改造和創建新的生物形態和新的生物物種成為可能。基因工程的應用範圍可以擴大到食品、化工、環保、採礦、冶煉、材料、能源等眾多領域，具有誘人的開發前景。改變已有的基因甚至創造新的物種，這是一項前無古人的嶄新工作。 21 世紀是生命科學的世紀，生命科學中最活躍的微生物學無疑將有極大的突破性發展，對於推動人類文明的繼續進步和人類的可持續生存與發展具有重要影響。