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微生物基因组研究：前景与目标 金奇 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生 物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓无处不 在，无处不有，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％ 是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾 病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。 在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感 染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致 病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株 发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间 可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大 流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设 计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核 感染又在世界范围内猖獗起来。 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。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， 互惠共生。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。在分子水平上 研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革 命。 以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿， 而微生物基因组研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物 基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制， 发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗，开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药 物，将对有效地控制新老传染病的流行，促进医疗健康事业的发展产生巨大影响。 牛痘疫苗的应用使人类历史上首次成功消灭了一种疾病--天花，而目前的基因 工程疫苗也为疾病的有效预防发挥了巨大作用，如乙肝病毒的预防等。 从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的 奥秘提供了新的线索和思路。为了充分开发微生物（特别是细菌）资源，1994年 美国发起了微生物基因组研究计划（MGP ）。通过研究完整的基因组信息开发和 利用微生物重要的功能基因，不仅能够加深对微生物的致病机制、重要代谢和调 控机制的认识，更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关的基因工程产 品，包括：接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于工农业生产的各种 酶制剂等等。通过基因工程方法的改造，促进新型菌株的构建和传统菌株的改造， 全面促进微生物工业时代的来临。 我国微生物基因组研究已经占据一定国际地位 由于微生物相对于其他生物体而言结构简单、基因组较小，因此研究周期短， 进展迅速。世界各国普遍参与并关注该领域的发展。目前病毒基因组研究已全面 进入功能基因的研究阶段；细菌基因组研究全面展开，在大量测序工作进行的同 时，功能基因组的研究也已在进行之中；部分真菌和小型原虫的基因组研究也逐 渐展开。从1995年国际上第一个细菌流感嗜血杆菌全基因组测定完成，在随后的 几年中，微生