當代微生物學(xué)的發(fā)展趨勢

當代微生物學(xué)的發(fā)展趨勢，一方面是由于分子生物學(xué)新技術(shù)不斷出現，使得微生物學(xué)研究得以迅速向縱深發(fā)展，已從細胞水平、酶學(xué)水平逐漸進(jìn)入到基因水平、分子水平和后基因組水平。另一方面是大大拓寬了微生物學(xué)的宏觀(guān)研究領(lǐng)域，與其他生命科學(xué)和技術(shù)、其他學(xué)科交叉、綜合形成許多新的學(xué)科發(fā)展點(diǎn)甚至孕育新的分支學(xué)科。近 20 ～ 30 年來(lái)，微生物學(xué)研究中分子生物技術(shù)與方法的運用，已使微生物學(xué)迅速豐富著(zhù)新理論、新發(fā)現、新技術(shù)和新成果。 C. Woese 1977 年提出并建立了細菌（ bacteria ）、古菌 (archaea) 和真核生物（ eucarya ）并列的生命三域的理論，揭示了古細菌在生物系統發(fā)育中的地位，創(chuàng )立了利用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行在分子和基因水平上進(jìn)行分類(lèi)鑒定的理論與技術(shù)。微生物細胞結構與功能、生理生化與遺傳學(xué)研究的結合，已經(jīng)進(jìn)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(zhì)及其作用機制，生物大分子物質(zhì)裝配成細胞器過(guò)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(zhì)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(chǎn)物已完成了生化研究， 80 ％的代謝途徑已有了解，染色體復制模式及調控方式已基本闡明，對許多操縱子的主要特征已有描述，對大腸桿菌細胞高分子的合成已探明，并可以在試管中模擬，即進(jìn)入了后基因組時(shí)期。對固氮酶合成基因及其活性已構建了調節模式，并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(shù)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(shí)現了利用基因工程微生物大量生產(chǎn)人工胰島素、干擾素和生長(cháng)素等貴重藥物，形成了一個(gè)嶄新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前正有許多研究利用 DNA 重組技術(shù)改良和創(chuàng )建微生物新品種。

 

微生物生態(tài)學(xué)的研究不僅拓寬了原有的土壤、污水、水域、地礦等環(huán)境并進(jìn)入了宇宙空間和深入到微生物賴(lài)以生存的為環(huán)境，而且極大地關(guān)注了極端環(huán)境下的微生物生命活動(dòng)，闡明了這些極端環(huán)境微生物具備的其他生物所沒(méi)有的性狀，形成了一個(gè)生命科學(xué)中的嶄新領(lǐng)域，為生命的起源、進(jìn)化和系統發(fā)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(huán)境污染物的 “ 清道夫 ” 和污染受損環(huán)境的生物修復者，它們對于部分污染物尤其是含芳香環(huán)的難降解物的分解和降解，也已從質(zhì)粒、降解酶基因水平上加以闡明。

 

微生物學(xué)的研究將日益重視微生物特有的生命現象。如極端環(huán)境中的生存能力，特異的代謝途徑和功能，化能營(yíng)養、厭氧生活、生物固氮，不放氧光合作用等，對于這些生命過(guò)程中物質(zhì)和能量運動(dòng)基本規律的闡明將會(huì )給人們展示一個(gè)誘人的應用前景。由于微生物具有獨特和高效的生物轉化能力和產(chǎn)生多種多樣的有用的代謝產(chǎn)物，為人類(lèi)的生存和社會(huì )的發(fā)展進(jìn)步創(chuàng )造難以估量的財富，因此發(fā)展和促進(jìn)微生物生物技術(shù)的應用即微生物產(chǎn)業(yè)化，如微生物疫苗、微生物藥品制劑、微生物食品、微生物保健品、可降解性微生物制品，等等，將是世界性的生物科學(xué)熱點(diǎn)，會(huì )得到極大的發(fā)展。

 

因此，根據 21 世紀生命科學(xué)的發(fā)展趨勢和研究熱點(diǎn)，在目前已對少數微生物構建遺傳物理圖譜的基礎上，將會(huì )全面展開(kāi)微生物基因組學(xué)和后基因組學(xué)的研究。微生物基因組的研究必將明顯的促進(jìn)生物信息學(xué)的發(fā)展和包括比較生物學(xué)、分子進(jìn)化學(xué)和分子生態(tài)學(xué)在內的生物學(xué)研究新時(shí)代的到來(lái)。對具有某種意義的微生物種、菌株進(jìn)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(jìn)化等之間的相互關(guān)系。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(huán)境因素之間相互作用的分子機理及其控制本質(zhì)基因機制，將會(huì )極大發(fā)展微生物分子生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、細胞微生物學(xué)、微生物資源學(xué)的發(fā)展。

 

微生物學(xué)的研究技術(shù)和方法也將會(huì )在吸收其他學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)的基礎上，向自動(dòng)化、計算機化、定向化和定量化發(fā)展，微生物信息學(xué)正在孕育中。技術(shù)上的重大突破，促使生物科學(xué)獲得前所未有的高速度發(fā)展，開(kāi)辟斬新的研究領(lǐng)域，進(jìn)入新的研究深度。使發(fā)育分子生物學(xué)、神經(jīng)分子生物學(xué)、分子細胞學(xué)、分子生理學(xué)、分子生態(tài)和進(jìn)化等學(xué)科領(lǐng)域的逢勃發(fā)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(chuàng )建新的生物形態(tài)和新的生物物種成為可能�；�因工程的應用范圍可以擴大到食品、化工、環(huán)保、采礦、冶煉、材料、能源等眾多領(lǐng)域，具有誘人的開(kāi)發(fā)前景。改變已有的基因甚至創(chuàng )造新的物種，這是一項前無(wú)古人的嶄新工作。

 

21 世紀是生命科學(xué)的世紀，生命科學(xué)中最活躍的微生物學(xué)無(wú)疑將有極大的突破性發(fā)展，對于推動(dòng)人類(lèi)文明的繼續進(jìn)步和人類(lèi)的可持續生存與發(fā)展具有重要影響。