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微生物對人類(lèi)最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類(lèi)疾病中有50％是由病毒引起。世界衛生組織公布資料顯示：傳染病的發(fā)病率和病死率在所有疾病中占據第一位。微生物導致人類(lèi)疾病的歷史，也就是人類(lèi)與之不斷斗爭的歷史。在疾病的預防和治療方面，人類(lèi)取得了長(cháng)足的進(jìn)展，但是新現和再現的微生物感染還是不斷發(fā)生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療藥物。一些疾病的致病機制并不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力，使許多菌株發(fā)生變異，導致耐藥性的產(chǎn)生，人類(lèi)健康受到新的威脅。一些分節段的病毒之間可以通過(guò)重組或重配發(fā)生變異，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與前次導致感染的株型發(fā)生了變異，這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐藥性結核桿菌的出現使原本已近控制住的結核感染又在世界范圍內猖獗起來(lái)。
微生物千姿百態(tài)，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結構發(fā)生不良變化。當然有些微生物是有益的，它們可用來(lái)生產(chǎn)如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必須通過(guò)顯微鏡放大約1000倍才能看到。比如中等大小的細菌，1000個(gè)疊加在一起只有句號那么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐敗的牛奶中約有5千萬(wàn)個(gè)細菌，或者講每夸脫牛奶中細菌總數約為50億。也就是一滴牛奶中可能含有50億個(gè)細菌。
微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發(fā)霉腐爛，但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青霉菌抑制其它細菌的生長(cháng)中發(fā)現了青霉素，這對醫藥界來(lái)講是一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現。后來(lái)大量的抗生素從放線(xiàn)菌等的代謝產(chǎn)物中篩選出來(lái)�？股氐氖褂迷诘诙问澜绱髴鹬型炀攘藷o(wú)數人的生命。一些微生物被廣泛應用于工業(yè)發(fā)酵，生產(chǎn)乙醇、食品及各種酶制劑等；一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等，并且可再生資源的潛力極大，稱(chēng)為環(huán)保微生物；還有一些能在極端環(huán)境中生存的微生物，例如：高溫、低溫、高鹽、高堿以及高輻射等普通生命體不能生存的環(huán)境，依然存在著(zhù)一部分微生物等等�？瓷先�，我們發(fā)現的微生物已經(jīng)很多，但實(shí)際上由于培養方式等技術(shù)手段的限制，人類(lèi)現今發(fā)現的微生物還只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物間的相互作用機制也相當奧秘。例如健康人腸道中即有大量細菌存在，稱(chēng)正常菌群，其中包含的細菌種類(lèi)高達上百種。在腸道環(huán)境中這些細菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物質(zhì)甚至藥物的分解與吸收，菌群在這些過(guò)程中發(fā)揮的作用，以及細菌之間的相互作用機制還不明了。一旦菌群失調，就會(huì )引起腹瀉。
隨著(zhù)醫學(xué)研究進(jìn)入分子水平，人們對基因、遺傳物質(zhì)等專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)也日漸熟悉。人們認識到，是遺傳信息決定了生物體具有的生命特征，包括外部形態(tài)以及從事的生命活動(dòng)等等，而生物體的基因組正是這些遺傳信息的攜帶者。因此闡明生物體基因組攜帶的遺傳信息，將大大有助于揭示生命的起源和奧秘。在分子水平上研究微生物病原體的變異規律、毒力和致病性，對于傳統微生物學(xué)來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)革命。
以人類(lèi)基因組計劃為代表的生物體基因組研究成為整個(gè)生命科學(xué)研究的前沿，而微生物基因組研究又是其中的重要分支。世界權威性雜志《科學(xué)》曾將微生物基因組研究評為世界重大科學(xué)進(jìn)展之一。通過(guò)基因組研究揭示微生物的遺傳機制，發(fā)現重要的功能基因并在此基礎上發(fā)展疫苗，開(kāi)發(fā)新型抗病毒、抗細菌、真菌藥物，將對有效地控制新老傳染病的流行，促進(jìn)醫療健康事業(yè)的迅速發(fā)展和壯大!
從分子水平上對微生物進(jìn)行基因組研究為探索微生物個(gè)體以及群體間作用的奧秘提供了新的線(xiàn)索和思路。為了充分開(kāi)發(fā)微生物（特別是細菌）資源，1994年美國發(fā)起了微生物基因組研究計劃（MGP）。通過(guò)研究完整的基因組信息開(kāi)發(fā)和利用微生物重要的功能基因，不僅能夠加深對微生物的致病機制、重要代謝和調控機制的認識，更能在此基礎上發(fā)展一系列與我們的生活密切相關(guān)的基因工程產(chǎn)品，包括：接種用的疫苗、治療用的新藥、診斷試劑和應用于工農業(yè)生產(chǎn)的各種酶制劑等等。通過(guò)基因工程方法的改造，促進(jìn)新型菌株的構建和傳統菌株的改造，全面促進(jìn)微生物工業(yè)時(shí)代的來(lái)臨。
工業(yè)微生物涉及食品、制藥、冶金、采礦、石油、皮革、輕化工等多種行業(yè)。通過(guò)微生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)抗生素、丁醇、維生素C以及一些風(fēng)味食品的制備等；某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、采油采礦等生產(chǎn)過(guò)程，甚至直接作為洗衣粉等的添加劑；另外還有一些微生物的代謝產(chǎn)物可以作為天然的微生物殺蟲(chóng)劑廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)。通過(guò)對枯草芽孢桿菌的基因組研究，發(fā)現了一系列與抗生素及重要工業(yè)用酶的產(chǎn)生相關(guān)的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態(tài)調節劑參與食品發(fā)酵過(guò)程，對其進(jìn)行的基因組學(xué)研究將有利于找到關(guān)鍵的功能基因，然后對菌株加以改造，使其更適于工業(yè)化的生產(chǎn)過(guò)程。國內維生素C兩步發(fā)酵法生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵菌株氧化葡萄糖酸桿菌的基因組研究，將在基因組測序完成的前提下找到與維生素C生產(chǎn)相關(guān)的重要代謝功能基因，經(jīng)基因工程改造，實(shí)現新的工程菌株的構建，簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本，繼而實(shí)現經(jīng)濟效益的大幅度提升。對工業(yè)微生物開(kāi)展的基因組研究，不斷發(fā)現新的特殊酶基因及重要代謝過(guò)程和代謝產(chǎn)物生成相關(guān)的功能基因，并將其應用于生產(chǎn)以及傳統工業(yè)、工藝的改造，同時(shí)推動(dòng)現代生物技術(shù)的迅速發(fā)展。
據資料統計，全球每年因病害導致的農作物減產(chǎn)可高達20％，其中植物的細菌性病害最為嚴重。除了培植在遺傳上對病害有抗性的品種以及加強園藝管理外，似乎沒(méi)有更好的病害防治策略。因此積極開(kāi)展某些植物致病微生物的基因組研究，認清其致病機制并由此發(fā)展控制病害的新對策顯得十分緊迫。經(jīng)濟作物柑橘的致病菌是國際上第一個(gè)發(fā)表了全序列的植物致病微生物。還有一些在分類(lèi)學(xué)、生理學(xué)和經(jīng)濟價(jià)值上非常重要的農業(yè)微生物，例如：胡蘿卜歐文氏菌、植物致病性假單胞菌以及中國正在開(kāi)展的黃單胞菌的研究等正在進(jìn)行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也剛剛測定完成。借鑒已經(jīng)較為成熟的從人類(lèi)病原微生物的基因組學(xué)信息篩選治療性藥物的方案，可以嘗試性地應用到植物病原體上。特別像柑橘的致病菌這種需要昆蟲(chóng)媒介才能完成生活周期的種類(lèi)，除了殺蟲(chóng)劑能阻斷其生活周期以外，只能通過(guò)遺傳學(xué)研究找到毒力相關(guān)因子，尋找抗性靶位以發(fā)展更有效的控制對策。固氮菌全部遺傳信息的解析對于開(kāi)發(fā)利用其固氮關(guān)鍵基因提高農作物的產(chǎn)量和質(zhì)量也具有重要的意義。
在全面推進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的同時(shí)，濫用資源、破壞環(huán)境的現象也日益嚴重。面對全球環(huán)境的一再惡化，提倡環(huán)保成為全世界人民的共同呼聲。而生物除污在環(huán)境污染治理中潛力巨大，微生物參與治理則是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有機物；還能處理工業(yè)廢水中的磷酸鹽、含硫廢氣以及土壤的改良等。微生物能夠分解纖維素等物質(zhì)，并促進(jìn)資源的再生利用。對這些微生物開(kāi)展的基因組研究，在深入了解特殊代謝過(guò)程的遺傳背景的前提下，有選擇性的加以利用，例如找到不同污染物降解的關(guān)鍵基因，將其在某一菌株中組合，構建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同時(shí)降解不同的環(huán)境污染物質(zhì)，極大發(fā)揮其改善環(huán)境、排除污染的潛力。美國基因組研究所結合生物芯片方法對微生物進(jìn)行了特殊條件下的表達譜的研究，以期找到其降解有機物的關(guān)鍵基因，為開(kāi)發(fā)及利用確定目標。
在極端環(huán)境下能夠生長(cháng)的微生物稱(chēng)為極端微生物，又稱(chēng)嗜極菌。嗜極菌對極端環(huán)境具有很強的適應性，極端微生物基因組的研究有助于從分子水平研究極限條件下微生物的適應性，加深對生命本質(zhì)的認識。
有一種嗜極菌，它能夠暴露于數千倍強度的輻射下仍能存活，而人類(lèi)一個(gè)劑量強度就會(huì )死亡。該細菌的染色體在接受幾百萬(wàn)拉德a射線(xiàn)后粉碎為數百個(gè)片段，但能在一天內將其恢復。研究其DNA修復機制對于發(fā)展在輻射污染區進(jìn)行環(huán)境的生物治理非常有意義。開(kāi)發(fā)利用嗜極菌的極限特性可以突破當前生物技術(shù)領(lǐng)域中的一些局限，建立新的技術(shù)手段，使環(huán)境、能源、農業(yè)、健康、輕化工等領(lǐng)域的生物技術(shù)能力發(fā)生革命。來(lái)自極端微生物的極端酶，可在極端環(huán)境下行使功能，將極大地拓展酶的應用空間，是建立高效率、低成本生物技術(shù)加工過(guò)程的基礎，例如PCR技術(shù)中的TagDNA聚合酶、洗滌劑中的堿性酶等都具有代表意義。極端微生物的研究與應用將是取得現代生物技術(shù)優(yōu)勢的重要途徑，其在新酶、新藥開(kāi)發(fā)及環(huán)境整治方面應用潛力極大。
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