微生物與人類健康問題范文

導語：如何才能寫好一篇微生物與人類健康問題，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：新課程標準 《微生物學》 教學

為了跟上中學新課程標準的實施步伐，目前師范類院校教育專業的各專業課的教學都做出了相應調整。棗莊學院（原棗莊師范專科學校）雖屬本科非師范類院校，但仍保留了部分教育專業，特別是生物教育專業。新課改的實施需要我們對相應的專業教學提出改革，本文主要對《微生物學》教學提出改革建議，希望對今后的《微生物學》教學有所幫助。

1 教學內容的對比分析

第一單元

第一章奇妙的生命現象

本章是中學生物學的開篇，包括“生物的基本特征”和“生物學的研究方法”兩節內容。引導學生從自身的生活經驗和認知水平出發，在常見的生命現象層面上總結生物的基本特征；讓學生通過重溫“巴斯德試驗”，體驗科學家進行科學探究的一般過程和基本方法，提高學生的探究能力，培養學生的科學思維習慣。

第二章嚴整的生命結構

本章共包括“顯微鏡的構造和使用”、“細胞的結構和功能”、“細胞的分裂和分化”、“多細胞生物體的結構層次”四節內容。本章的教學內容在大學教學中已基本包含。

在此列舉了第一單元部分內容做對比，由于篇幅有限，其它內容在此不一一列舉。

2教學過程中的改進方法

2.1 加強知識的系統性，提高學生理論水平。

《微生物學》是生命科學的專業必修課。通過本課程的學習，要求學生掌握微生物學的基本知識和基本理論，包括微生物的形態結構、生理特性、遺傳變異、基因表達的調控、生態分布、分類進化、物種多樣性、感染與免疫等；了解微生物在工業、農業、醫藥、環境保護等方面的實際應用以及微生物學在生物學發展中的作用；為全面學習生命科學的基本理論和實踐技術打下扎實的基礎。如果基礎理論知識缺乏系統性，將不利于學生全面掌握適應社會需求的基本知識和技能。因此無論在中學教學過程中還是在大學教學過程中，應進一步加強知識的系統性、整體性、連續性和前沿性。

中學第七冊（上）第三章“生物圈中的微生物”分別探討了三大微生物類群――病毒、細菌和真菌的形態結構、生命活動，使學生對微生物的生命活動有一個初步了解，此部分內容在大學課程《微生物學》的“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”等章節中有較為詳細的闡述和講解。此外，中學課標還要求學生能夠從微生物與疾病、微生物與醫藥、微生物與食品等多個方面舉例說明微生物與人類的關系，并進一步探究細菌、真菌在生物圈的作用。在大學課程《微生物學》“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”及“微生物生態”等章節均有“微生物與人類的關系”內容的簡述，但重點集中在細菌、病毒與人類及環境的關系上，至于其它微生物并沒有詳細、深入、系統的介紹相關內容，在講述過程中往往被教師簡略或忽略了。在大學課程教學中教師應引導學生去查閱相關資料，主動地去探索“微生物與人類的關系”，幫助學生更好地理解微生物與人類活動的密切關系，了解微生物在人類活動中的重要性，并積極參與保護生物多樣性、維持生態平衡。

中學第七冊（下）第六章“免疫與健康”介紹了人類免疫學的基本知識。其中人體的免疫功能、人體的特異性免疫和非特異性免疫、計劃免疫的意義、傳染病的病因及傳播途徑和預防措施等內容在大學課程《微生物學》“免疫學基礎知識”一章中已有系統介紹。有關常見的寄生蟲病、細菌性傳染病、病毒性傳染病、安全用藥常識等內容在大學課程中應進一步拓展和加強，因為“傳染與免疫”和我們的生活很貼近，在《微生物學》中簡短的篇幅很難講清楚，因此建議將《微生物學》“傳染與免疫”這一章刪除，在掌握微生物學知識的基礎上增開《免疫學》課程。

另外，生命科學飛速發展，有關微生物學的研究更是日新月異，短時期內教材又無法改變，因此，在教學過程中教師要及時掌握相關研究領域的最新進展，使微生物的教學具有前沿性，我們的知識才不會陳舊，使學生更容易適應時代的要求。

2.2 發揮實驗教學的特殊作用，提高學生的動手能力。

生命科學是一門以實驗為基礎的學科，實驗在生命科學教學中占有相當重要的地位。在中學新教材中廣泛地采用了過程模式和情境模式，通過加強實驗和創設情景來培養學生的觀察能力、實驗能力，培養學生對科學的探究能力和探究方法。

微生物學是一門實踐性很強的實驗科學，要求在教學中充分重視實驗課程，在高中《生物技術與實踐》“微生物的培養與應用”專題中涉及了大腸桿菌、纖維素分解菌等細菌分離純化技術，此項試驗技術在大學實驗教學“土壤微生物的分離純化”已包含。但在以往的大學實驗教學中，學生很難參與完整的實驗環節，實驗的設計、實驗材料的準備與獲得、實驗試劑的配置等，往往由實驗教師完成，學生只是被動地做實驗，因此對實驗技能的綜合運用能力、獨立動手能力欠缺。因此建議大學教學中加強實驗教學，適當增加各種探究活動，為學生提供多種可供選擇的方案，也可以讓學生自己提出探究的課題，自己設計和進行試驗尋找答案。使學生在掌握研究微生物的基本方法與實驗技術的基礎上，培養嚴謹的課學態度、創新精神與分析問題和解決問題的能力。

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關鍵詞：寵物；微生物；傳染病；共患病

中圖分類號：S855；S82 文獻標識碼：B 文章編號：1007-273X（2017）02-0008-02

隨著城鎮化的進展和人們生活節奏的加快，人類物質生活條件越來越好，但是由于閑暇時間的減少、居住模式的變化、網絡的影響，人們相互陪伴的時間減少，精神變得愈加空虛，為消除孤寂或出于娛樂而豢養寵物的數量隨之快速上升。以往的寵物一般是犬、貓等哺乳類動物或者鳥類，易喂養也容易與人互動。現在除了哺乳類、鳥類，還有爬行類、兩棲類、魚類、昆蟲類和節肢類等。寵物體內含有大量的微生物。穩定的微生物生態系統對寵物的健康成長意義重大。當體內微生物系統平衡被打破或者病原微生物入侵時，寵物的機體便遭受破壞。同時，當人們與寵物發生肢體接觸時，寵物體內攜帶的致病微生物可進入人體內，且與人類致病菌發生組合和變異的機會也相應增多。狂犬病、流行性出血熱、弓形蟲病、口蹄疫等都與寵物有關。而近年來因為抗生素的廣泛使用，使得致病微生物的耐藥性增強，病菌、病毒的基因突變加快，各種耐藥致病微生物不斷出現。目前使用的多數抗生素，已對人類和動物身上攜帶的致病微生物不起作用了。

1 胃腸道微生物

寵物胃腸道微生物對寵物機體的影響最為重要，是寵物體內微生物研究中最為熱門的研究方向。寵物體內胃腸道系統中存在數量巨大的微生物群落，在宿主胃腸道內形成微生態系統。

1.1 胃腸道微生物的作用

研究表明，消化道菌群、消化道環境與宿主三者之間相互影響、相互作用，共同參與食物代謝過程。這些微生物能有效幫助寵物避免感染，特別是胃腸道的感染，同時積極地與連接免疫細胞的黏膜相互作用[1]。另外，微生物菌群和宿主的共生可促進寵物的健康。因此，無菌寵物比具有完整胃腸道微生物群落的寵物更易感染疾病。隨著對胃腸道微生物研究的深入，腸道微生物對宿主營養代謝或免疫調節的作用已逐漸被人們認識并接受。

1.2 水生寵物胃腸道微生物

目前，高等寵物腸道微生物與宿主代謝、免疫的關系和調控機制已成為研究熱點。 然而對于水生寵物腸道微生物與宿主代謝、免疫的關系和調控機制的研究并不多。與陸生寵物相比，水生寵物處于更為復雜的生態環境之中， 其腸道微生物結構更為多樣、復雜。近幾年，國內外有一些學者對水生寵物腸道微生物開展了研究。主要研究方向不僅包括檢測樣品中微生物的組成，還包括水生寵物腸道微生物在宿主代謝、免疫中的作用。研究最早采用微生物純培養方法。但是純培養的方法在研究環境微生物組成時往往存在培養條件復雜或環境細菌難以進行純培養等問題。后來，分子生物學技術逐步被應用到水生寵物腸道微生物研究中，如變性梯度凝膠電泳、末端片段長度多態性等指紋圖。這些方法成本較低，但研究者難以通過這些技術直接了解樣品中微生物的組成信息。高通量測序技術可有效解決這一問題。

1.3 胃腸道微生物研究方法的進展

胃腸道微生物被認為是藥物、酶基因和其他新型產品的篩選來源。核酸分析表明，腸道中很大一部分微生物是無法體外培養的[2]， 因此要想全面認識腸道微生物， 就必須采用純培養方法。

目前，對寵物胃腸道微生物研究方法應用最廣也是最為基礎的方法便是胃腸道微生物純培養。但是純培養方法受到多種因素限制，如培養基選擇性、厭氧條件以及微生物相互作用等，導致至今通過純培養方法可培養的微生物仍然只為哺乳類寵物胃腸道微生物群落的10%～20%[3]。

近年來， 隨著分子生物W的發展應用，分子微生態技術使胃腸道微生態學研究迅速發展，其中應用最為廣泛的是16SrRNA/DNA雜交和PCR技術[4]。但這一技術也存在局限，它無法探究寵物胃腸道中未培養微生物的遺傳、代謝與生理免疫等情況。

2 微生物類傳染病

2.1 常見寵物傳染病

2.1.1 貓抓病 貓抓病是細菌性疾病，具有感染性，由巴爾通體菌屬中的B.henselae感染所致的亞急性自限性傳染病。如果被貓抓、舔或者咬傷皮膚后容易感染得病。貓、狗是該病的常見傳染源，尤其幼貓更易傳染。

2.1.2 狂犬病 狂犬病是由狂犬病毒引起的一種中樞神經系統急性傳染病，又稱恐水癥。一般通過病獸齒咬而傳染，如病犬病貓。目前沒有有效的治療，所以只能通過給寵物貓狗注射疫苗以降低傳染。

2.1.3 鼠咬熱 鼠咬熱一般由家鼠咬傷引起，其次為貓、犬、豬等，病原體是小型螺旋菌或念珠狀桿菌。治療用紅霉素，以防鼠為主。

2.2 非常見寵物傳染病

2.2.1 兔熱病 兔熱病由土拉倫斯桿菌引起，主要傳染源是兔和鼠類。鏈霉素效果最好，也可以用慶大霉素、四環素、氯霉素治療。同時做好在流行地區接種減毒活疫苗。

2.2.2 馬鼻疽 馬鼻疽是一種由馬鼻疽假單胞桿菌引起的馬、驢及騾的傳染病，人因接觸病畜感染，馬是主要傳染病，次之為山羊、豬和狗。因此，對患者要做好隔離治療。預防首先隔離和處理病馬，重視對該病的預防知識宣傳。

3 微生物類疾病的預防與控制

3.1 抗微生物藥品

抗微生物藥品多年前便已投入臨床獸醫使用中。抗微生物藥是指可抑制或殺滅病原微生物的藥劑，主要適用于全身感染。抗微生物藥包括抗生素、化學合成抗菌藥、抗真菌藥與抗病毒藥。從1950年起，已有大量試驗表明，抗微生物類藥物具有免疫調節作用，能增強或減弱機體免疫功能[5]，但是抗微生物藥品的不合理使用和濫用問題嚴重，常造成治療失敗、不良反應增多、藥品浪費、細菌耐藥性產生[6]、獸藥殘留[7]等問題。

對此，有研究表明藥代動力學（Pharmacokinetics，PK）和藥效動力學（Pharmacodynamics，PD）研究可以為抗微生物藥品的合理應用提供依據。PK-PD可以描述藥物對微生物產生效應的時間動力學過程及時間作用類型，對評價藥物的有效性、推測最佳治療劑量和用藥間隔、不良反應最小化以及避免或減少藥物耐藥性都有指導性的作用。因此，PK-PD研究制定最佳臨床給藥方案具有重要的理論和實際意義[7]。PK-PD研究近年來才投入臨床獸藥應用中，較人藥在此領域中的研究差距較大，需開展各種試驗來獲得相關數據，進而進行獸藥給藥方案的優化。

為減少獸用抗微生物藥的使用對全球抗微生物藥耐藥性問題的影響需要采取一些有效措施，包括預警原則，例如禁止或限制給寵物使用一些對人至關重要的抗微生物藥物。預防原則也是有效措施之一，如抗微生物藥物使用前增加藥敏感性試驗、優先使用窄譜獸用抗微生物藥、優化獸用微生物藥物給藥方案[8]。以上措施都是旨在消除寵物的病原微生物。但是耐藥決定的主要來源不是病原微生物而是共生微生物。而且，目前給寵物使用的抗微生物藥物作用和分布的低選擇性會使寵物胃腸道的正常菌群受到影響。創新綠色抗微生物藥是一類新型的獸用抗微生物藥，對環境中的耐藥因子幾乎沒有生態學影響是該類藥物的顯著特點[9]。新型創新綠色抗微生物藥需同時具備藥動學和藥效學選擇性。首先，要求該藥物主要分布在靶向微生物所在位置。其次，需對使用該藥的寵物的共生微生物和環境生態系統沒有藥效作用。

3.2 共患病有效防控

迄今為止，新老重大共患病的流行因素依然存在，公共衛生突發事件時有發生，這與近百年來人類生產生活方式的巨大轉變有著密切的聯系但人醫和獸醫一體化公共衛生體系的缺位，某種程度上嚴重制約了新患病的有效防控。

傳統思想的根深蒂固導致人醫和獸醫之間缺乏有效合作，協調不足。它們隸屬于兩個獨立的行政主管部門，機構編制和人員設置的不同使它們難以進行有效的溝通和合作。這種情況也存在于人醫和獸醫的科研管理和科研活動當中。獸醫應受重視，理由有三點：一是獸醫對重大疫情先知先覺。二是獸醫是重大疫情的第一道防火墻。多數重大動物疫情往往是從動物傳播到人，只要遏制疫情在動物中的暴發和流行，就能及時為人類建立起第一道防火墻，阻止它向人類蔓延。三是獸醫是重大疫病凈化和消滅的關鍵。共患病凈化工作的重點應著力于易感動物，同時做好易感染人群的隔離工作。一旦發現重大疫情在動物中的傳播，應及時撲殺，并做好無害化處理。

參考文獻：

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1腸道微生物概述

人體正常的腸道微生物群落主要由細菌、古菌和真核生物等構成，其中99%都是不能通過傳統方法培養的。這些微生物平均重量約1.5kg，相當于肝臟的重量，數目達1012~1014個，是人體自身細胞數目的10倍。我國華大基因公司針對歐洲人群的腸道微生物宏基因組測序證實，人類腸道微生物基因數目是人類基因的150倍，其中超過99%的基因來自細菌，共發現1000-1150種常見細菌，其中78%是新發現的。人類腸道微生物宏基因組分為以擬桿菌屬、普里沃菌屬和瘤胃球菌屬為代表的3個腸型。該研究認為腸型和血型一樣，與年齡、性別、種族、體重指數以及地域環境無相關性。

腸道微生物構成具有時間和空間特異性。新生兒在出生后幾小時內即有產道來源的細菌在腸道定植，順產嬰兒早期腸道微生物構成與母親陰道內微生物構成具有相似性，而剖宮產嬰兒則不同[5]。1歲左右嬰兒的腸道微生物即可達健康成人水平。人體腸道內的微生物絕大部分定植于結腸，數目達1012cfu/ml，空腸、回腸及十二指腸含量依次降低，分別為107、104、103cfu/ml，并且各部位富含的微生物種類也存在差異。另外，腸道黏膜和糞便相關微生物的構成也不盡相同。

2腸道微生物與消化系統疾病

2.1炎癥性腸病（IBD)IBD是一種病因尚不明確的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎（UC)和克羅恩病（CD)。該病通常反復發作、遷延不愈，目前臨床上仍無特效的治療手段。近年研究認為腸道微生物及其代謝產物、宿主基因易感性以及宿主腸道黏膜天然性或者獲得性免疫應答失衡等3個方面共同參與了IBD的發病機制。

基于動物模型的研究證實了腸道在無菌環境下不會出現炎癥，但如重新恢復腸道正常菌群狀態，則可出現腸道炎癥，提示腸道菌群成分的存在對IBD發病是不可或缺的。有研究證實，回腸黏膜上皮黏膜侵襲性大腸埃希菌、副結核分枝桿菌與CD關系密切；沙門菌屬、空腸彎曲菌屬等相關致病菌感染可能增加IBD發生或復發的風險[11]。腸道微生物代謝產物在IBD中也發揮著重要作用。例如：丁酸不僅是腸道上皮細胞能量的主要來源，也可阻止促炎癥細胞因子表達的信號傳遞途徑；產丁酸菌能改善大鼠模型腸道炎癥和壞死情況，給予大鼠產丁酸菌的培養上清液可改善腸道炎癥反應。有研究證實IBD患者腸道內柔嫩梭菌、球形梭菌等產丁酸菌含量減少，同時對丁酸的利用率降低。

目前，諸多研究已經證實IBD患者與健康個體的腸道微生物種類和豐度存在差異，IBD患者腸道微生物多樣性較健康人群顯著降低。Frank等利用基于宏基因組學策略的16SrDNA測序技術分析了CD和UC患者腸道各部位的菌群構成，證實CD和UC患者存在腸道菌群構成改變，主要表現為擬桿菌門和硬壁菌門含量降低。Ott等對IBD急性期患者結腸各部位的活檢標本菌群構成進行了基于16SrDNA的單鏈構型多態性檢測，發現CD患者腸道微生物多樣性降低至50%，UC患者降低至30%，腸道正常厭氧菌如擬桿菌屬、真細菌屬、乳桿菌屬等減少。Manichanh等對恢復期⑶患者糞便菌群構成進行了16SrDNA測序分析，結果發現⑶患者硬壁菌門多樣性顯著降低，特別是柔內梭菌、球形梭菌豐度較低，而擬桿菌門變化不大。由我國華大基因研究院負責的對歐洲124個成人個體進行的腸道宏基因組測序工作已經完成，該研究證實IBD患者與健康個體間的細菌豐度存在差異，非冗余的細菌基因在IBD患者與健康個體中亦存在差異。

抗生素對部分IBD的有效性證明了腸道微生物在IBD發病機制中的作用，但益生菌制劑治療IBD的效果不一，總體來看，益生菌治療UC可能有效，但對于CD的治療效果并不明顯，關于益生菌制劑治療IBD的效果則有待進一步觀察和驗證。

雖然已經證實IBD患者腸道微生物構成發生了改變，但究竟是哪種細菌或者微生物群落構成導致IBD的發生發展仍不清楚。另外，腸道微生物構成改變與IBD之間的因果關系目前仍無定論。IBD疾病本身及其治療方式，以及飲食環境等因素均可影響腸道微生物構成，明確腸道微生物在IBD發病機制中的作用尚需時日。

2.2結直腸腫瘤腸道微生物在人類宿主中的致癌作用越來越受到重視。目前認為導致結直腸腫瘤發生發展的機制主要有以下3個方面:①腸道微生物使腸道黏膜促炎癥反應信號傳導機制異常，導致腸道黏膜上皮損傷修復加劇，最終出現瘤形成和惡變；②某些微生物種屬對腸道黏膜上皮細胞具有直接的細胞毒性作用，或者通過旁觀者效應發揮毒性作用；③某些腸道微生物在參與營養物質代謝過程中的產物對腸道上皮細胞具有毒性作用，受損腸道黏膜上皮的不完全修復可導致其致瘤性轉化。

目前已知的可能與結直腸腫瘤有關的腸道微生物主要有牛鏈球菌、擬桿菌屬的某些種（如脆弱擬桿菌）、敗血梭菌、大腸埃希菌的某些種，其他鏈球菌屬如唾液鏈球菌、血鏈球菌和糞腸球菌等，相關病毒主要有人狀瘤病毒、多瘤病毒屬、EB病毒和巨細胞病毒等。腸道微生物代謝產物如丁酸、甲烷等可能在結直腸腫瘤中發揮有益作用。丁酸是腸道上皮細胞用以維持細胞穩定性和正常細胞表型的重要能量來源，可通過組蛋白超乙酰化抑制腫瘤生長和激活細胞凋亡研究發現結直腸腫瘤高危人群腸道內短鏈脂肪酸和丁酸鹽含量顯著降低。另外，腸道內產甲烷菌可產生無細胞毒性的甲烷，有研究發現結直腸腫瘤低風險人群腸道內甲烷含量增多。腸道微生物代謝產生的硫化氫和氫氣等則作為有害產物發揮作用。

諸多研究證實結直腸腫瘤人群與健康人腸道微生物構成存在差異。采用16SrDNA變性梯度凝膠電泳和核糖體內源性間隔段分析方法對結直腸癌和腺瘤肉病患者腸道微生物構成進行分析，結果發現結直腸癌及腺瘤肉病患者腸道內微生物多樣性和優勢菌群降低，但柔嫩梭菌和球形梭菌的多樣性顯著增加。Sobhani對6例結直腸癌患者和6例健康人進行了基于焦磷酸高通量測序技術的16SrDNA測序分析，結果發現結直腸癌人群中腸道擬桿菌門/普里沃菌屬較健康對照組增多。

有研究提出通過分子生物學方法檢測腸道微生物分布可以對結直腸腫瘤的發生風險程度進行早期預警[23]，提示通過大樣本的人群流行病學研究，有可能找到結直腸腫瘤人群的腸道微生物構成和代謝特征，為結直腸腫瘤的早期發現及預防帶來全新的思路和方法。

2.3腸易激綜合征（IBS)既往公認的觀點認為IBS是一種功能性胃腸道疾病，但是越來越多的證據表明IBS是一種免疫-炎癥模式的胃腸道疾病，微生物導致的腸道局部持續性、低級別的炎癥反應狀態是其病理生理學基礎。目前，流行病學和臨床資料均表明腸道微生物與IBS的關系密切，表現在以下幾個方面：①基于動物模型的研究已經證實腸道微生物失衡可導致胃肌輕癱、小腸轉運時間延遲、結腸擴張等胃腸道功能紊亂；②IBS人群腸道微生物構成和數量與健康人群存在差異；③IBS人群腸道微生物代謝產物含量異常；④部分IBS與早期罹患急性胃腸炎即感染后IBS有關；⑤IBS可能伴隨小腸內細菌過度生長，且兩者癥狀相似；⑥益生菌制劑可調節IBS患者腸道菌群，緩解IBS相關癥狀；⑦抗生素臨床試驗性治療IBS可能有效。

基于傳統培養、16SrDNA文庫分析、實時定量PCR以及DNA微列陣等技術的研究證實，IBS人群腸道微生物的構成和數量均發生了改變，目前較為一致的結論有：①腸道中優勢菌群含量顯著降低；②腸道微生物多樣性和穩定性普遍降低；③腸道乳桿菌和雙歧桿菌等益生菌種含量降低；④腹瀉型IBS較便秘型IBS患者腸道微生物構成和數量變化更明顯；⑤黏膜相關微生物對人體宿主的作用更直接，而糞便樣本微生物決定了腸道微生物的代謝產物，兩者的微生物構成和數量無顯著差別；⑥腹瀉型IBS、炎癥性腸病及其他腹瀉性胃腸道疾病患者腸道微生物的構成和數量改變具有相似性。

最近開展的幾項采用高通量測序技術對IBS患者糞便菌群進行分析的研究值得我們注意。Jeffery對37例IBS患者和20名健康人的糞便菌群進行了基于宏基因組學策略的16SrDNAV4區域焦磷酸測序，并未發現IBS特異性的相關菌群變化，僅部分IBS亞型患者糞便菌群變化與臨床表型相關，IBS患者糞便中硬壁菌門和擬桿菌門的比例增加。采用16SrDNA焦磷酸測序和基因微列陣方法對22例IBS兒童進行了糞便菌群分析，發現IBS兒童Y-蛋白菌含量較健康對照組顯著增高，類瘤胃球菌屬的某些菌種與IBS關系密切，來自Alistipes種屬的細菌豐度高低與疼痛發作頻率呈正相關。雖然上述兩項研究結論不一，但宏基因組學研究的興起和高通量測序技術的不斷發展，使全面深入了解IBS相關腸道菌群變化成為可能，并有助于揭示腸道菌群在IBS中的作用機制及其潛在的診斷和治療價值。

2.4乳糜瀉乳糜瀉是一種因遺傳易感宿主對麥膠不耐受而引起的小腸黏膜慢性炎癥反應性疾病，屬于自身免疫性疾病范疇，任何年齡均可發病，以兒童多見。小腸內微生物作為重要的環境因素，在乳糜瀉發病機制中的作用正逐漸受到重視，腸道致病微生物感染或構成失衡均可觸發腸道持續性的炎癥反應，使腸道免疫學穩態受損。^1&40等[28]基于十二指腸黏膜活檢樣本的研究證實，接受麥膠飲食和不含麥膠飲食的乳糜瀉患兒小腸內擬桿菌屬和肉嫩梭菌屬豐度較健康對照組高，且接受麥膠飲食的患兒腸道內大腸埃希菌和葡萄球菌屬含量顯著增高，而雙歧桿菌含量降低。De卩&1咖等[29]基于糞便樣本的研究發現乳糜瀉患兒腸道內擬桿菌屬含量升高，而雙歧桿菌、溶組織梭菌、象牙海岸梭菌等含量降低。上述小腸微生物構成的改變可能參與了乳糜瀉的病理生理過程。

2.5肝硬化肝硬化是慢性肝臟疾病的病理學終末期表現，腸道微生物、腸通透性增加、細菌易位、內毒素血癥和炎癥細胞因子釋放等因素均可影響肝硬化及其并發癥的發生發展。早期基于傳統培養方法的研究發現，肝硬化患者腸道內雙歧桿菌等有益菌種含量降低。采用基于宏基因組學策略的16SrDNA焦磷酸測序技術對肝硬化患者的糞便菌群進行了分析，發現肝硬化患者糞便內擬桿菌門含量較健康對照組顯著降低，蛋白菌和梭桿菌門含量增加，在科(Familia)水平上表現為腸桿菌科、韋榮球菌科和鏈球菌顯著高于健康對照組，但毛螺菌科顯著降低。該研究還認為肝硬化患者腸道內腸桿菌科和鏈球菌科等潛在致病菌含量增多，毛螺菌科等有益菌種含量降低，影響著肝硬化患者的預后。

2.6非酒精性脂肪性肝病（NAFLD)NAFLD是最常見的導致慢性肝損傷的原因之一，遵循脂肪肝、脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化和肝細胞癌的疾病發展過程。NAFLD常常是代謝綜合征的肝臟表現。

NAFLD的發病機制可能與胰島素抵抗、痩素抵抗、脂質過氧化、炎癥反應等因素相關，目前有諸多證據表明腸道微生物參與了NAFLD的發生發展過程。8&5&技等證實與健康人群相比，NAFLD患者小腸細菌過度生長發生率明顯增高，且與脂肪肝嚴重程度相關。小腸細菌過度生長可促發胰島素抵抗和膽堿缺乏等情況。腸道微生物通過脂多糖(LPS)而誘發肥胖相關的機體炎癥反應和胰島素抵抗；高脂飲食促使LPS從腸道轉運至門靜脈系統，并引起腸道微生物的構成和數量改變，增加腸道通透性，提高血漿內毒素水平。最近，Henao-Mejia等研究證實，NLRP6和NLRP3炎性體及效應蛋白IL-18可通過腸道微生物抑制NAFLD的發展，由于炎性體缺失而引起的腸道菌群變化與NAFLD的嚴重程度相關，這種關聯是通過TLR4和TLR9激動劑進入門脈循環，導致TNF-a表達水平升高而實現的。益生菌制劑可調節腸道菌群，產生抗菌物質，提高腸上皮屏障功能及降低腸道炎癥反應，因此可能對NAFLD的治療有效。

目前有關腸道微生物在肥胖、糖尿病和代謝綜合征等疾病中的作用研究比較多，雖然NAFLD與上述疾病有所重疊，但作為一個單獨的疾病，了解NAFLD時腸道微生態的特征性改變非常有必要，不僅可以深化對其病因、發病機制等的認識，也可為進一步臨床干預提出新的策略。

2.7膽石癥膽固醇和膽汁酸的代謝及分泌異常是膽石形成的主要原因，腸道微生物引起腸道運動功能障礙和慢性炎癥反應同樣在膽石形成過程中發揮著重要作用。膽石形成過程中常存在膽汁受到腸道細菌污染的問題，傳統培養方法證實污染膽汁的細菌以腸桿菌科為主，鏈球菌屬也較為常見;膽道梗阻時腸通透性增加、細菌易位是膽汁中出現細菌、炎癥反應增強和結石形成的原因之一;同時細菌污染可導致膽汁淤積，同樣可促進結石形成。2.8急性胰腺炎急性胰腺炎時腸道微生物構成失衡，致病菌過度繁殖，腸屏障功能破壞以及細菌或內毒素易位是導致繼發感染和死亡的主要因素。證實急性壞死性胰腺炎伴有消化間期移行運動復合波延長和小腸細菌過度生長，并且胰腺炎嚴重程度與十二指腸細菌過度生長之間呈正相關。Mifkovic等認為腸道細菌易位是胰腺膿腫形成的主要原因。De發現20%的急性胰腺炎患者血清內革蘭陰性菌DNA陽性，證實腸道微生物及細菌易位在急性胰腺炎的發病中發揮作用。

目前諸多抗生素預防胰腺炎相關并發癥的臨床實驗研究結論不一，說明腸道微生物及其易位在急性胰腺炎的發生發展中發揮一定作用，但消除其影響并不能有效逆轉或阻止急性胰腺炎的進程，腸道微生物在急性胰腺炎中的作用還需深入研究。

3腸道微生物與內分泌系統疾病

有關肥胖、糖尿病、代謝綜合征的病因學觀點普遍集中在遺傳易感性、不良飲食習慣和體力活動減少等方面，在遺傳背景及能量攝入相同的條件下，高熱量攝入誘導的體重增加和血糖升高表現并不相同，提示存在著與人類基因不相關的其他因素影響著肥胖和胰島素抵抗的易感性。近年來的研究證實腸道微生物參與了肥胖及胰島素抵抗的發生。關于腸道微生物在肥胖、糖尿病和代謝綜合征中的作用逐漸成為研究熱點。

3.1肥胖隨著肥胖人數的不斷增加，肥胖及相關代謝疾病已成為現階段對公共健康的極大挑戰。學者們普遍認為肥胖是一個復雜的多種遺傳背景和環境因素相互作用的結果。腸道微生物是除遺傳因素和飲食影響以外導致體重增加和脂肪積聚的獨立危險因素。無菌動物需要更多的能量攝取才能維持與普通動物相同的體重，說明腸道微生物可以增加攝入食物的能量利用率。腸道微生物一方面可從人體攝入的不消化寡糖類中攝取能量，另一方面可通過調節腸道上皮細胞營養吸收功能而促進營養物質的吸收和利用。

美國Gordon實驗室在腸道微生物和肥胖關系研究方面做了大量工作，他們證實腸道微生物直接參與了宿主能量的攝取、利用和儲存。飲食等因素相同的條件下，與同窩出生的消痩小鼠（ob/+和+/+)相比，脂聯素敲除的遺傳性肥胖小鼠（ob/ob)腸道擬桿菌門豐度降低了50%，而硬壁菌門豐度升高。為了驗證腸道微生物構成改變是導致肥胖的原因，如^匕&叫匕等[47]將肥胖和消痩小鼠腸道菌群移植到無菌小鼠腸道內，2周后，接受肥胖小鼠腸道菌群的無菌小鼠能從飲食中攝取更多的能量，體重明顯增加，同時肥胖小鼠糞便內殘余能量較少，提示腸道內肥胖相關微生物從食物中攝取能量的能力較強。

部分基于人體的研究也證實肥胖者腸道微生物構成發生改變，可能是導致肥胖的原因。Ley等[48]比較了12例肥胖者和12例非肥胖者腸道微生物構成的差異，證實肥胖人群腸道擬桿菌門豐度降低，而硬壁菌門豐度升高，與動物模型中的變化趨勢一致。另外，肥胖者減輕體重1年后，腸道菌群構成與非肥胖者相似。Turnbaugh等[49]對成年肥胖、消痩雙胞胎女性及其母親（包括31對單卵雙生女性雙胞胎、23對雙卵雙生女性雙胞胎和46位母親）的糞便相關微生物群落進行基于宏基因組學策略的16SrDNA測序分析，發現肥胖者腸道微生物多樣性顯著降低，擬桿菌門比例降低，而放線菌綱比例升高；同時該研究證實腸道微生物群落具有家族成員聚集現象，但個體間仍具有細菌種屬的差異。

3.21型糖尿病1型糖尿病是一種主要由T細胞參與的自身免疫性疾病，通過T細胞破壞胰島p細胞，使之無法產生胰島素而造成血糖升高，其發病機制至今沒有闡明。近年來的觀點認為1型糖尿病與腸道微生物和腸道免疫的關系密切。

61叫=30等[5()]采用FISH技術對1型糖尿病大鼠(BB-DP)腸道微生物構成進行分析，發現與未出現糖尿病的大鼠相比，最終罹患1型糖尿病的BB-DP大鼠腸道內擬桿菌門數量增加，且這種腸道微生物構成改變在發病前就已長期存在；同時該研究證實BB-DP大鼠接受標準飲食和抗生素后，1型糖尿病發病率降低50%，而接受高酪蛋白飲食和抗生素治療組未出現1型糖尿病。Calcinaro等[51]給予非肥胖糖尿病小鼠（NOD)益生菌VSL#3(乳酸桿菌、鏈球菌和雙歧桿菌的混合制劑）治療，發現益生菌制劑可使局部和全身抗炎癥細胞因子IL-10含量增加，減輕NOD小鼠胰島和p細胞的破壞，進而預防1型糖尿病的發生。16=等[52]研究發現，MyD88敲除的SPF級NOD小鼠不會發展為1型糖尿病，而MyD88敲除的GF級NOD小鼠會出現1型糖尿病，但GF級N0D小鼠腸道內出現特定菌群定植時，可以阻止糖尿病的發生。另外該研究還發現MyD88敲除的NOD小鼠腸道微生物構成發生顯著改變，因此認為腸道微生物及其與宿主先天性免疫系統的相互作用是發生1型糖尿病的重要影響因素。上述研究提示，以腸道微生物為靶點，從腸道微生物與天然免疫系統的相互作用這個角度進行研究，可能是進行1型糖尿病和其他自身免疫性疾病發病機制研究及治療的新途徑。

3.32型糖尿病近年有觀點認為2型糖尿病是以持續性、低級別炎癥反應為特征的代謝性疾病，腸道微生物在其中發揮著重要作用。肥胖、代謝綜合征和非酒精性脂肪性肝病等其他代謝相關性疾病可能都具有上述特征。小鼠在接受高脂飲食后易出現內毒素血癥，罹患2型糖尿病的風險也增高，而且腸道內雙歧桿菌的含量較正常飲食小鼠降低。在另外一項研究中給予高脂飲食小鼠益生元治療后，腸道雙歧桿菌數量恢復，機體內毒素血癥、炎癥水平、葡萄糖耐量和胰島素分泌等均得到改善。

有研究證實腸道微生物參與了胰島素抵抗的發生過程。8化他64等[55]將普通大鼠的腸道菌群移植到裸鼠腸道內，發現裸鼠在2周內即出現了胰島素抵抗，其機制考慮與腸道內葡萄糖的吸收增加有關，其過程是腸道菌群對食物中不能被消化的營養物質進行酵解，例如短鏈脂肪酸經腸道菌群酵解為葡萄糖后經腸道吸收，伴隨高血糖和高胰島素血癥，這兩個因素又促進脂肪形成。001^3等[56]認為腸道微生物通過調節膽堿代謝而影響胰島素抵抗，膽堿至三甲胺的代謝途徑主要受腸道微生物調節，該研究推測胰島素抵抗加劇與腸道微生物介導的膽堿至三甲胺的代謝水平升高有關。

3.4代謝綜合征代謝綜合征主要表現為與肥胖和胰島素抵抗相關的代謝異常，能增加個體罹患2型糖尿病和心血管疾病的風險，其發病與遺傳、飲食和環境等多種因素有關。近年來的研究認為腸道微生物及宿主腸道先天性免疫系統可能參與了代謝綜合征的發生發展過程。Vijay-Kumar等[57]發現Toll樣受體5敲除小鼠表現出攝食過度并出現代謝綜合征相關癥狀，如高血脂、胰島素抵抗、高血壓和肥胖，將Toll樣受體5敲除小鼠的腸道微生物移植到無菌小鼠腸道內，后者也會出現代謝綜合征的表現，提示腸道微生物可通過先天性免疫系統誘發代謝綜合征。

4腸道微生物與心血管系統疾病

20年前即有研究認為腸道和口腔內的微生物與心血管疾病具有相關性。動脈粥樣硬化與巨細胞病毒、幽門螺桿菌以及衣原體等致病微生物的關系已有報道，但抗生素治療改善心血管疾病的效果并不明顯，同時有研究發現無菌小鼠感染致病微生物后，粥樣硬化斑塊發展程度無明顯改變。目前有觀點認為動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病，高脂飲食及其伴隨的內毒素血癥和血管內免疫是重要的始動和影響因素，腸道微生物可能通過激活受體信號傳導通路來影響動脈粥樣硬化的發生和發展。受體基因多態性的個體，其罹患動脈粥樣硬化的危險性降低。MyD88敲除小鼠可通過減少巨噬細胞浸潤和泡沫細胞形成而延緩動脈粥樣硬化的發展。膽固醇血癥患者益生菌治療后，其低密度脂蛋白和纖維蛋白原水平顯著降低。1&=8等[64]指出，食物磷脂類或膽堿物質在腸道微生物作用下生成代謝產物膽堿、氧化三甲胺和甜菜堿，上述代謝產物能夠促進動脈粥樣硬化的發生發展，其血漿內含量與心血管疾病的發病風險成正相關，可通過測定血漿中上述代謝產物的含量來預測心血管疾病的發病風險。

5腸道微生物與獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS)

AIDS是由人類免疫缺陷病毒（HIV)引起的致命性慢性傳染病，HIV主要侵犯⑶4+T淋巴細胞，導致其數量呈進行性減少。有研究證實AIDS病程中的CD4+T淋巴細胞破壞大部分發生在胃腸道黏膜淋巴組織，HIV感染早期即可出現腸道黏膜⑶4+T淋巴細胞的大量消耗，進而影響腸道內環境穩態[65.]。Brenchley等[67]發現HIV長期感染患者血漿脂多糖水平顯著升高，指出腸道微生物易位是慢性HIV感染系統免疫激活的原因之一。。。^等―指出HIV感染早期即出現以銅綠假單胞菌和白色念珠菌含量顯著升高、雙歧桿菌和乳酸菌含量降低為特征的腸道微生物構成改變，同時伴有腸道免疫指標的升高。其后續研究又證實寡糖類益生元能顯著增加HIV感染人群腸道有益菌種的含量，減少致病菌的定植，同時能有效改善AIDS患者的相關免疫學指標[69]。

總之，腸道微生物可能是參與AIDS發病機制的關鍵因素，從人類宿主腸道和腸道微生物角度進

行研究，有望加深我們對AIDS發病機制的理解，改進和完善AIDS的治療措施。

6腸道微生物與特應性疾病

Strachan[?]提出的衛生學假說認為家庭成員、衛生措施、胎次、抗生素應用、飲食及生活方式改變等是影響個體微生物暴露程度的主要因素，也是目前濕疹、花粉癥和哮喘等特應性疾病流行的主要原因。妊娠期母親暴露于各種環境特別是微生物環境的刺激下，對嬰兒出生后免疫功能的構建，以及后續特應性疾病的發生發展具有重要作用。Schaub等證實在懷孕期間暴露于農場和耕作動物的母親，其孩子發生哮喘和其他特應性疾病的概率降低，主要與調節性T淋巴細胞參與的天然性免疫功能構建有關。Noverr等提出了特應性疾病的腸道微生物假說，認為腸道微生物構成異常能增強免疫系統對常見過敏原的反應，增加哮喘和其他特應性疾病的發病風險。等證實嬰兒腸道內大腸埃希菌豐度增加可導致濕疹的發生率升高，艱難梭菌數量增多可增加罹患哮喘、濕疹及其他特異性皮炎的風險。

7腸道微生物與精神性疾病

腸道微生物可影響行為和中樞神經系統功能。有研究證實致病微生物感染與自閉癥和精神分裂癥等常見神經發育障礙之間的關系密切[74]。8&^16〖等[75]指出胃腸道功能異常在自閉癥起始前已經存在，給予萬古霉素治療可改善自閉癥癥狀，但停藥后即可復發。自閉癥患兒腸道中梭菌的某些種，如產神經毒素的破傷風梭菌含量顯著高于健康對照組]。動物模型也證實圍產期暴露于致病微生物后可引起焦慮行為和認知功能受損[77_78]。Heijtz等[79]指出腸道正常微生物作為重要的環境因素影響著大腦的發育和功能。在大鼠模型上證實屬于腸道正常微生物的嬰兒雙歧桿菌可調節色氨酸的代謝，可能具有潛在的抗抑郁作用。此外，腸易激綜合征作為功能性腸道疾病，常伴有焦慮、抑郁等精神癥狀[，同時可出現腸道微生物構成的變化，說明腸道微生物與神經系統存在相互作用的通路。

8腸道微生物與類風濕性關節炎

類風濕性關節炎是一種病因未明的，以關節滑膜炎為特征的慢性全身性自身免疫性疾病，其發病不但與人類主要組織相容性復合物和白細胞抗原等遺傳因素有關，與環境因素也存在密切關系。早期有關反應性關節炎的研究已經證實滑膜組織內可出現耶爾森菌、沙門菌、志賀菌和彎曲桿菌等致病菌的降解產物，從而引起局部的炎癥反應。人類腸道內正常微生物同樣可引起易感宿主關節滑膜組織的炎癥反應，外周白細胞和關節組織內均可見正常菌群細胞壁的降解產物;腸道正常微生物中某些細菌種屬的細胞壁降解產物在動物模型上也具有致關節炎作用。Vaahtovuo等證實類風濕性關節炎早期患者腸道中雙歧桿菌、擬桿菌屬-紫單胞菌屬-普里沃菌屬、脆弱擬桿菌屬某些亞型和直腸真細菌-球形梭菌屬等含量顯著降低，與健康人群存在較大差異。同時有研究認為類風濕性關節炎患者腸道微生物的變化趨勢與炎癥性腸病相似。上述內容均證實腸道微生物作為重要的環境因素可能在類風濕性關節炎的發病機制中發揮著重要作用。

篇4

細菌的耐藥性與致病性是什么

對于研究中提到的“北京霧霾含有最多種類的抗生素的耐藥基因”，我們應該如何理解呢？這恐怕需要多種視角、多種維度的解讀。

對此，北京市衛生計生委解釋稱，在我們周圍的環境中，有大量的細菌存在，不僅在空氣中，在口腔、鼻腔、呼吸道、胃腸道，都存在細菌或真菌，大量細菌和我們是共生共存的關系。細菌的耐藥性和致病性是完全不同的概念。耐藥性的增加不意味著致病性的增強。

換句話說，霧霾中的耐藥菌（基因）不會對人體帶來直接影響。同時，北京霧霾中出現耐藥細菌基因并非北京或中國獨有，很有可能是一種世界普遍存在，具有全球性。這也意味著問題更具有普遍性。

論文的作者――瑞典哥德堡大學抗生素耐藥性研究中心主任Joakim Larsson教授本人也對此提出了自己的看法。

Larsson教授說，北京霧霾樣本中檢測出的抗生素耐藥基因都是細菌基因，它們使細菌對抗生素產生耐藥性，只有出現在有活性的致病性細菌中時才會成為問題，不會對人類產生直接影響。而北京霧霾樣本中的細菌是否具有活性還有待進一步研究。

再進一步看問題，細菌致人患病需要多種條件，一是人的免疫力下降，二是人體內菌群此消彼長（機會菌感染），三是有外傷，導致細菌易于感染等。以此觀之，霧霾中的耐藥菌（基因）需要同時滿足幾個條件才有可能對人有害（致病），即耐藥菌在空氣中具有活性、耐藥菌具有致病性和空氣中的這些細菌的密度足夠高。

目前來看，北京霧霾中的耐藥菌（基因）要同時滿足這些條件相當困難，因此，對人和其他生物的有害作用還難以體現。另外，霧霾中不僅包含有耐藥菌株，還裹挾了大量的其他微生物，包括細菌，這些細菌與人是一種共生共存的關系，即便一些細菌具有致病性，只要不給予它們機會（如免疫力低下），就不會致人患病。

霧霾中的微生物會致病嗎

盡管霧霾中的耐藥細菌不會直接使人患病，但是，在某些情況下還是可以引起某些人群的患病，并且造成耐藥基因在人群和生物體（如家畜和野生動物）之間的傳播，造成更為復雜的醫療問題。

2014年清華大學生命學院朱聽課題組在《環境科學與技術》雜志上發表了《嚴重霧霾天氣中北京PM2.5與PM10污染物中的可吸入微生物》論文，指出北京大氣懸浮顆粒物中包含1300多種微生物。在這些微生物中，細菌占八成以上，另外還有少量的古細菌和病毒。

具體情況是，PM2.5裹挾的微生物中，古細菌占0.8%，病毒占0.1%，真核菌占13%，菌占86.1%；PM10裹挾的微生物中，古細菌占0.8%，病毒占0.1%，真核菌占18.3%，細菌占80.8%。顯然，PM2.5裹挾的細菌更多，因此，攜帶對碳青霉烯類抗生素有耐藥性的細菌更多。而北京或者說中國的霧霾以PM2.5居多，并且有更小尺寸的顆粒，如PM0.1。PM2.5能吸入到肺泡，造成不可逆的傷害；PM0.1是超細顆粒物，更可以進入肺泡、血液和神經系統，造成的危害更大。

當然，這1300多種微生物絕大多數是不致病的，但是也含有極少量可能致病或致過敏微生物的DNA序列。例如，其中有一種肺炎鏈球菌，其DNA序列相對豐度為0.02%～0.08%，盡管它對健康人群的危害很小，但可能讓易感人群感染肺炎。這些易感人群包括：體弱人群，即免疫功能低下、營養不良者、老年人；病人，如慢性心肺疾病、糖尿病等慢性病患者、住院病人、ICU和機械通氣病人（后三者的肺炎發病率分別為普通住院病人的5倍、13倍和43倍）；嬰幼兒（肺炎是我國5歲以內小兒第一位死因）。

“無藥可用”的擔心是多余的嗎

長期以來，世界衛生組織一直呼吁減少使用抗生素，無論是對人還是對牲畜，以防細菌對抗生素產生耐藥性，從而讓人類陷入患感染性疾病后無藥可用的困境，同時世界衛生組織預測，耐藥細菌可能通過水體、土壤、人與人和人與動物的鏈條進行傳遞。大量的研究已經證明，細菌的耐藥基因傳播可以通過垂直和橫向兩大方式進行，前者即是將耐藥基因遺傳給下一代，后者則是通過直接接觸、質粒傳遞等方式把耐藥性傳遞給異種菌株。

研究發現，細菌耐藥基因的橫向傳遞主要通過水體，例如污水處理廠混有多種細菌，細菌之間很容易進行耐藥性基因的交換。但是如今在霧霾中發現耐藥細菌，意味著細菌耐藥基因也可以通過霧霾或空氣污染而傳播。

在北京的空氣中發現了針對碳青霉烯類抗生素的耐藥性基因使問題變得更為棘手。碳青霉烯類抗生素是抗菌活性最強的一類非典型β-內酰胺抗生素，廣泛應用于呼吸系統感染、敗血癥等病癥上，是治療嚴重細菌感染最主要的抗菌藥物之一，也是人類抗御細菌性感染疾病的最后一道防線。

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關鍵詞：環境監測；生物傳感器；生物大分子標記物；微核技術；生物芯片技術

中圖分類號：X17 文獻標識碼： A 文章編號：1671-1297（2008）11-181-02

一、常規監測技術中微生物的應用

水體中的致病菌有可能引起各種傳染病。因此，水質的細菌學檢驗對于保護人群健康具有重要意義。由于致病菌在水中存在的數量較少，直接監測比較困難，因此常選用間接指標即糞便污染的指示菌――大腸菌群作為代表 。另外還有發光細菌法，污染物致突變的微生物監測，藻類與水質污染監測方式。

二、生物傳感器

隨著環境污染問題的日益嚴重，人們對能夠連續、快速、在線監測污染物的儀器的需求也愈來愈迫切。生物傳感器應運而生，它的出現使環境監測的連續化和自動化成為現實，并降低了環境監測的成本，其中酶傳感器和免疫傳感器在環境分析及環境檢測等方面已經得到了廣泛的應用。

（一）BOD微生物傳感器檢測儀(BODs)

生物化學需氧量(BOD)是環境監測工作中的一項重要指標，它表示水中污染物的綜合污染程度。目前國內外普遍規定樣品在 20℃的溫度中培養5d，分別測定培養前后的溶解氧， 二者之差即為BOD5 值，以氧的 mg/L 表示。但該方法操作較復雜，耗時長，且干擾因素多，結果準確度及重現性差，不能及時為環境管理和決策、科研、事故污染鑒定等提供科學依據， 無法滿足當前環境監測中快速測定的要求。因此，快速、準確測定水體中 BOD 一直是環境監測中的一大難題，而BOD微生物傳感器檢測儀就能滿足這一要求，因此得到廣泛應用。

（二） DNA生物傳感器在環境污染監測中的應用

基于生物催化和免疫原理的生物傳感器在環境領域中獲得了廣泛應用。近年來，隨著分子生物學和生物技術的發展，人們開發了以核酸探針為識別元件，基于核酸相互作用原理的 DNA 生物傳感器。該傳感器可用于受感染微生物的核酸序列分析、優先控制污染物的檢測以及污染物與 DNA 之間相互作用的研究，在環境污染監測中具有潛在的巨大應用前景。

（三）可檢測化學制劑和生物制劑的生物傳感器

美國田納西大學（位于美國田納西州諾克斯維爾）的研究人員利用由生物工程技術制成的、存在雜質時會發出藍綠輝光的微生物，開發成功一種基于芯片的環境生物傳感器樣品。這種被稱為生物發光型生物指示器IC（bioluminescent bioreporter IC，簡稱 BBIC）的器件技術可在眾多的應用（從航天器到反恐）中巧妙地檢測出氨、鋅等各類化學物質。

（四）光纖化學/生物傳感技術

光纖技術與光譜分析技術的有機結合就構成了光纖傳感技術。光纖傳感技術突破了光譜分析的傳統模式，光可由光纖直接導入樣品，而樣品不必放入光譜儀中就能進行測定。特別適用于環境污染物、生物藥物， 以及生產過程的原位、在線監測和對樣品的無損測定。早在十幾年前，人們就曾經預言：光纖傳感技術的出現將不可避免地引起分析實驗室及分析控制儀器的又一次革命。隨著環境科學與生命科學的發展，對各種與人類生存環境密切相關的化學物質的測定和變化過程的監測，已顯得特別突出和重要。由于 FOC&BS 具有實時、在線及遠距離自動監測和對樣品無損測定等特點，人們對它在海洋環境監測中的應用給予了較多的關注，特別是在溶解氧、pH、濕度和水質毒性等監測要素的應用中。

三、生物大分子標記物

生物大分子標記物是指生物體內的一些對外界環境變化敏感并能產生一些可檢測變化的大分子物質，這些大分子物質能夠反映環境變化對生物體的影響。隨著社會對環境保護的日益重視和分子生物學技術的發展，將生物大分子標記物的檢測應用到環境監測中已經成為一種趨勢。生物大分子標記物檢測由于其測定指標全面、準確、系統且具有特異性等優點，近十幾年來作為污染物暴露和毒性效應的早期預警工具已被廣泛應用于環境評價中。

（一）核酸分子標記物檢測

核算分子標記物檢測方法有核酸分子損傷檢測技術、報告基因標記技術及DNA芯片技術。

（二）蛋白分子標記物檢測

環境中的許多污染物能直接與生物體內的蛋白質發生反應從而對生物體產生影響，或者誘導 (或抑制)生物體內一些基因的表達從而影響生物體內一些蛋白質的量。因此，生物體內的許多種蛋白都可以作為環境中有害物質暴露的生物標記物應用于環境監測中。

蛋白分子標記物檢測方法有酶分子標記物檢測、金屬硫蛋白( Metallothione in ，MT)的檢測、熱休克蛋白( Heat Shock Prote in ， HSP)的檢測及抗氧化劑防御系統的檢測。

四、微核技術

隨著工農業的快速發展，人類活動的加劇，以及錯誤的污染銷毀辦法，使得環境中有毒污染物的積累日益增加，這些污染物破壞了生態系統的平衡，并對人類的生存造成了極大的威脅。環境污染已經成為全球共同關注的一個熱點問題。為了檢測出已經存在或潛在的危害，各種環境污染監測技術應運而生。植物微核技術是根據遺傳學上染色體畸變的原理而建立的一種環境污染的生物監測方法，在對大氣、土壤、水環境中各種有毒污染物的遺傳毒性檢測方面得到了廣泛應用。國內外大量的對比實驗研究表明，該方法普遍適用于檢測環境致突變物，已經成為環境污染監測的有效工具。

微核技術可用于監測大氣污染，監測土壤污染，監測水污染，監測有機物污染，監測重金屬污染，監測物理輻射污染。

五、生物芯片技術

微生物污染水源可導致多種疾病的爆發和流行，嚴重威脅著人類的健康。傳統的細菌分離、培養鑒定技術，操作繁瑣且耗時長，并且由于培養技術的局限使得一些微生物難以培養和檢測，因此靈敏度很差；傳統的一些分子生物學技術也存在著弊端，如免疫學方法和探針雜交技術存在特異性或敏感性的問題，常規 PCR 方法一次也只能檢出一種微生物。由于生物芯片具快速、準確、無污染等優點，在水體微生物監測中越來越受到重視。生物芯片技術可用于控制水質、瞬時檢測病原細菌、菌的基因表達水平及進行細菌檢測和菌種鑒定。

結語

目前，中國的環境監測生物技術發展迅速，能用于諸多方面。但是在環保觀念日益增強的今天，社會對環境評價的全面性和準確性的要求也日益增高，這就要求建立一個綜合的、多手段的、多參數的環境監測體系以實現快速、高效、準確地對環境狀況作出全面的評價。

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濫用抗生素：從人到動物

抗生素的使用對人類健康和生命的保護功不可沒，但濫用抗生素又成為今天威脅人類健康、生命和環境的重要原因。

從青霉素發明后到現代，人類研制抗生素的足跡表現為：發明鏈霉素，再到先鋒霉素，再從先鋒霉素到四環素，到β-內酰胺酶抑制劑。今天，人類已經擁有了各種各樣名目繁多的抗生素，可分為多種大類：青霉素類、頭孢菌素類、β-內酰胺酶抑制劑、其他β-內酰胺酶類、氨基糖類、四環素類、氯霉素類、大環內脂類以及其他抗生素類。這一方面說明了人類智慧的增長，另一方面說明了細菌耐藥性的提高，也因此而證明抗生素似乎在誤入歧途。

目前人們使用抗生素，大病使用，小病也使用；與致病微生物有關的病使用，與致病微生物無關的病也使用；對人使用，對動物也使用。當然，在不同的國家濫用和大量使用抗生素的情況與程度有所不同，一種普遍現象是，發展中國家較多地使用或濫用抗生素，而發達國家則反而對使用抗生素比較保守。人類濫用抗生素已經有了許許多多的報道，但對于抗生素的另一歧途：牲畜大量使用并進而危害環境卻沒有足夠的認識。于是，環境在不知不覺地被污染，抗生素又成為環境危害的另一大“禍害”。

人類飼養的豬、牛、羊等現如今都與人一樣用起了抗生素。因為使用抗生素可以使它們生長更快，生產產品更多，獲利更多。

比如，由于乳牛會患乳腺炎，對其使用抗生素已不是什么秘密。而為了打消人們對抗生素的顧慮，兩年前國內乳品業又打起了“無抗牛奶”的競爭招牌。盡管歐洲和北美很早就意識到在動物飼料中添加抗生素的危害性，而且從1996年以來，在動物飼料中使用抗生素添加劑已經逐漸被禁止，但在動物飼料中添加抗生素添加劑也時有發生。

歐盟一些科學家的調查更披露了一個驚人的事實，美國生產的抗生素約70%用來作為生長促進劑飼喂動物。當然，在飼料中不僅僅是添加抗生素，生長激素同樣成為飼料中的主要添加物。我國每年生產的700噸喹諾酮，僅這一種抗生素就有一半用于養殖業。由此大腸桿菌對喹諾酮的耐藥性已達到60%。

對牲畜使用抗生素的后果表現為兩方面。一是生態中的細菌直接與動物和植物的接觸中接觸到了大量和多種抗生素，產生了耐藥性。二是細菌通過與人的接觸獲得了耐藥性，人們消費排泄的廢物污染環境和食物鏈而使得自然環境中的微生物能接觸到人們使用抗生素后的代謝物，從而對抗生素敏感并且變得具有耐藥性。

這樣一來抗生素的耐藥基因便可以輕而易舉地蔓延開來。大量有力的證據表明，對動物飼喂抗生素可以導致腸道菌，如沙門氏菌耐藥菌株的出現。而且這些耐藥菌可以通過食物或動物與人的接觸而傳播給人。

對環境和生態的危害

美國伊利諾易斯大學的微生物學家魯斯特姆?阿米諾夫等人發現，土壤和農田地下水中的細菌從來自豬的腸道菌那里獲得了耐受四環素的耐藥基因。一旦發生轉移，耐藥基因可以長期存在于土壤和水生細菌中，而且可能傳播到環境中危險性極大、毒性極強的細菌身上。如果人飲用這樣的水，毒性極強的耐藥細菌也可以傳播給人。

這一研究有力證明了四環素耐藥基因在生態中的廣泛存在。于是，一種合理的推論也自然產生，如果四環素可以通過環境循環污染生態和傳播到人，那么其他藥物也可能這樣。

為什么會出現四環素耐藥菌的生態轉移呢？早在好幾年前，歐盟就禁止對動物使用在醫療上使用的大多數抗生素作為生長促進劑，但是至今美國農民還在常規地添加諸如四環素、青霉素和鏈霉素之類的抗生素到飼料中，以促使牛、豬等抗病而快速生長。

為了調查兩個喂養豬的農場使用四環素作為生長促進劑對環境的影響，阿米諾夫等人分析了這兩個農場廢水池塘和池塘下面地下水庫的水樣。結果他們發現土壤和地下水中的細菌攜帶了四環素耐藥基因，稱為tet基因。這與生活在豬的腸道中的細菌中的基因幾乎完全一致。這一結果有力地證明，豬的基因已經成功地轉移到外部環境。

這兩個農場和農場附近的人飲用的是當地未經過任何處理的地下水。通過水和食物的飲用，動物、細菌、生態和人就形成了當地抗生素耐受基因的相互傳播，而且由于對豬使用抗生素，使得豬腸道中細菌耐藥基因增多和增強，結果也擴展到生態中并傳播給人。

在美國，地下水是公共飲用水重要組成部分，通過飲用地下水，這些細菌耐藥基因將可能廣泛傳播。因為，對動物使用抗生素的并非一兩家農場。伊利諾易斯大學的另一位研究人員莎利爾所帶領的小組證明了另一件可怕的事情。過去的研究表明，人類腸道的細菌與環境中的細菌是可以交換基因的。

研究人員發現，在人類結腸中發現的大多數種類的細菌如今有80%的細菌攜帶有四環素耐藥基因，但與之相比20世紀70年代之前只有30%的細菌攜帶有四環素耐藥基因。也就是說，如今帶有耐藥基因的細菌成倍地增長。這既是人們濫用抗生素的惡果，也是對動物使用抗生素的后果。

篇7

人們對這些好細菌知之甚少，但它們對人體來說卻必不可少：幫助身體消化食物、合成某些維生素、形成保護層、對抗致病細菌。那么，健康人身上的好細菌是什么樣的？它們在人與人之間又有多大差異呢？

在美國聯邦政府新發起的一個叫做“人體菌群計劃”的5年科研項目中，來自80個不同機構的200名科學家從近250個健康人身上采集了細菌，并測定了這些細菌的基因組成。這個計劃常被拿來與“人類基因組計劃”相比較。

科學家發現的細菌種類遠超他們的想象——每個人身上都有上千種細菌；而每個人身上的所有細菌，也即菌群，跟其他人的也都不一樣。更讓科學家吃驚的是，他們還在其中找到了某些致病細菌的蹤跡，但這些致病細菌乖乖地與鄰居們和諧相處，并沒有致人生病，甚至沒有借機向外傳染。

普林斯頓大學微生物學家邦妮·巴斯勒說，“以前人們都以為，人體菌群中的這些細菌只是在人身上‘搭個便車’。”關于它們的研究很少，因為想要深入了解它們并不容易。這些細菌非常好地適應了人類的體表和體腔環境，適應了在不同細菌的包圍下生存，因此很難在實驗室條件下培養。即使它們在實驗室條件下成功存活，這種與人體完全不同的環境往往也會改變它們的行為習性。

“DNA序列檢測其實跟過去使用顯微鏡所起的作用相似。”哈佛大學公共衛生學院的柯蒂斯·哈頓哈烏爾這樣解釋，這種檢測手段可以讓研究者通過細菌本身的一些獨特DNA鑒別出本來難以發現的細菌種類。

這項研究還可以幫我們建立衡量菌群是否健康的標準，有助于更好地研究抗生素如何破壞人體內的微生物環境，以及菌群復原需要多長的時間。

近年來，研究者開始在小型研究中分析菌群，并逐漸發現了它們的重要性。這些細菌的存在不但可以幫人保持健康，也許還可以解釋為什么不同人對藥物的反應如此不同，以及為何當疾病來襲時有人會很快中招而有人卻安然無恙。人體菌群的破壞被認為可能與一些慢性病，以及腸易激綜合征、哮喘等癥狀，甚至肥胖癥有關。

“這些微生物從人一出生就開始生長。”人體菌群計劃的項目主管麗塔·普羅科特說。當嬰兒經過母親的陰道時，就從母體的陰道菌群中獲得了細菌。“嬰兒就是微生物磁石。”普羅科特博士說。在出生后的2～3年，嬰兒的菌群漸漸成熟壯大，同時他們的免疫系統也日趨完善，懂得鑒別這些微生物是否有益，而不去攻擊它們。

經剖腹產手術出生的嬰兒則會擁有不同來源的菌群，但隨著菌群的逐漸成熟，這種差異性是否會一直存在尚屬未知。盡管這些細菌個頭很小——在體積上，它們只能達到一個人體細胞的1/100～1/10，但每個成年人的體內卻攜有1～2.5千克的細菌。消化道尤其受細菌偏愛，“消化道里塞滿的是細菌，而不是食物。”普羅科特博士說道，“占糞便一半重量的可不是食物殘渣，而是細菌。”不過細菌的繁殖速度非常快，隨糞便排出體外后它們的數量會很快恢復。

據哈頓哈烏爾博士介紹，細菌的存在也有利于免疫系統。最好的例子就是陰道，陰道內的有益細菌分泌化學物質殺死其他細菌，并且形成不適合其他細菌生存的微酸性環境。

一些研究者認為，把菌群看成人類個體的一部分，是一種全新的看待人類的方式。但研究人體內的菌群卻是個浩大的工程。之前針對人體菌群的研究規模都很小，大多是檢查健康人的糞便細菌或唾液細菌，又或是檢查患有某種疾病（如腸炎）的人的糞便細菌，因為體內細菌被認為對這些疾病的病情有一定作用。

克雷格·文特爾研究所的微生物學家芭芭拉·麥希說：“那時退一步想想：我們都沒有對一個種群進行研究。一個正常的菌群該是什么樣的？”

第一個要解決的問題是為這個研究尋找完全健康的研究對象。研究者招募了600個實驗對象，年齡介于18～40歲，然后開始折騰他們。他們讓牙醫為實驗對象檢查牙齦，看看有沒有牙齦疾病，檢查牙齒看看有沒有齲齒。他們又讓婦科醫生為女性實驗對象檢查，看她們是否有真菌感染。他們檢查皮膚、扁桃體和鼻腔，還要確保實驗對象胖瘦剛好。有時候有些人志愿參加實驗，認為自己的健康狀況非常好，但最后半數都因健康狀況不達標而被拒絕。最終被錄取的實驗對象中有80%都有牙齦疾病或齲齒，要先經牙醫治療才能參加實驗。

等到實驗對象準備完畢——242名沒有鼻腔、皮膚、口腔、消化道疾病的健康人，女性還要保證沒有陰道疾病——研究者便開始收集糞便和唾液樣本，并從實驗對象的牙齦、牙齒、鼻孔、上顎、扁桃體和喉嚨刮取樣品，他們還從肘關節和外耳褶皺取樣。最后統計下來，女性取樣部位18處，其中包括陰道內的3處，而男性取樣部位為15處。研究者對每個研究對象的同一部位樣品都要重復取樣3次，以觀察他們身體的細菌組成是否穩定，最后樣品總數達到11174例。

為了編錄整理人體菌群中的細菌種類，研究者為細菌的DNA找了一個特殊的標記——16S核糖體RNA，作為細菌的一個遺傳標記物，它在不同細菌間的細微差異可以用作鑒定不同菌種的標準。研究者將細菌的DNA測序，想找到菌群中的獨有基因，最后得到的卻是數量大到驚人的數據，超級電腦也無法承擔這么海量的數據，如哈特哈烏爾博士所說，帶來了一個“巨大的運算挑戰”。

篇8

關鍵詞 發酵技術 酒釀 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 教材分析

“源遠流長的發酵技術”是蘇教版生物學教材八年級下冊第九單元第二十三章“日常生活中的生物技術”的第一節，是學生學習現代生物技術的基礎，對理解現代生物技術以及利用現代生物技術解決人類所面臨的健康、資源、環境等問題非常重要。本節的知識并不復雜，而且與日常生活聯系密切，易激發學生的學習興趣，促進學生有意義的學習。通過利用發酵技術制作食品，學生鍛煉各種能力，并能充分體會科學與技術在人類生活中的應用。

2 教學目標

2.1 知識目標

說出發酵現象產生的原因；嘗試利用發酵技術制作食品；舉例說出發酵技術在日常生活中的應用。

2.2 能力目標

通過嘗試制作酒釀、酸奶等食品的活動，提高動手實踐能力；通過小組收集資料、討論交流，提高收集資料的能力、合作學習能力和語言表述能力。

2.3 情感、態度與價值觀目標

通過小組活動，形成實事求是的科學態度和互助合作的精神；通過了解發酵技術在日常生活中的應用，體會到生物技術的價值。

3 教學過程

3.1 實物展示，引入新課

教師展示酒釀、酸奶、泡菜、果酒、醋、饅頭、面包等食品，并提出問題：人們的日常生活離不開各種利用生物技術做的食品或用品。你們知道這些常見食品的生產與哪種生物技術有關嗎？

教師在學生回答的基礎上引入本節的課題，并指出早在4000多年前，我國古代勞動人民就利用發酵技術釀酒，后來又會制醋、制醬等。

設計意圖：看到平時生活中常見食品，學生的學習興趣和積極性立刻被調動起來，爭著回答問題。學生初步感受到發酵技術與人們的日常生活息息相關。教師順利引入新課。向學生介紹我國發酵技術的生產史是對學生進行愛國主義情感教育的良好契機。

3.2 回憶舊知，理解新知

教師出示酵母菌圖片，聯系學生已經學過的內容，提出問題：酵母菌屬于哪類生物？并由此推測發酵現象由哪種生物引起？之后，教師讓學生嘗試描述什么是發酵現象和發酵技術。教師在學生講述的基礎上給予評價，并明確發酵現象和發酵技術的概念。然后引導學生了解酒釀的制作、水果放久有酒味、果酒暴露在空氣中變酸以及酸奶的制作分別與哪種微生物的發酵有關。接著提出問題：“你們想知道甜美的酒釀是怎樣制作出來的嗎？想不想自己也來嘗試做一份呢？”這樣過渡到下一環節的教學。

設計意圖：酵母菌是學生較為熟悉的一種微生物，學生曾經學習過酵母菌結構和生殖方面的知識。教師以酵母菌作為學習發酵現象產生原因的切入點，再去引導理解發酵現象和發酵技術的定義，從而促進學生的理解。

3.3 自學互動，實踐操作

關于嘗試利用發酵技術制作食品的教學，筆者先讓學生自學閱讀課本上“釀制酒釀”的實驗器材和指導，思考有關問題。然后以6人為1個學習小組，通過組員間的討論先嘗試設計該實驗。之后，各小組派代表匯報交流本組討論的問題和討論結果，以及尚未得出結果的問題，進行組間討論交流。在生生互動的基礎上，教師進行補充講解，并與學生一起歸納釀制酒釀的操作要點。教師需使學生清楚以下幾點事項：

① 什么是酒曲？（通過出示文字資料讓學生弄清酒曲中灰霉菌和酵母菌兩種微生物的作用）

② 釀制酒釀的條件：要有好的酒曲；因為酒釀要在25～30℃發酵，所以制作酒釀要選擇適宜的季節或冬天的暖氣房、恒溫室。

③ 操作要點：

將糯米蒸熟的目的：殺死微生物。

用冷開水沖洗糯米的目的：降溫，減少雜菌混入。

將酒曲碾碎，均勻攪拌在糯米中的目的：讓酒曲和米飯混合均勻。

在糯米中間挖一個小洞的目的：與空氣充分接觸。

各種器具在使用前必須認真清洗干凈的目的：防止污染。

釀制酒釀的溫度應保持在25～30℃的目的：最適合酵母菌生長繁殖。

在弄清上述要點后，學生利用提供的器材制作酒釀：① 以小組為單位，組員間分工合作；② 認真按照步驟操作，特別注意操作要點。

2 d后，各組交流實驗結果，在確認酒釀制作成功的情況下，品嘗自制的酒釀，并利用顯微鏡觀察在釀制酒釀過程中發揮作用的微生物，思考這些微生物在釀制酒釀過程中發揮的作用。若酒釀制作失敗，教師需引導學生分析失敗的原因。

設計意圖：學生通過自學、獨立思考、組內交流，提出自己的觀點，再進行生生之間的探討。這樣能激活學生的思維，使學生積極成為學習的參與者。再通過師生互動，學生能深刻領悟酒釀制作的要點。明確了操作要點后，學生再動手實踐，避免盲目性，從而達到較好的實驗效果。

3.4 搜集資料，匯報交流

各小組以精練的語言匯報課前搜集的有關“現酵技術及產品”的資料（圖文資料以課件形式展示）。這樣可以使學生深刻認識到發酵技術和人們日常生活是息息相關。教師引導學生構建現酵技術的概念以及對各種發酵產品進行歸類：

化工產品：酒精、檸檬酸、乳酸、香料等。

醫藥產品：抗生素（青霉素、紅霉素等）、維生素、乙肝疫苗等。

食品和飲料：醬制品、酒類、飲料等。

然后教師結合實例（如青霉素或乙肝疫苗的生產），讓學生了解發酵技術的新進展，即能夠利用改造過的微生物新品種來生產人類需要的發酵產品。

設計意圖：通過課前查閱資料，學生可以了解課本以外的知識，豐富知識面，同時還能培養自己收集、整理資料的能力。課上的交流匯報則有助于鍛煉學生的語言表述能力。

3.5 知識梳理、構建框架

請學生談一談本節課的收獲，然后教師結合板書引導學生回顧并梳理本節課主要的學習內容，引導學生主動建構出自己的知識框架。

3.6 課外延伸、繼續探究

① 學生閱讀課外探究中的內容，了解酸奶制作相關的事項。

② 美味可口的泡菜是家庭中常見的食品，泡菜又是如何制作出來的？建議學生向會做泡菜的人詢問、或通過網絡、書籍等渠道查詢，了解泡菜制作的相關事項，探究泡菜的制作方法。

設計意圖：要求學生二選其一，嘗試制作酸奶或泡菜，使學生的能力在繼續探究活動中得以提升。

篇9

黑大我愛你,欲哭無淚地寫的論文啊~~

偶包宿寫的哦~~~

最關鍵的是我自己都看不懂~~~

現代生物技術在環境污染治理中的應用

摘要:在環境污染治理中,作為一種技術手段,生物技術具有高效性,反應條件溫和等優點,它對環境污染的治理和修復發揮了巨大作用,為重金屬廢水,石油廢水,油脂廢水,農藥廢水,以及生活污水提供了一條十分有效的途徑。隨著生物技術研究的進展和人們對環境問題認識的深入,人們已越來越意識到,現代生物技術的發展,為從根本上解決環境問題提供了無限的希望。我們要在污染環境修復、污染環境治理、廢棄物的循環再生過程中應用生物技術,其中應用最廣泛的是酶工程技術,微生物工程技術,分子生物學技術,基因工程。

關鍵詞:現代生物技術環境污染治理應用

Modern biotechnology in the Environmental Pollution Control Application

Abstract: In the environmental pollution control, as a technical means, biotechnology has high efficiency, mild reaction conditions, and other advantages, its governance and the restoration of environmental pollution has played a tremendous role for the he**y metal wastewater, petroleum wastewater, grease wastewater, pesticides wastewater, domestic sewage and provides a very effective way. With progress in the study of biotechnology on the environment and people's in-depth understanding of the problem, people h**e become more and more aware, the development of modern biotechnology to fundamentally solve the environmental problems provided unlimited hope. We h**e to repair the pollution of the environment, environmental pollution control, waste recycling process in the application of biotechnology, which is the most extensive application of engineering technology, microbial engineering, molecular biology techniques, genetic engineering.

Keyword: modern biotechnology environmental pollution control application

1. 引言

1.1環境保護已成為當前國際關系、經貿合作中的一個極為重要的問題,也日益嚴重地影響著我國國民經濟的可持續發展。在我國過去幾十年的經濟發展中,由于忽視了發展中的環境保護,目前環境狀況十分嚴峻。近年來雖采取了大量控制措施,但環境質量下降的趨勢仍在繼續。

1.2 我國是世界上環境污染最為嚴重的國家之一,從城市到鄉村,我國的大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。當前我國社會經濟仍然保持著高度發展的態勢,環境保護的壓力將進一步加重,由人類活動所造成的環境污染和環境質量的惡化已成為制約我國社會和經濟可持續發展的障礙。如何在經濟高速發展的同時控制環境污染,改善環境質量,以實現社會經濟可持續發展之目標是我國目前亟待解決的重要問題。

1.3現代生物技術不但在凈化環境,減少污染和改造傳統產業等方面發揮出重要的作用,還可以為保護人類生存環境和社會可持續發展作出積極的貢獻。在環境治理中,生物技術因其投資少,處理效率高,運行成本低等優點而得到廣泛的應用。

2. 現代生物技術的概況

2.1現代生物技術是應用現代生物科學以及某些工程原理,如酶工程,基因工程,微生物工程等,利用生命體(從微生物到高級動物)及其組成(含器官,組織,細胞,細胞器,基因)來發展新產品或新工藝的一種技術體系。一般認為,生物技術包括基因工程,細胞工程,酶工程和發酵工程四個方面。

2.2生物技術直接關系到與人民生活,衛生,健康密切相關的醫藥衛生,食品工業,化學工業,農業的發展。可以在糧食危機,能源危機,環境污染中發揮巨大的作用,并且還可以從基因的角度治愈人類的遺傳病。因此,現代生物技術已經被世界各國列為重點項目。

2.3環境生物技術(Environmental Biotechnology,也稱為Environmental Bioengineering)。是一門由現代生物技術與環境工程相結合的新興交叉學科。直接或間接利用完整的生物體或生物體的某些組成 部分或某些機能,建立降低或消除污染物產生的生產工藝,或者能夠高效凈化環境污染以及同時生產有用物質的人工技術系統,稱之為環境生物技術。

3.現代生物技術的特點

生物是構成生態系統的要素,生態系統內物質循環主要是依靠生物過程來完成的。科技的發展也充分證明生物技術是環境保護的理想武器,這一技術在解決環境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優越性充分體現在它是一個純生態過程。生物技術在處理環境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優點,受到了高度重視。隨著生物技術研究的進展和人們對環境問題認識的深入,人們已越來越意識到,現代生物技術的發展,為從根本上解決環境問題提供了希望。

目前生物技術應用于環境保護中主要是利用微生物。生物技術已是環境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術,其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質的降解、清潔可再生能源的開發、廢物資源化、環境監測、污染環境的修復等環境保護的各個方面,發揮著極為重要的作用。應用環境生物技術/:請記住我站域名/處理污染物時,最終產物大都是無毒無害的、穩定的物質,如二氧化碳、水和氮氣。利用生物方法處理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次轉移。特別是現代生物技術的發展,尤其是基因工程、細胞工程和酶工程等生物高技術的飛速發展和應用,大大強化了上述環境生物處理過程,使生物處理具有更高的效率。美國環保局(EPA)在評價環境生物技術時也指出“生物治理技術優于其他新技術的顯著特點在于其是污染物消除技術而不是污染物分離技術”

由于大部分有機污染物適于作為生物過程反應物(底物),其中一些有機污染物經生物過程處理后可轉化成沼氣、酒精、生物蛋白等有用物質,生物處理方法也常是有機廢物資源化的首選技術。生物過程是以酶促反應為基礎的,作為催化劑的酶是一種活性蛋白。生物反應過程通常是在常溫、常壓下進行的。

酶對底物有高度的特異性,生物轉化技術的效率高,副產物少,這與常常需要高溫、高壓條件的化工過程相比,反應條件大大簡化,因而消耗低,效果好、過程穩定、操作簡便。用生物過程代替化學過程可以降低生產活動的污染水平,有利于實現工藝過程生態化或無廢生產,真正實現清潔生產的目標。生物處理技術除易于大規模處理外,還可利用天然水體或土壤作為污染物處理場所。另外,生物技術的產品或副產品基本上都是可以較快生物降解的,并且都可以作為一種營養源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化學藥物、化石能源、人工合成物等,有助于把人類活動產生的環境污染降至最低程度。生物是構成生態系統的要素,生態系統內物質循環主要是依靠生物過程來完成的。

利用環境生物技術可治理用其他方法難以處理的環境介質,即用生物修復技術凈化環境,使受污染的寶貴資源如水資源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用,同時還可進一步強化環境的自凈能力。

環境生物技術不僅單純適用于環境污染治理,如今已相當廣泛地應用于環境監測,尤其是以生物傳感器為核心的環境生物監測技術,可在線在位迅速地提供環境質量參數,成為環境質量預報和報警中的重要組成部分。

4.生物技術在環境污染治理中的應用

4.1以環境污染的生物治理為主,開展環境微生物學的基礎,應用基礎和應用研究,為重金屬廢水,石油廢水,印染廢水,油脂廢水,農藥廢水,生活污水等提供效果好的,成本低的生物治理技術和設備,以促進我國的環境工程建設。

4.2微生物技術在污染控制工程中的應用主要有活性污泥法,生物膜法,厭氧生物處理法,生物脫氮法,生物除磷法,微污染飲用源水的生物處理,水產養殖水體的生物處理,城市生活垃圾的微生物處理,污泥的微生物處理,禽畜糞便處理與資源化工程,生物修復,微生物脫臭,廢棄物的微生物資源化,固定化微生物技術及其在污染控制中的應用,綠色環保產品的開發和應用。

4.3環境污染的生物降解主要包括好氧生物處理,厭氧生物處理;貧營養環境污染生物降解;石油污染的生物降解,如甲基苯和二甲基苯的降解;芳香族化合物的生物降解;鹵代有機化合物的生物降解;有機農藥在環境中的生物降解;危險性有機污染物的生物降解以及污染環境的生物修復,如地下水污染生物修復等等。

4.4然而,由于技術有限,目前我們可以使用的技術主要有:

4.4.1城市有機垃圾處理技術

將城市垃圾通過分選后綜合治理,將可腐有機垃圾生產成優質有機粉肥或有機無機復混粒肥;將可燃有機垃圾采用氣化焚燒或生產成版材;無機垃圾用于填埋,處理過程中產生的廢氣,粉塵集中處理,廢水凈化后再排放,防止污染環境。

4.4.2生物曝氣濾池處理生活污水及資源化利用技術

集生物處理和過濾兩種功能于一體,出水水質優良,是一種高效的新型生物反應器,極適用于生活污水和工業有機廢水的處理及資源化利用。

4.4.3含油污泥高新生物處理技術

對于我國大中型油田,煉油場,石化企業等行業中含油污泥,煉油浮渣等進行生物治理,通過生物處理達到回收石油資源和污泥達標排放。

4.4.4高新生物工程技術處理油脂化工廢水

利用來自于自然界又經培養馴化的功能菌株,根據廢水和污水的不同性質,組成,配制不同菌株,通過發酵培養形成多功能復合型菌液,用于油脂化工,化工有機廢水,食品,印染,生活污水,工業廢水的處理。

4.4.5油田,煉油廢水高新生物處理技術

通過對大中型油田,煉油場廢水石油污染物樣品采集,降解微生物菌株的分離,篩選,獲得石油降解優勢微生物,針對含油廢水的不同水質特征,選用不同的微生物菌劑處理,使其穩定達標排放。

5.結語

著名的天文學家和生物學家,佛瑞得 霍意耳(Fred Hoyle)先生曾經說過,還未解決的主要問題的答案應該由基本的假設來得到,而且同時也必須依靠經過反復嘗試和檢驗的科學工具及方法。隨著處理技術的不斷發展,生物方法所能處理或修復的對象也在時刻不停地改變。為了使生物技術能滿足新的發展需要。我們必須真正進行探索,并且可能以過去未曾想象到的方式來使用生物或是它們的衍生物。

參考文獻

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篇10

關鍵詞：生物；制藥技術；探討

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著當前科學技術的飛速發展，生物技術在我國制藥過程中的應用也在不斷的加快之中，在我國制藥業的發展之中，生物技術的應用為我國制藥業提供了發展的前提和基礎，為我國制藥業提供了寶貴的技術資源和信息資源。生物技術將成為我國制藥行業發展的重要影響趨勢，也是提高我國制藥業生產水平和生產工藝的主要手段和方法。

1 生物技術概述

生物技術興起于上個世紀中期，是一門綜合性很強的技術學科。生物技術在目前的社會發展中，主要是通過結合先進的科學技術和生物理論為基礎來改變動植物體內的細胞與DNA，從而進行人工加工和提取的過程。生物技術的應用為人類社會的發展和醫療事業的開展注入了新的活力，同時也為傳統醫療技術的應用提出了新挑戰。傳統的生物技術本僅是一個加工的過程和服務行業，然而伴隨著各種科學技術的不斷發展，其逐步趨于培養新物種、開發新產品和探索新技術的過程。植物基因作為當前生物技術的重要環節，是醫療人員在工作中以植物作為主要的研究對象，從而利用植物細胞對相關的基因進行改造，從而提高動植物抵抗力，使其能夠在惡劣的環境中得以正常良好生長。

1.1 生物技術制藥技術的原理

生物制藥技術是利用先進的科學技術和理論知識來對各種微生物和微元素進行辨析和處理，從而提取出能夠預防和治療疾病的成分。制藥技術在目前社會發展中發揮著不可替代的重要作用，與人類的生存與發展息息相關，發揮著不可忽視的重要作用與意義。伴隨著國民經濟的發展與人民生活水平的提高，人們對各種藥物需求不斷增加，提高藥品質量和藥品的藥效已成為人類追求的主要重點。在制藥工作中，利用生物技術制藥已成為一種新技術，是提高工程施工措施和技術方式的主要途徑和方法。隨著近年來社會科學技術的不斷發展，以基因工程、微生物技術等多個方面為基礎的綜合性制藥措施和原理已成為現代化企業發展的核心觀念，隨著當前各種病菌的不斷變化和各種病狀的變動，傳統的醫療措施逐步無法滿足當前各種病癥的需求，因此在當前的制藥工作中不斷的對各種生物技術進行引進和利用，從而保障各類病菌能夠得到合理科學的解決。

1.2 生物制藥在我國的發展現狀

一直以來，生物技術就屬于一種高新技術產業，也是一種新型的社會科學技術之一，在當前的社會發展中，生物技術的應用與普及已成為社會發展的必然結果與趨勢。生物技術歸根究底，就是一種微生物技術，是通過在工作中對各種微生物進行分析和研究的過程。在生物工程應用與發展的過程中說白了就是采用先進的科學技術和設備對微生物的生活習性、生理機制等多個方面進行研究與分析。生物技術的發展歷程從最初到現在經歷了只有短短的幾十年，然而在這幾十年的發展中其幾乎是一種跨越式發展模式，同時其也離不開信息技術與計算機技術的大力支持與配合。就目前社會發展現狀分析而言，科學技術與信息技術是生物技術得以前進與應用的重要基礎。

就我國的生物技術分析而言，由于起步晚、起點低，同時還受到我國近現代國情與其他因素的制約與影響，使得其中還存在著較多的問題與難點。在我國的生物技術發展與應用中，更是只有短短的二十多年歷史，與歐美發達國家根本無法比擬，但就這短短的二十多年來，由于我國政府的大力支持，使得生物技術在應用中取得了良好的成績，以基因工程藥物為核心的研制、開發和產業化已經頗具規模。目前，隨著各種環境因素的不斷惡化，各種自然條件和氣候因素也在不斷的變化之中，使得當前各種病菌發生其遷移性的變化，造成人類健康的嚴重威脅，在這種背景之下，藥品的開發和研制已成為當前保證人們健康的重要手段和不可忽視的手段。

與世界先進國家的生物醫藥產業相比，我國生物醫藥產業還處于比較落后的狀態，但是國家和地方政府都在不斷加大對該產業的發展力度，從政策和資金等各方面不斷加大投入。當前，我國已將生物制藥作為經濟發展的重點建設行業和高新技術的支柱產業來發展。當前一些科技發達或經濟發達地區正在不斷建立國家級生物制藥產業基地，并初步形成了初具規模的生物醫藥產業集群，這對我國的生物醫藥產業發展起到了很好的帶動作用。總體而言，中國生物制藥產業未來充滿希望，前景看好，中國的生物制藥產業將呈繼續增長態勢。

2 生物制藥的前景與分析

藥品是現階段社會發展中保證人們身體健康的基礎前提，是與人們生活質量息息相關一部分。伴隨著近年來科學技術的不斷提高，在藥品生產制作中對于各種制藥工藝與技術的選擇也不斷提高。生物技術作為現階段制藥企業應用的主要主要技術措施和方法，是通過采用各種技術措施與方法來對動植物進行微觀處理和加工，從而形成一種新的物種。這種處理技術和管理的應用對于我國現代化制藥發展起著極大的促進作用。生物制藥產業呈現集群式發展。產業集群發展具有明顯的發展優勢，能夠極大地促進產業的快速發展。生物制藥產業作為高科技產業，不僅需要在基礎設施、上下游配套產業等方面的支持，還需要同教育培訓、專業服務、技術轉移中心等相關服務組合在一起，方能發揮高效作用優勢。當前，我國在生物技術產業迅猛發展的浪潮推動下，經過多年的發展和市場競爭，加上政府不失時機地加以引導，我國生物技術、人才、資金密集的區域，已逐步形成了生物醫藥產業聚集區，由此形成了比較完善的生物醫藥產業鏈和產業集群。這些產業集群對于促進生物制藥產業的發展具有重要的作用，使得生物制藥整體產業鏈得到優化，在生產效率方面得到大幅提升。我國生物制藥產業以后仍會朝著這一方面快速發展，政府也將會加大投資力度、重點建設產業集群區，在基礎設施、配套服務業、研究開發、服務創新、教育培訓和風險投資等方面進行發展和創新，為生物制藥產業集群發展提供良好的發展環境。

生物醫藥技術向產業化推進。將生物醫藥技術從科研轉向產業化生產是科研的重要目的，只有將技術轉化為生產力，才能使得社會生活水平得到提升。我國生物醫藥技術當前很大一部分還停留在科研方面，并沒有有效地轉換為生產力，這不僅浪費了很多的資源，也使得我國的生產實踐跟不上研發，造成了生產的滯后狀況。生物醫藥技術向產業化推進要求企業通過委托外包策略，建立技術同盟，形成優勢互補，使得自身能夠專注于自身專長方面，從而能夠降低生產成本、提高競爭優勢。

生物制藥新興技術將不斷應用于產業發展。生物制藥產業作為高新技術產業，需要不斷進行技術創新，才能不斷解決產業發展中存在的問題，并不斷滿足醫藥水平提升的要求。生物制藥新興技術的發展將會不斷應用到產業發展當中來，從而促進產業技術水平和社會醫療水平的提升。