细菌趣事 第10期

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基因工程细菌

细菌是大家比较熟悉的名字，因为有很多疾病是它们引起的，例如，伤寒杆菌、结核杆菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌，无疑是对人类有害的。但是，大多数细菌是和人类和平共处的，还有许多细菌对人类不仅无害而且有益，能给人类带来很大好处。例如，人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生产杀虫剂，利用产甲烷菌生产沼气，以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作能使庄稼增产的细菌肥料等等。

当一艘巡洋舰驶近敌方港口时，舰长怀疑该水域有水雷存在，于是下令向水中释放了一群微生物。这群数以万亿计的微生物随即开始寻找TNT炸药。当它们接近目标时，会发出明亮的红色荧光，然后它们会深入水雷并消化其中的炸药，使水雷丧失战斗力。这听起来令人难以置信，但是，如果这项重新编排细菌的基因序列的研究能够获得成功，那么在未来的10年内，第一批基因工程细菌将不但能够探测炸药，滤去烟囱所排放的二氧化碳，诊断人体疾病，还能为人类从水中提取氢作为燃料。

细菌是微生物世界里的一个大家族，是一类形体微小，细胞细而短，而且结构简单的原核微生物。它的细胞壁坚韧，无成形细胞核，也无核仁和核膜，除白体外无其他细胞器。人类无法用肉眼看见它们，必须借助于光学显微镜。

细菌的“先见之明”

科学家发现，细菌能预知未来，并为此做好准备。也就是说，这些不起眼的微生物的基因网络竟然能“预见”接下来会发生的事情，并在事态进入新阶段之前作出反应。例如，大肠杆菌在沿消化道下移过程中，会遇到多种不同的环境。具体而言，大肠杆菌在遇到乳糖之后不久便一定会遇到第二种糖――麦芽糖。科学家在观察这种细菌对乳糖的基因反应之后发现，除了乳糖基因，用于消化麦芽糖的基因网络也被部分激活。当研究人员调换了这两种糖的顺序，让大肠杆菌先遇到麦芽糖时，乳糖基因则没有相应地做出反应。这一实验表明，细菌在消化乳糖这个开胃品时，已经自然而然地“知道”要为麦芽糖这道菜做好准备。

葡萄酒酵母也是一种会经历多重环境变化的微生物。随着发酵一步步地进行，糖和酸的含量会出现变化。酒精含量会上升，酵母所处的环境温度会随之上升。尽管葡萄酒酵母的组织结构在某种程度上说要比大肠杆菌复杂得多，但是科学家发现，当葡萄酒酵母遇热时，会激活用来应对下一阶段压力的基因。科学家认为，这种预测和提前反应是微生物通过进化得来的适应能力，能够提高这种生物的生存几率。

细菌也有“条件反射”

在著名的“巴浦洛夫条件反射实验”中，当生物学家巴浦洛夫在摇铃之后不再给狗喂食时：狗的条件反射便会有所减弱；到最后，听到铃声的狗不会再分泌唾液。科学家对细菌采取了类似做法，他们将大肠杆菌置于含有乳糖的环境中，但是之后不再放麦芽糖。几个月后，细菌在尝到乳糖时便不再激活麦芽糖基因，而只是在真正有了麦芽糖时才激活麦芽糖基因。由此可见，小小的细菌也会有条件反射。

12万年后的苏醒

最近，一种微生物在12万年后苏醒了过来。这种寿命极长的新细菌种类是在格陵兰岛一座冰川下近3000米处发现的。那里的环境状况是，温度可骤降至远低于冰点的水平，气压骤升，食物和氧气匮乏。科学家不清楚这种细菌的生存状态。它们可能处于冬眠状态，即不进行大量新陈代谢活动，繁殖数量很小，也可能缓慢地进行着新陈代谢和复制。无论处于何种状态，这种细菌显然已经找到了在恶劣环境下长期生存的方法。

为了诱使这种细菌重新苏醒过来，研究人员在摄氏2度的环境下，对这种细菌样本进行了7个月的培养，随后又在摄氏5度的环境下培养了4个多月。结果，这种原本紫褐色的细菌的菌落便有了活力，而且十分健康。现在，在实验室里让这种细菌恢复原状并成长已经是可行的了。

科学家们猜测，这种细菌之所以有如此强大的生命力，要部分归功于这种微生物体积很小。由于表面积与体积之比更大，这种新型细菌可更有效地吸收营养。一个研究小组还在同一区域发现了另一种耐寒细菌。这种细菌也已经存活了大约12万年。由于格陵兰冰川极冷的环境可最佳模拟出外星球可能存在的生存环境，那里的超低温度甚至能让细胞和核酸保存数百万年。因此，对此类微生物进行研究，或许能让人们了解在太阳系其他星球可能存活的生命形式。

遨游太空“功力大增”

在太空失重状态下，人类的生理会受到明显的影响，其中最明显的是骨质疏松，这就是为什么从太空归来的航天员，出舱后要坐在椅子上被人们抬着走的缘故。但同样的失重状态却会使细菌成为“功力大增”的超级杀手。

2006年9月，美国科学家委托“亚特兰蒂斯”号航天飞机将一些实验用的沙门氏菌带入太空。在太空，航天员通过手动摇柄将存放在密封容器中的细菌放入培育室，并将其激活。经过12天的绕地球飞行后，它们又随航天飞机返回地面。不过，这些邀游太空归来的细菌已不可同日而语。科学家将其与地面环境下培育的沙门氏菌进行毒性比较，结果发现前者对老鼠的杀伤力几乎是后者的三倍。

作为一种最常见的肠道致病菌，沙门氏菌极易引起食物中毒，症状包括发烧、腹泻和胃痛，如果感染者免疫力低下就会有致命危险，目前还没有针对这种细菌的疫苗。航天员在太空的免疫力比在地球环境中有所下降，因此，沙门氏菌被认为是对航天员健康的一大潜在威胁。虽然这一实验结果令人感到非常担忧，但值得庆幸的是，科学家已经发现了沙门氏菌的“力量之源”――Hfq基冈调控蛋白。正是根据这种蛋白的“命令”，沙门氏菌的167个基因在太空改变了程式，令其毒性更猛。

科学家表示，他们还需进行更多的实验来验证这一结论，其他细菌在太空环境下也可能有类似的反应。这一研究将有助于加深对传染病菌的认识并促进新型抗生素的开发。

人体，细菌的乐园

不用害怕，你我都活得好好的。人身上的细菌数量是人体细胞的数目的十倍。光是存人体的消化道里，就至少生存着500种、50万亿个细菌，合起来重达1.5千克。一个健康人每天排出的粪便中，细菌占了三分之一的重量，约75种1亿个之多。这些细菌的大量存在对人体是有益的，它们抑制了从体外跑进来的有害细菌的繁殖，它们还帮助消化碳水化合物，并为人体制造维生素。

科学家的最新研究显示，和肠道中的细菌有助于消化食物一样，生活在人体其他部位的细菌也能帮助人类抵御多种疾病的侵袭。其中，人体的皮肤就是细菌偏好的居住环境之一。他们通过研究推断，人类皮肤上存在着大约205种细菌，比人们原来所知道的还要多，但这并非唯一的发现。研究结果还显示，在人体各个部位的皮肤上，细菌的种类不尽相同。例如，上臂皮肤上的细菌种类有40多种，而耳朵背后的皮肤上只有近20种。经过进一步分析，研究人员发现，在干燥(手掌)和潮湿(鼻腔、腋窝、肘窝和膝盖内侧)的皮肤上存在的细菌种类最多。而眉毛、内耳和头皮等油腻区域内的细菌种类则相对较少。这一研究将有助于开发能够治疗和预防湿疹和痤疮等皮肤病的新药物。