微生物与人类关系

湖北大学

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业

微

生

物

论

文

论文题目：微生物与人类关系

指导教师：杨世辉

专业：生物工程

班级：1401

学号：2014221107210026 姓名：黄炜

2016年12月25日

微生物与人类关系

摘要:微生物与.人类的关系异常的密切，切实关系到人类健康，说到微生物我们不能说其对人类全是坏处或全是好处，任何事物都要一分为二的看，就看你怎么利用了。微生物与人类关系密切决定了它既能造福于人类也能给人类带来毁灭性的灾难。通过分析微生物与食品、医药卫生、工业及农业的关系来说明微生物与人类的关系

关键词：微生物，人类健康，食品，工业，农业，医药卫生，关系

引言

比起遍满大地的植物和肉类来源的动物，微生物对多数人来说是比较陌生的，除了生病的时候，平常很难会想起它。实际上，微生物和人类的关系绝不比高等生物疏远，甚至更加密切。微生物对人们的生活影响巨大。他们清洁环境并使土壤肥沃，他们在食品工艺学中起着十分重要的作用；它们在我们的身体里制造维生素。它们能够在体内外与我们和平共处，其中一些甚至还保护我们免受别的有害微生物的侵犯，当然这也并不排除有些微生物也会对我们的身体健康造成一定伤害，甚至是致命的。微生物与人类社会和文明的发展有着极为密切的关系。微生物与人类关系的重要性和对于人类文明所作出的贡献以及对于人类可持续发展所具有的贡献潜力，都有着光辉的记录并将继续创造者新的功绩。在现代科学中，对人类健康关系最大、贡献最为突出的应该算是微生物学了。所以现代微生物学时一个只有许多不同专业方向的大学科，它对食品、工业、农业生态环境及医药卫生等都产生了深远的影响，并且促进了人类的进步。

一、微生物与食品安全

1、微生物，有时也称细菌，实际上包括细菌、霉菌、酵母和病毒等引起食物中毒的有害微生物，注意：有些微生物是有益的，如乳酸菌、面包酵母等。由于这些生物个体十分微小，要通过显微镜才能看到，因此称为微生物。微生物无处不在，可在食物链的任何环节侵入食品，从动物到田间的植物、从加工的食品到端上餐桌的食物。如果我们食用的食物中有微生物繁殖，就可能造成疾病。食品从生产原料、加工，一直到食用以前都有可能遭到微生物污染。食品微生物包括3大类：（1）通过它的作用,可生产出各种饮料、酒、醋、酱油、味精、馒头和面包等发酵食品。（2）是引起食品变质败坏的微生物。（3）又称食源性病原微生物。包括能引起人们食物中毒和使人、动植物感染而发生传染病的病原微生物。

2、可能对食品造成污染的微生物主要来自以下几个方面：

（1）土壤土壤是微生物的大本营

（2）空气空气中的微生物数量随与地面高度、人口疏密等条件而异。一般来讲，越接近地面的空气，含微生物越多。尘埃越多，微生物也越多。相反，下雨或下雪后，微生物就显著减少。

（3）水各种水域如海洋、湖泊、江河具有微生物生存的一定条件，自然界的水源中都含有不同量的无机物质和有机物质。水的表面含氧量较多，淡水pH在7.0—7.4之间，水的温度随气温变化而改变。因此，不同性质的水源中可有不同类群的微生物在其中活动和生存。（4）人和动植物当人和动物有病原微生物寄生而造成病害时，患者体内就会有大量的病原微生物通过呼吸道和消化道排泄物向体外排出，其中少数菌是人、畜共患病原微生物，如沙门氏菌、结核杆菌、布氏杆菌(Bacterium burgeri)。它们污染食品和饲料造成人、畜患病或食物中毒。

（5）食品加工设备与包装材料各种加工机械设备本身无微生物所需的营养物质，但在食品加工过程中，由于食品的汁液或颗粒黏附于内表面，食品生产结束时机械设备未得到彻底的灭菌，使原本少量的微生物得以在其上大量生长繁殖，成为微生物的污染源。需要注意的是，引起食物中毒的微生物繁殖迅速。但需要一定的条件：水分、温度和营养物质。它们能

在温度5-63℃的范围内繁殖。如果条件适宜，1个细菌能在8小时内繁殖到超过400万个。因此，食品的适当加热和冷却有助于减少食物中毒的风险。食物进食之前，热的食物要保持高温状态（63℃以上），冷的食物放入冰箱。

3、微生物千姿百态，有些是腐败性的，即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的，它们可用来生产如奶酪、面包、泡菜、啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。比如中等大小的细菌1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌，或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可有含有50 亿个细菌。

4、应用前景：一直以来，为了动物的健康和促生长，使用大量的抗生素作为饲料添加剂，但其副作用已经对人类的肉食卫生安全及动物和人类的健康造成了威胁。首先，抗生素能破坏动物肠道正常微生物群的生态平衡，影响动物的健康，特别是在使用不当时，会引起内源性感染或二重感染。其次，使用抗生素可能会引起细菌对抗生素的耐药性，并能通过耐药性质粒遗传，使耐药菌株增加，这种耐药菌也可能通过多种渠道转移给人类，威胁人类的健康。再者，抗生素化学残留会污染肉、奶、蛋等产品，降低畜禽水产品的质量。基于此，瑞典自1986年即禁止在供肉食的动物饲料中使用抗生素。1998年12月，欧盟也禁止在畜禽养殖中使用多种抗生素添加剂。

二、微生物与医药卫生

1、代表人物及主要成果

Louis Pasteur (1822～1895) 法国微生物学家，化学家。对狂犬病的研究是他科学生涯中最后、也是最重要的一项工作。将狂犬患者的唾液注射到兔子体中，使兔感染狂犬病后，再将兔的脑和脊髓，制成可供免疫用的弱化疫苗，1885年在一个9岁的被患狂犬病的狼咬伤的孩子身上试用，获得成功。这一研究成果当时被誉为“科学纪录中最杰出的一项”。巴斯德研究所就在那时筹款建立。开创了药物微生物技术的新时代。 Alexander Fleming 英国细菌学家。他首先发现青霉素。后英国病理学家弗劳雷、德国生物化学家钱恩进一步研究改进，并成功的用于医治人的疾病，三人共获诺贝尔生理或医学奖。青霉素的发现，是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗的时代；从此出现了寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的新时代。 Selman Abraham waksman抗生素之父瓦克斯曼，美国人。对土壤微生物产生抗生素物质进行了系统和开创性工作，发现了链霉素是结核杆菌的克星。

2、抗生素

细菌对抗生素的抗性有内在抗性(intrinsic resistance)和获得性抗性(acquired re2sistance)。内在抗性是指细菌天然对某些抗生素不敏感。获得性抗性涉及细菌遗传背景的改变。细菌可通过随机突变，或表达潜在抗性基因获得抗性；也可通过抗性基因水平转移获得抗性。细菌可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGE)可以在同种甚至不同种菌株间水平转移，加速了临床上耐药及多重耐药菌株产生。链霉素（streptomycin）是一种氨基葡萄糖型抗生素，分子式C21H39N7O12。1943年美国S.A.瓦克斯曼从链霉菌中析离得到，是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作用，开创了结核病治疗的新纪元。链霉素属于不含伯胺基的氨基糖苷类抗生素，可采用两种方法制备免疫原。一是利用醛基可以采用O-(羧甲基)羟基胺法，将其生成含有带羧基的半抗原衍生物，然后采用碳化二亚胺法，将带有羧基的半抗原与载体蛋白的胺基或者羧基结合。二是利用链霉素其醛基直接与载体蛋白的胺基缩和。目前已发现的天然抗生素约2/3来源于链霉菌。利用链霉菌产抗生素能力与链霉素抗性基因之间的对应关系定向筛选正向突变株，是目前农用抗生素科研领域的研究热点，紫外诱变是菌种选育过程中最常用的诱变方法之一，但该法导致的菌种突变是随机的，正突变株的出现频率很低，需要进行大量的筛选工作。通过将链霉

素抗性筛选法与传统紫外诱变法结合，可快速、有效的获得理想的抗生素高产突变株。

3、微生物发酵制药

微生物有着非常强大的分解转化物质的能力，并能产生丰富的次生代谢产物，通过微生物的生长代谢和生命活动来炮制中药，可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地改变药性，提高疗效，降低毒副作用，扩大适应症。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上，吸取了微生态学研究成果，结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术，是从中药(天然药物)制药方面寻找药物的新疗效。微生物对中药发酵的作用：微生物在生长过程中会产生各种各样的生物活性物质，并易于组织工业化生产。现代工业中许多生物产品都是通过微生物发酵生产的，如各式各样的酶、抗生素。有些微生物在生长过程中可以分泌几十种胞外酶到培养基中去，微生物进行生命活动所产生的胞内酶更是有成百上千，这些丰富而强大的酶系是中药发生化学反应的物质基础，可以将药物的成分分解转化形成新的成分，这些新成分就是新的活性药物筛选的物质基础。这就是微生物可以用来发酵炮制中药的理论根据如酶法已成为中药炮制的一种方法。另一方面，由于微生物也会形成丰富多样的次生代谢产物，它们有些本身就是功效良好的药物；或以中药中的有效成分为前体，经微生物的代谢可以形成新的化合物或微生物的次生代谢产物和中药中的成分发生反应形成新的化合物。微生物的分解作用有可能将中药中的有毒物质进行分解，从而降低药物的毒副作用。微生物容易诱变，可以根据需要，运用现代生物技术对微生物进行改造，使之更适合中药发酵的需要。现代生物技术首先在微生物体中得到运用，也是基因工程等技术最成熟的领域。

4、酶抑制剂

酪氨酸酶广泛存在于自然界中，其化学本质是含铜蛋白，是黑色素生物合成的关键酶和限速酶。酪氨酸酶的活性与色素沉着性疾病、食品褐变等均有密切关系。抑制酪氨酸酶活性对人类皮肤色素疾病的治疗、食品保鲜及农业抗虫领域具有重要意义。

（1）微生物来源从海洋红藻表面分离得到核盘霉菌中的葡萄孢菌，利用酪氨酸酶抑制活性追踪法对其代谢产物进行研究，分离得到3个含α-吡喃酮结构的化合物均对酪氨酸酶有抑制性，同时初步确定α-吡喃酮联接戊烷基时显示最强的酪氨酸酶活性抑制力。从4000余个微生物代谢产物中找到一株活性化合物产生菌，经鉴定为链霉菌，以酪氨酸酶为底物，发现链霉菌代谢产物H7264A和H7263B 均具有酪氨酸酶抑制活性。

（2）酪氨酸酶抑制剂的作用机理国内外对酪氨酸酶抑制剂的抑制机理普遍认为包括：清除氧自由基，终止自由基链的引发，削弱酪氨酸酶的供氧作用，削弱酪氨酸酶作用。酪氨酸酶抑制剂结构与底物相似，作为酪氨酸酶的竞争性底物，从而削弱酪氨酸酶对酪氨酸及其系列氧化产物的催化氧化作用。根据抑制剂与酶作用后是否引起酶永久性失活，可将酶抑制剂分为不可逆抑制与可逆抑制。

三、微生物与工业的关系

3.1微生物对工业发展的总义

微生物在工业中的应用涉及轻工业、食品工业、医药工业、化学工业、农林渔牧业、和环镜保护等许多领域，与工业生产和人们的日常生活有着极其密切的关系，对可持续发展战略有着十分重要的意义。微生物在工业中相关应用的产业已成为整个国民经济的交柱，具有举足轻重的地位。

无论是传统的发酵工业还是以基因工程为核心的现代生物技术，都离不开微生物这个主角，是微生物独有的生长特性和代谢活动造就了这些研究和生产领域。事实上，也是工业微生物发酵所带来的巨大经济和社会效益，使得人类对微生物这类微小的生物更加刮日相看，人类对微生物的研究和应用止在不断地深入和拓展。近几十年来，工业微生物技术方而的创新异常活跃。已经成为实现可持续发展最有希望的技术。

3.2新兴微生物技术

生物催化，尤其是微生物催化手性合成由于具有副产物少，辅因子再生简单，选择性高以及环境友好等优点，已成为制备手性化合物的最有前景的方法之一。微生物催化合成新技术包括于性合成新进展—环氧化化合物不对称合成、氧化还原反应的新热点—辅因子再生、微生物催化和发酵调控新技术—代谢合成网绍调控和重建等。

油藏微生物及其在石油工业中的应用，油藏是一种特殊环境。其高温、商压、高矿化度、无氧、多孔介质及其流体等因素对微生物的存活及生长繁殖都会产生明显影响，油藏极端环境对微生物群落结构组成和数景也会有大的影响，利用烃降解蔺、发酵菌、硫酸盐还原菌及产甲烷菌等微生物群落，激活本源微生物和筛选外源微生物来提高石油采收率。

3.3新兴微生物技术的优垫与人类健康

这些新兴的微生物技术血下业巾的应用相较干以往有一些特殊优势:①微生物生长所需要的主要原料碳源或可再生的生物质资源或二氧化碳来源广、产景大而且价格低廉对人类赖以生存的环境污染小，十分符合可持续发展战略的要求。②与化学反应一般要在高温裔压的条件下进行不同，微生物发酵和转化通常在常温常压和中性PH范围内进行，反应条件十分温和，而且能源利用率高，生物转化反应的专一性好，产品的转化率高。③由于微生物的多样性和代谢途径的多样性，我们可以不断地从微生物代谢产物中分离出新的、对人类生活和工农业生产有重要意义的新产品。④由于微生物的变异性，采用各种办法改变微生物的遗传性质，调节代谢途径，为不断提高目标产物的生产水平或生产新的产品提供了可能性。⑤微生物的结养基、他们的代谢产物及微生物菌体本身都是可降解的，而且可以通过综合利用增加它们的使用价值，因此利用微生物生产目标产物的过程中产生的污染物比较少，而且容易处理。

以上这些微生物在工业中应用优势足以说明:现代微生物技术能为工业生产节约

资源能源，降低工业生产生活过程中对环境的污染，从而将减少因工业污染对人类健

产生的危害。

四、微生物.与农业生态环境

4.1二十一世纪农业生态环境面临的问题

21世纪是一个生态文明的世纪，人们把追求人与自然的和谐相处推上当今社会

发展主旋律的位置。他预示着人类即将进入一个崭新的文明时代，即生态文明建设时

代。在现代农业发展进程中，遭遇了一系列的问题。第一，化肥使用景逐年增加，化

肥利用率和化肥增产效益下降；第二，农药使用景逐年上升，引起环境污染，对农产

品安全构成威胁.第三，土壤肥力下降，土壤退化加剧；第四，土壤生态环境恶化，

上壤生态功能下降。

4.2解决农业生态环境问题的措施

4.2.1有效微生物技术

有效微生物技术的开发和应用对干中国设施农业的可持续发展具有特别重要的作用，它在土壤肥力的提高与保持、营养元素的转化、提高化肥利用率、促进作物生长、拮抗土传病害、环境净化、生态系统的平衡等方而起着重要的作用。我们应当充分利用和发挥微生物肥料的以上诸多功能，为设施农业生产和农业可持续发展服务。发展设施农业是集约利用资源、增加农民收入、提高农业竞争力的一项战略措施。近年来，随着我国设施农业的篷勃发展，设施栽培在取得经济效益、社会效益的同时，也改变了土壤的生态环境。目前微生物技术正在设施种植业和新型肥料研制当中发挥着越来越重要的作用，逐步成为中国国家生态示范区、绿色和有机农产品草地等的主力军，在设施农业生产中发挥着越来越明显的经济效益、社会效益和生态效益。

4.2.2微生物肥料

微生物肥料以微生物的生命活动促使作物得到特定肥料效应，是农业生产中使用肥料的一种。微生物肥料的使用可减少化肥的使用量，提高化肥利用率，使用微生物肥料还可充分利用再生资源、增进土壤肥力、协助农作物吸收营养、增强植物抗病和抗旱能力、刺激和调控生长、减少或降低植物病〔虫)害、和对作物品质有良好的影响。跟据微生物肥料的功能、作用机理、其制品巾特定的微生物种类的不同划分不同的种类，但生物肥料的功效主要是与营养元索的来源和有效性有关或与作物吸收营养、水分和抗病有关。

4.2.3上壤微生物

微生物在土壤巾有丰富的储景，且随着环境的差异和时间的延续发生着变化。新菌株的筛选将极大提高微生物在农业中应用的效率。通过现代分子生物学技术，将筛选获得的新菌株的功能性基因片段分离克隆，进行人下构建，塑造新的生物活性菌种，将成为重要的科研方向，用微生物治理污染，改善环境将是主题。但是，随着土壤的破坏，微生物的栖息地也在被逐渐的破坏，因此，保护土壤微生物资源也尤为重要。土壤微生物从农药到饲料，从肥料至食品都将有广阔的应用前景。

4.2.4微生物循环农业

以微生物为核心做循环农业，就是要利用微生物对农产品生产加工消费剩余物，如农作物秸秆、动植物产品加工下脚料、人畜粪便、城乡有机垃圾等进行分解消化吸收合成新的营养物再输入到农业生产的循环过程。发展以微生物为核心的循环农业，不但可以促进传统的植物生产、动物生产“二维农业”向植物生产、动物生产、微生物生产“三维农业’的转变，而且可以提高农业质量效益，减少资源浪费，维持生态平衡，增加社会就业，提升劳动者素质，其经济、生态、社会意义深远。

利用微生物工程措施可以有效地改善土攘的环境和质量，减少对生态环境的污

染，提高作物的产最和品质。使人们能够生活在相对健康无污染的环境中，吃上绿色

无污染的健康食物，这对人类健康有着至关重要的意义。

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