第二篇第三十一章微生物的变异

    所谓微生物变异，通俗地讲就是由于自然条件的改变或者人为因素影响，促使一些微生物在

    某方面改变了亲代传给它的特征，并且还能把得到了的这种特性传给子代。

    变异可分为暂时变异和永久变异。暂时变异主要由环境因子控制，生物在某一特殊环境下

    发生，当回到正常环境下，发生的变异又会恢复正常。永久变异是由遗传因子控制，是由遗

    传物质的变化而引起的，变异是永久性的。

    暂时变异一般是整个细胞群体的每个细胞都同时发生变化。如大肠杆菌在培养很久的老

    培养基内变成近似球状的菌，当它回到新鲜的培养基内时，它们又可回到原来的杆状。微生

    物的永久变异是出突变引起的。在没有人为影响条件下自然发生的突变为自发突变。对细菌

    永久变异研究表明，每个细菌每一世代突变率为104～105，即1万个到10万个细菌中

    ，只有一个细菌发生突变，可见突变率是很低的。但是由于微生物的繁殖速度快，数量多，

    即使突变率很低，当乘以这个庞大的基数时，数目还是惊人的。

    由于变异是微生物的一种奇妙特征，微生物在自然选择作用下，对自然界有极强的适应能力

    ，可以在其他生物不能生存的环境中安居乐业，有的微生物可在90℃的高温中生活得自由自

    在，有的则在稀酸水中悠哉悠哉，所以它们在自然界中分布最广，简直无处不在。

    那么微生物变异对人类有什么益处和害处呢？这就是接下来要详细介绍的了。

     孙悟空的法宝

    早期人们认为微生物可“驯化"或“驯养"，就像长期喂养野猪，最后可以驯化为家猪一样。

    有一种“定向培育"技术，即在特定环境下长期处理某一微生物培养物，同时不断地移种传

    代，以达到积累和选择合适的自发突变体的古老的育种方法。巴斯德曾用42℃去培养炭疽杆

    菌，经过20天，该菌丧失产芽孢能力。经2～3月，菌体进一步失去致病能力，因而可用作活

    菌苗使用。利用它来接种，在预防牛、羊的炭疽病方面，曾获得良好的成效。巴斯德也曾将

    疯狗的唾液注入健康兔子脑中长期传代“驯化"，制成疫苗，救治狂犬病患者，开创

    了人类免疫学。定向培育最为成功的例子是目前被广泛使用的卡介苗。法国的卡尔密脱

    和介林把牛型的结核分歧杆菌接种在牛胆汁、甘油、马铃薯培养基上，连续

    传代培养230代，前后经历13年时间，终于在1923年获得显著减毒的结核杆菌——卡介苗

    。当时，人们只是认为微生物与禽畜一样，长期处在特定环境中是可以被“驯服"的，并没

    认识到实际上利用了自发突变。 虽然定向培育作为一种古老而低效的育种方法现已被淘汰

    ，但是人们仍然继续在利用菌体的自发突变现象。例如，可以从被污染的噬菌体发酵液中分

    得到抗噬菌体的菌株。又如在酒精发酵工业中，曾有过一株分生孢子为白色的糖化菌“上酒

    白种"，就是在原来孢子为黑色的宇佐美曲霉发生自发突变后，及时从生产过程中挑选出来

    的。这一菌株不仅产生丰富的白色分生孢子，而且糖化率比原来菌株强，培养条件也比原菌

    株粗放。这就是最初人们对微生物自然突变的利用了

    定向培育是一种守株待兔式的被动育种方法，除某些抗性突变外，其他性状不是无法获得

    ，就是需要相当长时间才能奏效。由于微生物在自然条件下自然突变率太低，要从千千万万

    个微生物群体中找出来也非常不容易，简直是大海捞针。

    在生产实践中，可以迫使微生物发生变异，以获得具有优良特性的变种为人类服务。为了获

    得高产菌株，便利用微生物易变异的特点，使用强烈的物理因素(如X射线、γ射线、α射线

    、β射线、紫外线等)或化学因素(乙烯亚胺、亚硝酸等)对微生物进行处理，强迫

    它们发生变异，这样人们就可以在较短的时间内获得更多的变异体，从中挑选出所需要的优

    良变异体。例如：可使原来吃细粮的微生物改吃粗粮，以达到节约粮食的目的；不耐高温的

    菌类可使它们适应高温环境，从而解决在大工业生产中的降温问题；通过诱变还可使产量低

    的菌株，变成产量高的菌株。如在1943年，当时利用黄青霉生产青霉素，在每毫升发酵液里

    仅有20个单位，产量很低，因而价格昂贵。通过几十年来利用紫外线及乙烯亚胺等各种手段

    诱导变异，再加上其他条件的改进，现在应用的变种每毫升发酵液中有几万个单位，大大提

    高抗菌素的生产水平。链霉素生产菌经过变异改造后，今天的产量也比1945年提高数百倍。

    在生产上还可以利用变种来扩大产品的品种数量，如生产四环素的菌种变异后，有的能生产

    去甲基四环素，有的能生产去甲基金霉素等。

    因此，利用微生物变异的特性，不仅能提高产量，扩大品种数量，而且能提高产品质量，简

    化生产工艺。所以在目前利用微生物的工业生产中，广泛采用变种是一个极其有效的途径。

     道高一尺，魔高一丈

    应该看到微生物易于变异给我们带来益处的同时，也给人类带来威胁，有许多有害或致病

    微生物有如从天而降，猖獗一时，为非作歹，给人们防治疾病带来一定的困难。

    在20世纪40年代以前，肺病对于人类就像今天的癌症，难于

    医治，因其为空气传播，更难于防范。直到抗生素出现，能杀死

    结核菌的链霉素才成了结核病人的救星，链霉素还能杀死其他致病

    菌，于是，20世纪60年代以后，一些常见的细菌感染疾病，

    如肺炎、败血症、回归热、梅毒、淋病、炭疽病等都得到有效的治

    疗。在众多的抗生素资源中，还

    有一些对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有抑制或杀死作

    用的种类，像金霉素、四环素等，这些抗生素被称为“广谱抗生素”，

    它们的应用范围更广泛。

    然而，抗生素使用不久，人们就发现它的杀菌效率不断下降，狡猾的细菌摇身一变，变成

    了抗药性的细菌，这是由于变异。当使用抗生素时，大部分细菌被杀死，发生突变的细菌

    产生了抗药性，并在自然界繁殖，兴风作浪。于是抗生素剂量不断加大，版本

    不断刷新，人类和细菌开始了一场军备竞赛。结果是新

    的抗生素的发现速度还赶不上细菌产生耐药性的速度，

    而且耐药细菌的毒力也越来越强，越来越难以对付。如

    今在美国的医院里，20%的肠道菌感染对抗生素产生抗

    药性，包括危险的金黄色葡萄球菌在内。肺结核和疟疾

    在世界许多地方失去了控制，每年有大约300万人死于

    疟疾。

    2003年上半年，在我国的一些地区和东南亚国家相

    继发生了“非典型肺炎”病例，并向各地蔓延。患者几乎

    都是以高热为首发症状，咳嗽较少，痰也很少。而以前被

    定义的“非典型肺炎”多数由支原体、衣原体、立克次

    体、军团杆菌或病毒引起，通过应用抗生素治疗大多能

    收到不错的效果，很多患者甚至不用住院就能痊愈。但

    本次的“非典型肺炎”与通常所指的“非典型肺炎”不同，

    主要表现在现有的抗生素都难以奏效。这不能不引起人

    们的高度警惕。世界卫生组织专家曾发出警告，如果人

    类不停止滥用抗生素，那些新产生的能抵抗所有药物的

    “超级病菌”，将会使目前所有的抗生素失效，人类在严

    重感染面前将再次束手无策。

    在不少病菌逐步产生对原有抗生素的耐药性，而新

    的抗生素的发现又极困难的情况下，科学家们把目光投

    向了昆虫。昆虫虽不像高等动物那样具备完善的免疫系

    统，但它们的先天免疫和获得性免疫能力却是惊人的。

    如家蝇从幼虫到成虫均生活在细菌丛生的环境里，在人

    类和其他动物之间传播多种疾病，如痢疾、伤寒、霍乱

    等，而自己却很少患病。因此，家蝇体内极可能具有能比

    一般动物更有效地抵御病原菌感染的独特的免疫防御

    机制。目前，对于与人类疾病有密切联系的蚊、蝇、蟑螂

    等昆虫体液中的抗菌肽研究获得了初步的成功。抗菌肽

    是一种昆虫血液与淋巴中具有杀菌和多种生物学作用

    的活性蛋白，经过人工诱导，昆虫体内可产生大量的抗

    菌肽。抗菌肽有望成为21世纪抗生素的新来源。

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