微生物与人类健康问题范文

导语：如何才能写好一篇微生物与人类健康问题，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：新课程标准 《微生物学》 教学

为了跟上中学新课程标准的实施步伐，目前师范类院校教育专业的各专业课的教学都做出了相应调整。枣庄学院（原枣庄师范专科学校）虽属本科非师范类院校，但仍保留了部分教育专业，特别是生物教育专业。新课改的实施需要我们对相应的专业教学提出改革，本文主要对《微生物学》教学提出改革建议，希望对今后的《微生物学》教学有所帮助。

1 教学内容的对比分析

第一单元

第一章奇妙的生命现象

本章是中学生物学的开篇，包括“生物的基本特征”和“生物学的研究方法”两节内容。引导学生从自身的生活经验和认知水平出发，在常见的生命现象层面上总结生物的基本特征；让学生通过重温“巴斯德试验”，体验科学家进行科学探究的一般过程和基本方法，提高学生的探究能力，培养学生的科学思维习惯。

第二章严整的生命结构

本章共包括“显微镜的构造和使用”、“细胞的结构和功能”、“细胞的分裂和分化”、“多细胞生物体的结构层次”四节内容。本章的教学内容在大学教学中已基本包含。

在此列举了第一单元部分内容做对比，由于篇幅有限，其它内容在此不一一列举。

2教学过程中的改进方法

2.1 加强知识的系统性，提高学生理论水平。

《微生物学》是生命科学的专业必修课。通过本课程的学习，要求学生掌握微生物学的基本知识和基本理论，包括微生物的形态结构、生理特性、遗传变异、基因表达的调控、生态分布、分类进化、物种多样性、感染与免疫等；了解微生物在工业、农业、医药、环境保护等方面的实际应用以及微生物学在生物学发展中的作用；为全面学习生命科学的基本理论和实践技术打下扎实的基础。如果基础理论知识缺乏系统性，将不利于学生全面掌握适应社会需求的基本知识和技能。因此无论在中学教学过程中还是在大学教学过程中，应进一步加强知识的系统性、整体性、连续性和前沿性。

中学第七册（上）第三章“生物圈中的微生物”分别探讨了三大微生物类群――病毒、细菌和真菌的形态结构、生命活动，使学生对微生物的生命活动有一个初步了解，此部分内容在大学课程《微生物学》的“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”等章节中有较为详细的阐述和讲解。此外，中学课标还要求学生能够从微生物与疾病、微生物与医药、微生物与食品等多个方面举例说明微生物与人类的关系，并进一步探究细菌、真菌在生物圈的作用。在大学课程《微生物学》“原核微生物”、“真核微生物”、“病毒”及“微生物生态”等章节均有“微生物与人类的关系”内容的简述，但重点集中在细菌、病毒与人类及环境的关系上，至于其它微生物并没有详细、深入、系统的介绍相关内容，在讲述过程中往往被教师简略或忽略了。在大学课程教学中教师应引导学生去查阅相关资料，主动地去探索“微生物与人类的关系”，帮助学生更好地理解微生物与人类活动的密切关系，了解微生物在人类活动中的重要性，并积极参与保护生物多样性、维持生态平衡。

中学第七册（下）第六章“免疫与健康”介绍了人类免疫学的基本知识。其中人体的免疫功能、人体的特异性免疫和非特异性免疫、计划免疫的意义、传染病的病因及传播途径和预防措施等内容在大学课程《微生物学》“免疫学基础知识”一章中已有系统介绍。有关常见的寄生虫病、细菌性传染病、病毒性传染病、安全用药常识等内容在大学课程中应进一步拓展和加强，因为“传染与免疫”和我们的生活很贴近，在《微生物学》中简短的篇幅很难讲清楚，因此建议将《微生物学》“传染与免疫”这一章删除，在掌握微生物学知识的基础上增开《免疫学》课程。

另外，生命科学飞速发展，有关微生物学的研究更是日新月异，短时期内教材又无法改变，因此，在教学过程中教师要及时掌握相关研究领域的最新进展，使微生物的教学具有前沿性，我们的知识才不会陈旧，使学生更容易适应时代的要求。

2.2 发挥实验教学的特殊作用，提高学生的动手能力。

生命科学是一门以实验为基础的学科，实验在生命科学教学中占有相当重要的地位。在中学新教材中广泛地采用了过程模式和情境模式，通过加强实验和创设情景来培养学生的观察能力、实验能力，培养学生对科学的探究能力和探究方法。

微生物学是一门实践性很强的实验科学，要求在教学中充分重视实验课程，在高中《生物技术与实践》“微生物的培养与应用”专题中涉及了大肠杆菌、纤维素分解菌等细菌分离纯化技术，此项试验技术在大学实验教学“土壤微生物的分离纯化”已包含。但在以往的大学实验教学中，学生很难参与完整的实验环节，实验的设计、实验材料的准备与获得、实验试剂的配置等，往往由实验教师完成，学生只是被动地做实验，因此对实验技能的综合运用能力、独立动手能力欠缺。因此建议大学教学中加强实验教学，适当增加各种探究活动，为学生提供多种可供选择的方案，也可以让学生自己提出探究的课题，自己设计和进行试验寻找答案。使学生在掌握研究微生物的基本方法与实验技术的基础上，培养严谨的课学态度、创新精神与分析问题和解决问题的能力。

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关键词：宠物；微生物；传染病；共患病

中图分类号：S855；S82 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2017）02-0008-02

随着城镇化的进展和人们生活节奏的加快，人类物质生活条件越来越好，但是由于闲暇时间的减少、居住模式的变化、网络的影响，人们相互陪伴的时间减少，精神变得愈加空虚，为消除孤寂或出于娱乐而豢养宠物的数量随之快速上升。以往的宠物一般是犬、猫等哺乳类动物或者鸟类，易喂养也容易与人互动。现在除了哺乳类、鸟类，还有爬行类、两栖类、鱼类、昆虫类和节肢类等。宠物体内含有大量的微生物。稳定的微生物生态系统对宠物的健康成长意义重大。当体内微生物系统平衡被打破或者病原微生物入侵时，宠物的机体便遭受破坏。同时，当人们与宠物发生肢体接触时，宠物体内携带的致病微生物可进入人体内，且与人类致病菌发生组合和变异的机会也相应增多。狂犬病、流行性出血热、弓形虫病、口蹄疫等都与宠物有关。而近年来因为抗生素的广泛使用，使得致病微生物的耐药性增强，病菌、病毒的基因突变加快，各种耐药致病微生物不断出现。目前使用的多数抗生素，已对人类和动物身上携带的致病微生物不起作用了。

1 胃肠道微生物

宠物胃肠道微生物对宠物机体的影响最为重要，是宠物体内微生物研究中最为热门的研究方向。宠物体内胃肠道系统中存在数量巨大的微生物群落，在宿主胃肠道内形成微生态系统。

1.1 胃肠道微生物的作用

研究表明，消化道菌群、消化道环境与宿主三者之间相互影响、相互作用，共同参与食物代谢过程。这些微生物能有效帮助宠物避免感染，特别是胃肠道的感染，同时积极地与连接免疫细胞的黏膜相互作用[1]。另外，微生物菌群和宿主的共生可促进宠物的健康。因此，无菌宠物比具有完整胃肠道微生物群落的宠物更易感染疾病。随着对胃肠道微生物研究的深入，肠道微生物对宿主营养代谢或免疫调节的作用已逐渐被人们认识并接受。

1.2 水生宠物胃肠道微生物

目前，高等宠物肠道微生物与宿主代谢、免疫的关系和调控机制已成为研究热点。 然而对于水生宠物肠道微生物与宿主代谢、免疫的关系和调控机制的研究并不多。与陆生宠物相比，水生宠物处于更为复杂的生态环境之中， 其肠道微生物结构更为多样、复杂。近几年，国内外有一些学者对水生宠物肠道微生物开展了研究。主要研究方向不仅包括检测样品中微生物的组成，还包括水生宠物肠道微生物在宿主代谢、免疫中的作用。研究最早采用微生物纯培养方法。但是纯培养的方法在研究环境微生物组成时往往存在培养条件复杂或环境细菌难以进行纯培养等问题。后来，分子生物学技术逐步被应用到水生宠物肠道微生物研究中，如变性梯度凝胶电泳、末端片段长度多态性等指纹图。这些方法成本较低，但研究者难以通过这些技术直接了解样品中微生物的组成信息。高通量测序技术可有效解决这一问题。

1.3 胃肠道微生物研究方法的进展

胃肠道微生物被认为是药物、酶基因和其他新型产品的筛选来源。核酸分析表明，肠道中很大一部分微生物是无法体外培养的[2]， 因此要想全面认识肠道微生物， 就必须采用纯培养方法。

目前，对宠物胃肠道微生物研究方法应用最广也是最为基础的方法便是胃肠道微生物纯培养。但是纯培养方法受到多种因素限制，如培养基选择性、厌氧条件以及微生物相互作用等，导致至今通过纯培养方法可培养的微生物仍然只为哺乳类宠物胃肠道微生物群落的10%～20%[3]。

近年来， 随着分子生物W的发展应用，分子微生态技术使胃肠道微生态学研究迅速发展，其中应用最为广泛的是16SrRNA/DNA杂交和PCR技术[4]。但这一技术也存在局限，它无法探究宠物胃肠道中未培养微生物的遗传、代谢与生理免疫等情况。

2 微生物类传染病

2.1 常见宠物传染病

2.1.1 猫抓病 猫抓病是细菌性疾病，具有感染性，由巴尔通体菌属中的B.henselae感染所致的亚急性自限性传染病。如果被猫抓、舔或者咬伤皮肤后容易感染得病。猫、狗是该病的常见传染源，尤其幼猫更易传染。

2.1.2 狂犬病 狂犬病是由狂犬病毒引起的一种中枢神经系统急性传染病，又称恐水症。一般通过病兽齿咬而传染，如病犬病猫。目前没有有效的治疗，所以只能通过给宠物猫狗注射疫苗以降低传染。

2.1.3 鼠咬热 鼠咬热一般由家鼠咬伤引起，其次为猫、犬、猪等，病原体是小型螺旋菌或念珠状杆菌。治疗用红霉素，以防鼠为主。

2.2 非常见宠物传染病

2.2.1 兔热病 兔热病由土拉伦斯杆菌引起，主要传染源是兔和鼠类。链霉素效果最好，也可以用庆大霉素、四环素、氯霉素治疗。同时做好在流行地区接种减毒活疫苗。

2.2.2 马鼻疽 马鼻疽是一种由马鼻疽假单胞杆菌引起的马、驴及骡的传染病，人因接触病畜感染，马是主要传染病，次之为山羊、猪和狗。因此，对患者要做好隔离治疗。预防首先隔离和处理病马，重视对该病的预防知识宣传。

3 微生物类疾病的预防与控制

3.1 抗微生物药品

抗微生物药品多年前便已投入临床兽医使用中。抗微生物药是指可抑制或杀灭病原微生物的药剂，主要适用于全身感染。抗微生物药包括抗生素、化学合成抗菌药、抗真菌药与抗病毒药。从1950年起，已有大量试验表明，抗微生物类药物具有免疫调节作用，能增强或减弱机体免疫功能[5]，但是抗微生物药品的不合理使用和滥用问题严重，常造成治疗失败、不良反应增多、药品浪费、细菌耐药性产生[6]、兽药残留[7]等问题。

对此，有研究表明药代动力学（Pharmacokinetics，PK）和药效动力学（Pharmacodynamics，PD）研究可以为抗微生物药品的合理应用提供依据。PK-PD可以描述药物对微生物产生效应的时间动力学过程及时间作用类型，对评价药物的有效性、推测最佳治疗剂量和用药间隔、不良反应最小化以及避免或减少药物耐药性都有指导性的作用。因此，PK-PD研究制定最佳临床给药方案具有重要的理论和实际意义[7]。PK-PD研究近年来才投入临床兽药应用中，较人药在此领域中的研究差距较大，需开展各种试验来获得相关数据，进而进行兽药给药方案的优化。

为减少兽用抗微生物药的使用对全球抗微生物药耐药性问题的影响需要采取一些有效措施，包括预警原则，例如禁止或限制给宠物使用一些对人至关重要的抗微生物药物。预防原则也是有效措施之一，如抗微生物药物使用前增加药敏感性试验、优先使用窄谱兽用抗微生物药、优化兽用微生物药物给药方案[8]。以上措施都是旨在消除宠物的病原微生物。但是耐药决定的主要来源不是病原微生物而是共生微生物。而且，目前给宠物使用的抗微生物药物作用和分布的低选择性会使宠物胃肠道的正常菌群受到影响。创新绿色抗微生物药是一类新型的兽用抗微生物药，对环境中的耐药因子几乎没有生态学影响是该类药物的显著特点[9]。新型创新绿色抗微生物药需同时具备药动学和药效学选择性。首先，要求该药物主要分布在靶向微生物所在位置。其次，需对使用该药的宠物的共生微生物和环境生态系统没有药效作用。

3.2 共患病有效防控

迄今为止，新老重大共患病的流行因素依然存在，公共卫生突发事件时有发生，这与近百年来人类生产生活方式的巨大转变有着密切的联系但人医和兽医一体化公共卫生体系的缺位，某种程度上严重制约了新患病的有效防控。

传统思想的根深蒂固导致人医和兽医之间缺乏有效合作，协调不足。它们隶属于两个独立的行政主管部门，机构编制和人员设置的不同使它们难以进行有效的沟通和合作。这种情况也存在于人医和兽医的科研管理和科研活动当中。兽医应受重视，理由有三点：一是兽医对重大疫情先知先觉。二是兽医是重大疫情的第一道防火墙。多数重大动物疫情往往是从动物传播到人，只要遏制疫情在动物中的暴发和流行，就能及时为人类建立起第一道防火墙，阻止它向人类蔓延。三是兽医是重大疫病净化和消灭的关键。共患病净化工作的重点应着力于易感动物，同时做好易感染人群的隔离工作。一旦发现重大疫情在动物中的传播，应及时扑杀，并做好无害化处理。

参考文献：

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[2] 王世荣，岳寿松.试论微生态制剂对反刍动物的作用机制[J].中国微生态学杂志，2003，15（1）：60-63.

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[6] 邓冠华.抗微生物药长期给药对小鼠肠道微生物组多样性的影响[D].广州：南方医科大学，2013.

[7] 倪谷音.兽医常用抗微生物药物的合理使用[J].畜禽业，2006（16）：50-51.

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1肠道微生物概述

人体正常的肠道微生物群落主要由细菌、古菌和真核生物等构成，其中99%都是不能通过传统方法培养的。这些微生物平均重量约1.5kg，相当于肝脏的重量，数目达1012~1014个，是人体自身细胞数目的10倍。我国华大基因公司针对欧洲人群的肠道微生物宏基因组测序证实，人类肠道微生物基因数目是人类基因的150倍，其中超过99%的基因来自细菌，共发现1000-1150种常见细菌，其中78%是新发现的。人类肠道微生物宏基因组分为以拟杆菌属、普里沃菌属和瘤胃球菌属为代表的3个肠型。该研究认为肠型和血型一样，与年龄、性别、种族、体重指数以及地域环境无相关性。

肠道微生物构成具有时间和空间特异性。新生儿在出生后几小时内即有产道来源的细菌在肠道定植，顺产婴儿早期肠道微生物构成与母亲阴道内微生物构成具有相似性，而剖宫产婴儿则不同[5]。1岁左右婴儿的肠道微生物即可达健康成人水平。人体肠道内的微生物绝大部分定植于结肠，数目达1012cfu/ml，空肠、回肠及十二指肠含量依次降低，分别为107、104、103cfu/ml，并且各部位富含的微生物种类也存在差异。另外，肠道黏膜和粪便相关微生物的构成也不尽相同。

2肠道微生物与消化系统疾病

2.1炎症性肠病（IBD)IBD是一种病因尚不明确的慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（UC)和克罗恩病（CD)。该病通常反复发作、迁延不愈，目前临床上仍无特效的治疗手段。近年研究认为肠道微生物及其代谢产物、宿主基因易感性以及宿主肠道黏膜天然性或者获得性免疫应答失衡等3个方面共同参与了IBD的发病机制。

基于动物模型的研究证实了肠道在无菌环境下不会出现炎症，但如重新恢复肠道正常菌群状态，则可出现肠道炎症，提示肠道菌群成分的存在对IBD发病是不可或缺的。有研究证实，回肠黏膜上皮黏膜侵袭性大肠埃希菌、副结核分枝杆菌与CD关系密切；沙门菌属、空肠弯曲菌属等相关致病菌感染可能增加IBD发生或复发的风险[11]。肠道微生物代谢产物在IBD中也发挥着重要作用。例如：丁酸不仅是肠道上皮细胞能量的主要来源，也可阻止促炎症细胞因子表达的信号传递途径；产丁酸菌能改善大鼠模型肠道炎症和坏死情况，给予大鼠产丁酸菌的培养上清液可改善肠道炎症反应。有研究证实IBD患者肠道内柔嫩梭菌、球形梭菌等产丁酸菌含量减少，同时对丁酸的利用率降低。

目前，诸多研究已经证实IBD患者与健康个体的肠道微生物种类和丰度存在差异，IBD患者肠道微生物多样性较健康人群显著降低。Frank等利用基于宏基因组学策略的16SrDNA测序技术分析了CD和UC患者肠道各部位的菌群构成，证实CD和UC患者存在肠道菌群构成改变，主要表现为拟杆菌门和硬壁菌门含量降低。Ott等对IBD急性期患者结肠各部位的活检标本菌群构成进行了基于16SrDNA的单链构型多态性检测，发现CD患者肠道微生物多样性降低至50%，UC患者降低至30%，肠道正常厌氧菌如拟杆菌属、真细菌属、乳杆菌属等减少。Manichanh等对恢复期⑶患者粪便菌群构成进行了16SrDNA测序分析，结果发现⑶患者硬壁菌门多样性显著降低，特别是柔内梭菌、球形梭菌丰度较低，而拟杆菌门变化不大。由我国华大基因研究院负责的对欧洲124个成人个体进行的肠道宏基因组测序工作已经完成，该研究证实IBD患者与健康个体间的细菌丰度存在差异，非冗余的细菌基因在IBD患者与健康个体中亦存在差异。

抗生素对部分IBD的有效性证明了肠道微生物在IBD发病机制中的作用，但益生菌制剂治疗IBD的效果不一，总体来看，益生菌治疗UC可能有效，但对于CD的治疗效果并不明显，关于益生菌制剂治疗IBD的效果则有待进一步观察和验证。

虽然已经证实IBD患者肠道微生物构成发生了改变，但究竟是哪种细菌或者微生物群落构成导致IBD的发生发展仍不清楚。另外，肠道微生物构成改变与IBD之间的因果关系目前仍无定论。IBD疾病本身及其治疗方式，以及饮食环境等因素均可影响肠道微生物构成，明确肠道微生物在IBD发病机制中的作用尚需时日。

2.2结直肠肿瘤肠道微生物在人类宿主中的致癌作用越来越受到重视。目前认为导致结直肠肿瘤发生发展的机制主要有以下3个方面:①肠道微生物使肠道黏膜促炎症反应信号传导机制异常，导致肠道黏膜上皮损伤修复加剧，最终出现瘤形成和恶变；②某些微生物种属对肠道黏膜上皮细胞具有直接的细胞毒性作用，或者通过旁观者效应发挥毒性作用；③某些肠道微生物在参与营养物质代谢过程中的产物对肠道上皮细胞具有毒性作用，受损肠道黏膜上皮的不完全修复可导致其致瘤性转化。

目前已知的可能与结直肠肿瘤有关的肠道微生物主要有牛链球菌、拟杆菌属的某些种（如脆弱拟杆菌）、败血梭菌、大肠埃希菌的某些种，其他链球菌属如唾液链球菌、血链球菌和粪肠球菌等，相关病毒主要有人状瘤病毒、多瘤病毒属、EB病毒和巨细胞病毒等。肠道微生物代谢产物如丁酸、甲烷等可能在结直肠肿瘤中发挥有益作用。丁酸是肠道上皮细胞用以维持细胞稳定性和正常细胞表型的重要能量来源，可通过组蛋白超乙酰化抑制肿瘤生长和激活细胞凋亡研究发现结直肠肿瘤高危人群肠道内短链脂肪酸和丁酸盐含量显著降低。另外，肠道内产甲烷菌可产生无细胞毒性的甲烷，有研究发现结直肠肿瘤低风险人群肠道内甲烷含量增多。肠道微生物代谢产生的硫化氢和氢气等则作为有害产物发挥作用。

诸多研究证实结直肠肿瘤人群与健康人肠道微生物构成存在差异。采用16SrDNA变性梯度凝胶电泳和核糖体内源性间隔段分析方法对结直肠癌和腺瘤肉病患者肠道微生物构成进行分析，结果发现结直肠癌及腺瘤肉病患者肠道内微生物多样性和优势菌群降低，但柔嫩梭菌和球形梭菌的多样性显著增加。Sobhani对6例结直肠癌患者和6例健康人进行了基于焦磷酸高通量测序技术的16SrDNA测序分析，结果发现结直肠癌人群中肠道拟杆菌门/普里沃菌属较健康对照组增多。

有研究提出通过分子生物学方法检测肠道微生物分布可以对结直肠肿瘤的发生风险程度进行早期预警[23]，提示通过大样本的人群流行病学研究，有可能找到结直肠肿瘤人群的肠道微生物构成和代谢特征，为结直肠肿瘤的早期发现及预防带来全新的思路和方法。

2.3肠易激综合征（IBS)既往公认的观点认为IBS是一种功能性胃肠道疾病，但是越来越多的证据表明IBS是一种免疫-炎症模式的胃肠道疾病，微生物导致的肠道局部持续性、低级别的炎症反应状态是其病理生理学基础。目前，流行病学和临床资料均表明肠道微生物与IBS的关系密切，表现在以下几个方面：①基于动物模型的研究已经证实肠道微生物失衡可导致胃肌轻瘫、小肠转运时间延迟、结肠扩张等胃肠道功能紊乱；②IBS人群肠道微生物构成和数量与健康人群存在差异；③IBS人群肠道微生物代谢产物含量异常；④部分IBS与早期罹患急性胃肠炎即感染后IBS有关；⑤IBS可能伴随小肠内细菌过度生长，且两者症状相似；⑥益生菌制剂可调节IBS患者肠道菌群，缓解IBS相关症状；⑦抗生素临床试验性治疗IBS可能有效。

基于传统培养、16SrDNA文库分析、实时定量PCR以及DNA微列阵等技术的研究证实，IBS人群肠道微生物的构成和数量均发生了改变，目前较为一致的结论有：①肠道中优势菌群含量显著降低；②肠道微生物多样性和稳定性普遍降低；③肠道乳杆菌和双歧杆菌等益生菌种含量降低；④腹泻型IBS较便秘型IBS患者肠道微生物构成和数量变化更明显；⑤黏膜相关微生物对人体宿主的作用更直接，而粪便样本微生物决定了肠道微生物的代谢产物，两者的微生物构成和数量无显著差别；⑥腹泻型IBS、炎症性肠病及其他腹泻性胃肠道疾病患者肠道微生物的构成和数量改变具有相似性。

最近开展的几项采用高通量测序技术对IBS患者粪便菌群进行分析的研究值得我们注意。Jeffery对37例IBS患者和20名健康人的粪便菌群进行了基于宏基因组学策略的16SrDNAV4区域焦磷酸测序，并未发现IBS特异性的相关菌群变化，仅部分IBS亚型患者粪便菌群变化与临床表型相关，IBS患者粪便中硬壁菌门和拟杆菌门的比例增加。采用16SrDNA焦磷酸测序和基因微列阵方法对22例IBS儿童进行了粪便菌群分析，发现IBS儿童Y-蛋白菌含量较健康对照组显著增高，类瘤胃球菌属的某些菌种与IBS关系密切，来自Alistipes种属的细菌丰度高低与疼痛发作频率呈正相关。虽然上述两项研究结论不一，但宏基因组学研究的兴起和高通量测序技术的不断发展，使全面深入了解IBS相关肠道菌群变化成为可能，并有助于揭示肠道菌群在IBS中的作用机制及其潜在的诊断和治疗价值。

2.4乳糜泻乳糜泻是一种因遗传易感宿主对麦胶不耐受而引起的小肠黏膜慢性炎症反应性疾病，属于自身免疫性疾病范畴，任何年龄均可发病，以儿童多见。小肠内微生物作为重要的环境因素，在乳糜泻发病机制中的作用正逐渐受到重视，肠道致病微生物感染或构成失衡均可触发肠道持续性的炎症反应，使肠道免疫学稳态受损。^1&40等[28]基于十二指肠黏膜活检样本的研究证实，接受麦胶饮食和不含麦胶饮食的乳糜泻患儿小肠内拟杆菌属和肉嫩梭菌属丰度较健康对照组高，且接受麦胶饮食的患儿肠道内大肠埃希菌和葡萄球菌属含量显著增高，而双歧杆菌含量降低。De卩&1咖等[29]基于粪便样本的研究发现乳糜泻患儿肠道内拟杆菌属含量升高，而双歧杆菌、溶组织梭菌、象牙海岸梭菌等含量降低。上述小肠微生物构成的改变可能参与了乳糜泻的病理生理过程。

2.5肝硬化肝硬化是慢性肝脏疾病的病理学终末期表现，肠道微生物、肠通透性增加、细菌易位、内毒素血症和炎症细胞因子释放等因素均可影响肝硬化及其并发症的发生发展。早期基于传统培养方法的研究发现，肝硬化患者肠道内双歧杆菌等有益菌种含量降低。采用基于宏基因组学策略的16SrDNA焦磷酸测序技术对肝硬化患者的粪便菌群进行了分析，发现肝硬化患者粪便内拟杆菌门含量较健康对照组显著降低，蛋白菌和梭杆菌门含量增加，在科(Familia)水平上表现为肠杆菌科、韦荣球菌科和链球菌显著高于健康对照组，但毛螺菌科显著降低。该研究还认为肝硬化患者肠道内肠杆菌科和链球菌科等潜在致病菌含量增多，毛螺菌科等有益菌种含量降低，影响着肝硬化患者的预后。

2.6非酒精性脂肪性肝病（NAFLD)NAFLD是最常见的导致慢性肝损伤的原因之一，遵循脂肪肝、脂肪性肝炎、肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌的疾病发展过程。NAFLD常常是代谢综合征的肝脏表现。

NAFLD的发病机制可能与胰岛素抵抗、痩素抵抗、脂质过氧化、炎症反应等因素相关，目前有诸多证据表明肠道微生物参与了NAFLD的发生发展过程。8&5&技等证实与健康人群相比，NAFLD患者小肠细菌过度生长发生率明显增高，且与脂肪肝严重程度相关。小肠细菌过度生长可促发胰岛素抵抗和胆碱缺乏等情况。肠道微生物通过脂多糖(LPS)而诱发肥胖相关的机体炎症反应和胰岛素抵抗；高脂饮食促使LPS从肠道转运至门静脉系统，并引起肠道微生物的构成和数量改变，增加肠道通透性，提高血浆内毒素水平。最近，Henao-Mejia等研究证实，NLRP6和NLRP3炎性体及效应蛋白IL-18可通过肠道微生物抑制NAFLD的发展，由于炎性体缺失而引起的肠道菌群变化与NAFLD的严重程度相关，这种关联是通过TLR4和TLR9激动剂进入门脉循环，导致TNF-a表达水平升高而实现的。益生菌制剂可调节肠道菌群，产生抗菌物质，提高肠上皮屏障功能及降低肠道炎症反应，因此可能对NAFLD的治疗有效。

目前有关肠道微生物在肥胖、糖尿病和代谢综合征等疾病中的作用研究比较多，虽然NAFLD与上述疾病有所重叠，但作为一个单独的疾病，了解NAFLD时肠道微生态的特征性改变非常有必要，不仅可以深化对其病因、发病机制等的认识，也可为进一步临床干预提出新的策略。

2.7胆石症胆固醇和胆汁酸的代谢及分泌异常是胆石形成的主要原因，肠道微生物引起肠道运动功能障碍和慢性炎症反应同样在胆石形成过程中发挥着重要作用。胆石形成过程中常存在胆汁受到肠道细菌污染的问题，传统培养方法证实污染胆汁的细菌以肠杆菌科为主，链球菌属也较为常见;胆道梗阻时肠通透性增加、细菌易位是胆汁中出现细菌、炎症反应增强和结石形成的原因之一;同时细菌污染可导致胆汁淤积，同样可促进结石形成。2.8急性胰腺炎急性胰腺炎时肠道微生物构成失衡，致病菌过度繁殖，肠屏障功能破坏以及细菌或内毒素易位是导致继发感染和死亡的主要因素。证实急性坏死性胰腺炎伴有消化间期移行运动复合波延长和小肠细菌过度生长，并且胰腺炎严重程度与十二指肠细菌过度生长之间呈正相关。Mifkovic等认为肠道细菌易位是胰腺脓肿形成的主要原因。De发现20%的急性胰腺炎患者血清内革兰阴性菌DNA阳性，证实肠道微生物及细菌易位在急性胰腺炎的发病中发挥作用。

目前诸多抗生素预防胰腺炎相关并发症的临床实验研究结论不一，说明肠道微生物及其易位在急性胰腺炎的发生发展中发挥一定作用，但消除其影响并不能有效逆转或阻止急性胰腺炎的进程，肠道微生物在急性胰腺炎中的作用还需深入研究。

3肠道微生物与内分泌系统疾病

有关肥胖、糖尿病、代谢综合征的病因学观点普遍集中在遗传易感性、不良饮食习惯和体力活动减少等方面，在遗传背景及能量摄入相同的条件下，高热量摄入诱导的体重增加和血糖升高表现并不相同，提示存在着与人类基因不相关的其他因素影响着肥胖和胰岛素抵抗的易感性。近年来的研究证实肠道微生物参与了肥胖及胰岛素抵抗的发生。关于肠道微生物在肥胖、糖尿病和代谢综合征中的作用逐渐成为研究热点。

3.1肥胖随着肥胖人数的不断增加，肥胖及相关代谢疾病已成为现阶段对公共健康的极大挑战。学者们普遍认为肥胖是一个复杂的多种遗传背景和环境因素相互作用的结果。肠道微生物是除遗传因素和饮食影响以外导致体重增加和脂肪积聚的独立危险因素。无菌动物需要更多的能量摄取才能维持与普通动物相同的体重，说明肠道微生物可以增加摄入食物的能量利用率。肠道微生物一方面可从人体摄入的不消化寡糖类中摄取能量，另一方面可通过调节肠道上皮细胞营养吸收功能而促进营养物质的吸收和利用。

美国Gordon实验室在肠道微生物和肥胖关系研究方面做了大量工作，他们证实肠道微生物直接参与了宿主能量的摄取、利用和储存。饮食等因素相同的条件下，与同窝出生的消痩小鼠（ob/+和+/+)相比，脂联素敲除的遗传性肥胖小鼠（ob/ob)肠道拟杆菌门丰度降低了50%，而硬壁菌门丰度升高。为了验证肠道微生物构成改变是导致肥胖的原因，如^匕&叫匕等[47]将肥胖和消痩小鼠肠道菌群移植到无菌小鼠肠道内，2周后，接受肥胖小鼠肠道菌群的无菌小鼠能从饮食中摄取更多的能量，体重明显增加，同时肥胖小鼠粪便内残余能量较少，提示肠道内肥胖相关微生物从食物中摄取能量的能力较强。

部分基于人体的研究也证实肥胖者肠道微生物构成发生改变，可能是导致肥胖的原因。Ley等[48]比较了12例肥胖者和12例非肥胖者肠道微生物构成的差异，证实肥胖人群肠道拟杆菌门丰度降低，而硬壁菌门丰度升高，与动物模型中的变化趋势一致。另外，肥胖者减轻体重1年后，肠道菌群构成与非肥胖者相似。Turnbaugh等[49]对成年肥胖、消痩双胞胎女性及其母亲（包括31对单卵双生女性双胞胎、23对双卵双生女性双胞胎和46位母亲）的粪便相关微生物群落进行基于宏基因组学策略的16SrDNA测序分析，发现肥胖者肠道微生物多样性显著降低，拟杆菌门比例降低，而放线菌纲比例升高；同时该研究证实肠道微生物群落具有家族成员聚集现象，但个体间仍具有细菌种属的差异。

3.21型糖尿病1型糖尿病是一种主要由T细胞参与的自身免疫性疾病，通过T细胞破坏胰岛p细胞，使之无法产生胰岛素而造成血糖升高，其发病机制至今没有阐明。近年来的观点认为1型糖尿病与肠道微生物和肠道免疫的关系密切。

61叫=30等[5()]采用FISH技术对1型糖尿病大鼠(BB-DP)肠道微生物构成进行分析，发现与未出现糖尿病的大鼠相比，最终罹患1型糖尿病的BB-DP大鼠肠道内拟杆菌门数量增加，且这种肠道微生物构成改变在发病前就已长期存在；同时该研究证实BB-DP大鼠接受标准饮食和抗生素后，1型糖尿病发病率降低50%，而接受高酪蛋白饮食和抗生素治疗组未出现1型糖尿病。Calcinaro等[51]给予非肥胖糖尿病小鼠（NOD)益生菌VSL#3(乳酸杆菌、链球菌和双歧杆菌的混合制剂）治疗，发现益生菌制剂可使局部和全身抗炎症细胞因子IL-10含量增加，减轻NOD小鼠胰岛和p细胞的破坏，进而预防1型糖尿病的发生。16=等[52]研究发现，MyD88敲除的SPF级NOD小鼠不会发展为1型糖尿病，而MyD88敲除的GF级NOD小鼠会出现1型糖尿病，但GF级N0D小鼠肠道内出现特定菌群定植时，可以阻止糖尿病的发生。另外该研究还发现MyD88敲除的NOD小鼠肠道微生物构成发生显著改变，因此认为肠道微生物及其与宿主先天性免疫系统的相互作用是发生1型糖尿病的重要影响因素。上述研究提示，以肠道微生物为靶点，从肠道微生物与天然免疫系统的相互作用这个角度进行研究，可能是进行1型糖尿病和其他自身免疫性疾病发病机制研究及治疗的新途径。

3.32型糖尿病近年有观点认为2型糖尿病是以持续性、低级别炎症反应为特征的代谢性疾病，肠道微生物在其中发挥着重要作用。肥胖、代谢综合征和非酒精性脂肪性肝病等其他代谢相关性疾病可能都具有上述特征。小鼠在接受高脂饮食后易出现内毒素血症，罹患2型糖尿病的风险也增高，而且肠道内双歧杆菌的含量较正常饮食小鼠降低。在另外一项研究中给予高脂饮食小鼠益生元治疗后，肠道双歧杆菌数量恢复，机体内毒素血症、炎症水平、葡萄糖耐量和胰岛素分泌等均得到改善。

有研究证实肠道微生物参与了胰岛素抵抗的发生过程。8化他64等[55]将普通大鼠的肠道菌群移植到裸鼠肠道内，发现裸鼠在2周内即出现了胰岛素抵抗，其机制考虑与肠道内葡萄糖的吸收增加有关，其过程是肠道菌群对食物中不能被消化的营养物质进行酵解，例如短链脂肪酸经肠道菌群酵解为葡萄糖后经肠道吸收，伴随高血糖和高胰岛素血症，这两个因素又促进脂肪形成。001^3等[56]认为肠道微生物通过调节胆碱代谢而影响胰岛素抵抗，胆碱至三甲胺的代谢途径主要受肠道微生物调节，该研究推测胰岛素抵抗加剧与肠道微生物介导的胆碱至三甲胺的代谢水平升高有关。

3.4代谢综合征代谢综合征主要表现为与肥胖和胰岛素抵抗相关的代谢异常，能增加个体罹患2型糖尿病和心血管疾病的风险，其发病与遗传、饮食和环境等多种因素有关。近年来的研究认为肠道微生物及宿主肠道先天性免疫系统可能参与了代谢综合征的发生发展过程。Vijay-Kumar等[57]发现Toll样受体5敲除小鼠表现出摄食过度并出现代谢综合征相关症状，如高血脂、胰岛素抵抗、高血压和肥胖，将Toll样受体5敲除小鼠的肠道微生物移植到无菌小鼠肠道内，后者也会出现代谢综合征的表现，提示肠道微生物可通过先天性免疫系统诱发代谢综合征。

4肠道微生物与心血管系统疾病

20年前即有研究认为肠道和口腔内的微生物与心血管疾病具有相关性。动脉粥样硬化与巨细胞病毒、幽门螺杆菌以及衣原体等致病微生物的关系已有报道，但抗生素治疗改善心血管疾病的效果并不明显，同时有研究发现无菌小鼠感染致病微生物后，粥样硬化斑块发展程度无明显改变。目前有观点认为动脉粥样硬化是一种炎症性疾病，高脂饮食及其伴随的内毒素血症和血管内免疫是重要的始动和影响因素，肠道微生物可能通过激活受体信号传导通路来影响动脉粥样硬化的发生和发展。受体基因多态性的个体，其罹患动脉粥样硬化的危险性降低。MyD88敲除小鼠可通过减少巨噬细胞浸润和泡沫细胞形成而延缓动脉粥样硬化的发展。胆固醇血症患者益生菌治疗后，其低密度脂蛋白和纤维蛋白原水平显著降低。1&=8等[64]指出，食物磷脂类或胆碱物质在肠道微生物作用下生成代谢产物胆碱、氧化三甲胺和甜菜碱，上述代谢产物能够促进动脉粥样硬化的发生发展，其血浆内含量与心血管疾病的发病风险成正相关，可通过测定血浆中上述代谢产物的含量来预测心血管疾病的发病风险。

5肠道微生物与获得性免疫缺陷综合征(AIDS)

AIDS是由人类免疫缺陷病毒（HIV)引起的致命性慢性传染病，HIV主要侵犯⑶4+T淋巴细胞，导致其数量呈进行性减少。有研究证实AIDS病程中的CD4+T淋巴细胞破坏大部分发生在胃肠道黏膜淋巴组织，HIV感染早期即可出现肠道黏膜⑶4+T淋巴细胞的大量消耗，进而影响肠道内环境稳态[65.]。Brenchley等[67]发现HIV长期感染患者血浆脂多糖水平显著升高，指出肠道微生物易位是慢性HIV感染系统免疫激活的原因之一。。。^等―指出HIV感染早期即出现以铜绿假单胞菌和白色念珠菌含量显著升高、双歧杆菌和乳酸菌含量降低为特征的肠道微生物构成改变，同时伴有肠道免疫指标的升高。其后续研究又证实寡糖类益生元能显著增加HIV感染人群肠道有益菌种的含量，减少致病菌的定植，同时能有效改善AIDS患者的相关免疫学指标[69]。

总之，肠道微生物可能是参与AIDS发病机制的关键因素，从人类宿主肠道和肠道微生物角度进

行研究，有望加深我们对AIDS发病机制的理解，改进和完善AIDS的治疗措施。

6肠道微生物与特应性疾病

Strachan[?]提出的卫生学假说认为家庭成员、卫生措施、胎次、抗生素应用、饮食及生活方式改变等是影响个体微生物暴露程度的主要因素，也是目前湿疹、花粉症和哮喘等特应性疾病流行的主要原因。妊娠期母亲暴露于各种环境特别是微生物环境的刺激下，对婴儿出生后免疫功能的构建，以及后续特应性疾病的发生发展具有重要作用。Schaub等证实在怀孕期间暴露于农场和耕作动物的母亲，其孩子发生哮喘和其他特应性疾病的概率降低，主要与调节性T淋巴细胞参与的天然性免疫功能构建有关。Noverr等提出了特应性疾病的肠道微生物假说，认为肠道微生物构成异常能增强免疫系统对常见过敏原的反应，增加哮喘和其他特应性疾病的发病风险。等证实婴儿肠道内大肠埃希菌丰度增加可导致湿疹的发生率升高，艰难梭菌数量增多可增加罹患哮喘、湿疹及其他特异性皮炎的风险。

7肠道微生物与精神性疾病

肠道微生物可影响行为和中枢神经系统功能。有研究证实致病微生物感染与自闭症和精神分裂症等常见神经发育障碍之间的关系密切[74]。8&^16〖等[75]指出胃肠道功能异常在自闭症起始前已经存在，给予万古霉素治疗可改善自闭症症状，但停药后即可复发。自闭症患儿肠道中梭菌的某些种，如产神经毒素的破伤风梭菌含量显著高于健康对照组]。动物模型也证实围产期暴露于致病微生物后可引起焦虑行为和认知功能受损[77_78]。Heijtz等[79]指出肠道正常微生物作为重要的环境因素影响着大脑的发育和功能。在大鼠模型上证实属于肠道正常微生物的婴儿双歧杆菌可调节色氨酸的代谢，可能具有潜在的抗抑郁作用。此外，肠易激综合征作为功能性肠道疾病，常伴有焦虑、抑郁等精神症状[，同时可出现肠道微生物构成的变化，说明肠道微生物与神经系统存在相互作用的通路。

8肠道微生物与类风湿性关节炎

类风湿性关节炎是一种病因未明的，以关节滑膜炎为特征的慢性全身性自身免疫性疾病，其发病不但与人类主要组织相容性复合物和白细胞抗原等遗传因素有关，与环境因素也存在密切关系。早期有关反应性关节炎的研究已经证实滑膜组织内可出现耶尔森菌、沙门菌、志贺菌和弯曲杆菌等致病菌的降解产物，从而引起局部的炎症反应。人类肠道内正常微生物同样可引起易感宿主关节滑膜组织的炎症反应，外周白细胞和关节组织内均可见正常菌群细胞壁的降解产物;肠道正常微生物中某些细菌种属的细胞壁降解产物在动物模型上也具有致关节炎作用。Vaahtovuo等证实类风湿性关节炎早期患者肠道中双歧杆菌、拟杆菌属-紫单胞菌属-普里沃菌属、脆弱拟杆菌属某些亚型和直肠真细菌-球形梭菌属等含量显著降低，与健康人群存在较大差异。同时有研究认为类风湿性关节炎患者肠道微生物的变化趋势与炎症性肠病相似。上述内容均证实肠道微生物作为重要的环境因素可能在类风湿性关节炎的发病机制中发挥着重要作用。

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细菌的耐药性与致病性是什么

对于研究中提到的“北京雾霾含有最多种类的抗生素的耐药基因”，我们应该如何理解呢？这恐怕需要多种视角、多种维度的解读。

对此，北京市卫生计生委解释称，在我们周围的环境中，有大量的细菌存在，不仅在空气中，在口腔、鼻腔、呼吸道、胃肠道，都存在细菌或真菌，大量细菌和我们是共生共存的关系。细菌的耐药性和致病性是完全不同的概念。耐药性的增加不意味着致病性的增强。

换句话说，雾霾中的耐药菌（基因）不会对人体带来直接影响。同时，北京雾霾中出现耐药细菌基因并非北京或中国独有，很有可能是一种世界普遍存在，具有全球性。这也意味着问题更具有普遍性。

论文的作者――瑞典哥德堡大学抗生素耐药性研究中心主任Joakim Larsson教授本人也对此提出了自己的看法。

Larsson教授说，北京雾霾样本中检测出的抗生素耐药基因都是细菌基因，它们使细菌对抗生素产生耐药性，只有出现在有活性的致病性细菌中时才会成为问题，不会对人类产生直接影响。而北京雾霾样本中的细菌是否具有活性还有待进一步研究。

再进一步看问题，细菌致人患病需要多种条件，一是人的免疫力下降，二是人体内菌群此消彼长（机会菌感染），三是有外伤，导致细菌易于感染等。以此观之，雾霾中的耐药菌（基因）需要同时满足几个条件才有可能对人有害（致病），即耐药菌在空气中具有活性、耐药菌具有致病性和空气中的这些细菌的密度足够高。

目前来看，北京雾霾中的耐药菌（基因）要同时满足这些条件相当困难，因此，对人和其他生物的有害作用还难以体现。另外，雾霾中不仅包含有耐药菌株，还裹挟了大量的其他微生物，包括细菌，这些细菌与人是一种共生共存的关系，即便一些细菌具有致病性，只要不给予它们机会（如免疫力低下），就不会致人患病。

雾霾中的微生物会致病吗

尽管雾霾中的耐药细菌不会直接使人患病，但是，在某些情况下还是可以引起某些人群的患病，并且造成耐药基因在人群和生物体（如家畜和野生动物）之间的传播，造成更为复杂的医疗问题。

2014年清华大学生命学院朱听课题组在《环境科学与技术》杂志上发表了《严重雾霾天气中北京PM2.5与PM10污染物中的可吸入微生物》论文，指出北京大气悬浮颗粒物中包含1300多种微生物。在这些微生物中，细菌占八成以上，另外还有少量的古细菌和病毒。

具体情况是，PM2.5裹挟的微生物中，古细菌占0.8%，病毒占0.1%，真核菌占13%，菌占86.1%；PM10裹挟的微生物中，古细菌占0.8%，病毒占0.1%，真核菌占18.3%，细菌占80.8%。显然，PM2.5裹挟的细菌更多，因此，携带对碳青霉烯类抗生素有耐药性的细菌更多。而北京或者说中国的雾霾以PM2.5居多，并且有更小尺寸的颗粒，如PM0.1。PM2.5能吸入到肺泡，造成不可逆的伤害；PM0.1是超细颗粒物，更可以进入肺泡、血液和神经系统，造成的危害更大。

当然，这1300多种微生物绝大多数是不致病的，但是也含有极少量可能致病或致过敏微生物的DNA序列。例如，其中有一种肺炎链球菌，其DNA序列相对丰度为0.02%～0.08%，尽管它对健康人群的危害很小，但可能让易感人群感染肺炎。这些易感人群包括：体弱人群，即免疫功能低下、营养不良者、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和机械通气病人（后三者的肺炎发病率分别为普通住院病人的5倍、13倍和43倍）；婴幼儿（肺炎是我国5岁以内小儿第一位死因）。

“无药可用”的担心是多余的吗

长期以来，世界卫生组织一直呼吁减少使用抗生素，无论是对人还是对牲畜，以防细菌对抗生素产生耐药性，从而让人类陷入患感染性疾病后无药可用的困境，同时世界卫生组织预测，耐药细菌可能通过水体、土壤、人与人和人与动物的链条进行传递。大量的研究已经证明，细菌的耐药基因传播可以通过垂直和横向两大方式进行，前者即是将耐药基因遗传给下一代，后者则是通过直接接触、质粒传递等方式把耐药性传递给异种菌株。

研究发现，细菌耐药基因的横向传递主要通过水体，例如污水处理厂混有多种细菌，细菌之间很容易进行耐药性基因的交换。但是如今在雾霾中发现耐药细菌，意味着细菌耐药基因也可以通过雾霾或空气污染而传播。

在北京的空气中发现了针对碳青霉烯类抗生素的耐药性基因使问题变得更为棘手。碳青霉烯类抗生素是抗菌活性最强的一类非典型β-内酰胺抗生素，广泛应用于呼吸系统感染、败血症等病症上，是治疗严重细菌感染最主要的抗菌药物之一，也是人类抗御细菌性感染疾病的最后一道防线。

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关键词：环境监测；生物传感器；生物大分子标记物；微核技术；生物芯片技术

中图分类号：X17 文献标识码： A 文章编号：1671-1297（2008）11-181-02

一、常规监测技术中微生物的应用

水体中的致病菌有可能引起各种传染病。因此，水质的细菌学检验对于保护人群健康具有重要意义。由于致病菌在水中存在的数量较少，直接监测比较困难，因此常选用间接指标即粪便污染的指示菌――大肠菌群作为代表 。另外还有发光细菌法，污染物致突变的微生物监测，藻类与水质污染监测方式。

二、生物传感器

随着环境污染问题的日益严重，人们对能够连续、快速、在线监测污染物的仪器的需求也愈来愈迫切。生物传感器应运而生，它的出现使环境监测的连续化和自动化成为现实，并降低了环境监测的成本，其中酶传感器和免疫传感器在环境分析及环境检测等方面已经得到了广泛的应用。

（一）BOD微生物传感器检测仪(BODs)

生物化学需氧量(BOD)是环境监测工作中的一项重要指标，它表示水中污染物的综合污染程度。目前国内外普遍规定样品在 20℃的温度中培养5d，分别测定培养前后的溶解氧， 二者之差即为BOD5 值，以氧的 mg/L 表示。但该方法操作较复杂，耗时长，且干扰因素多，结果准确度及重现性差，不能及时为环境管理和决策、科研、事故污染鉴定等提供科学依据， 无法满足当前环境监测中快速测定的要求。因此，快速、准确测定水体中 BOD 一直是环境监测中的一大难题，而BOD微生物传感器检测仪就能满足这一要求，因此得到广泛应用。

（二） DNA生物传感器在环境污染监测中的应用

基于生物催化和免疫原理的生物传感器在环境领域中获得了广泛应用。近年来，随着分子生物学和生物技术的发展，人们开发了以核酸探针为识别元件，基于核酸相互作用原理的 DNA 生物传感器。该传感器可用于受感染微生物的核酸序列分析、优先控制污染物的检测以及污染物与 DNA 之间相互作用的研究，在环境污染监测中具有潜在的巨大应用前景。

（三）可检测化学制剂和生物制剂的生物传感器

美国田纳西大学（位于美国田纳西州诺克斯维尔）的研究人员利用由生物工程技术制成的、存在杂质时会发出蓝绿辉光的微生物，开发成功一种基于芯片的环境生物传感器样品。这种被称为生物发光型生物指示器IC（bioluminescent bioreporter IC，简称 BBIC）的器件技术可在众多的应用（从航天器到反恐）中巧妙地检测出氨、锌等各类化学物质。

（四）光纤化学/生物传感技术

光纤技术与光谱分析技术的有机结合就构成了光纤传感技术。光纤传感技术突破了光谱分析的传统模式，光可由光纤直接导入样品，而样品不必放入光谱仪中就能进行测定。特别适用于环境污染物、生物药物， 以及生产过程的原位、在线监测和对样品的无损测定。早在十几年前，人们就曾经预言：光纤传感技术的出现将不可避免地引起分析实验室及分析控制仪器的又一次革命。随着环境科学与生命科学的发展，对各种与人类生存环境密切相关的化学物质的测定和变化过程的监测，已显得特别突出和重要。由于 FOC&BS 具有实时、在线及远距离自动监测和对样品无损测定等特点，人们对它在海洋环境监测中的应用给予了较多的关注，特别是在溶解氧、pH、湿度和水质毒性等监测要素的应用中。

三、生物大分子标记物

生物大分子标记物是指生物体内的一些对外界环境变化敏感并能产生一些可检测变化的大分子物质，这些大分子物质能够反映环境变化对生物体的影响。随着社会对环境保护的日益重视和分子生物学技术的发展，将生物大分子标记物的检测应用到环境监测中已经成为一种趋势。生物大分子标记物检测由于其测定指标全面、准确、系统且具有特异性等优点，近十几年来作为污染物暴露和毒性效应的早期预警工具已被广泛应用于环境评价中。

（一）核酸分子标记物检测

核算分子标记物检测方法有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术及DNA芯片技术。

（二）蛋白分子标记物检测

环境中的许多污染物能直接与生物体内的蛋白质发生反应从而对生物体产生影响，或者诱导 (或抑制)生物体内一些基因的表达从而影响生物体内一些蛋白质的量。因此，生物体内的许多种蛋白都可以作为环境中有害物质暴露的生物标记物应用于环境监测中。

蛋白分子标记物检测方法有酶分子标记物检测、金属硫蛋白( Metallothione in ，MT)的检测、热休克蛋白( Heat Shock Prote in ， HSP)的检测及抗氧化剂防御系统的检测。

四、微核技术

随着工农业的快速发展，人类活动的加剧，以及错误的污染销毁办法，使得环境中有毒污染物的积累日益增加，这些污染物破坏了生态系统的平衡，并对人类的生存造成了极大的威胁。环境污染已经成为全球共同关注的一个热点问题。为了检测出已经存在或潜在的危害，各种环境污染监测技术应运而生。植物微核技术是根据遗传学上染色体畸变的原理而建立的一种环境污染的生物监测方法，在对大气、土壤、水环境中各种有毒污染物的遗传毒性检测方面得到了广泛应用。国内外大量的对比实验研究表明，该方法普遍适用于检测环境致突变物，已经成为环境污染监测的有效工具。

微核技术可用于监测大气污染，监测土壤污染，监测水污染，监测有机物污染，监测重金属污染，监测物理辐射污染。

五、生物芯片技术

微生物污染水源可导致多种疾病的爆发和流行，严重威胁着人类的健康。传统的细菌分离、培养鉴定技术，操作繁琐且耗时长，并且由于培养技术的局限使得一些微生物难以培养和检测，因此灵敏度很差；传统的一些分子生物学技术也存在着弊端，如免疫学方法和探针杂交技术存在特异性或敏感性的问题，常规 PCR 方法一次也只能检出一种微生物。由于生物芯片具快速、准确、无污染等优点，在水体微生物监测中越来越受到重视。生物芯片技术可用于控制水质、瞬时检测病原细菌、菌的基因表达水平及进行细菌检测和菌种鉴定。

结语

目前，中国的环境监测生物技术发展迅速，能用于诸多方面。但是在环保观念日益增强的今天，社会对环境评价的全面性和准确性的要求也日益增高，这就要求建立一个综合的、多手段的、多参数的环境监测体系以实现快速、高效、准确地对环境状况作出全面的评价。

参考文献

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滥用抗生素：从人到动物

抗生素的使用对人类健康和生命的保护功不可没，但滥用抗生素又成为今天威胁人类健康、生命和环境的重要原因。

从青霉素发明后到现代，人类研制抗生素的足迹表现为：发明链霉素，再到先锋霉素，再从先锋霉素到四环素，到β-内酰胺酶抑制剂。今天，人类已经拥有了各种各样名目繁多的抗生素，可分为多种大类：青霉素类、头孢菌素类、β-内酰胺酶抑制剂、其他β-内酰胺酶类、氨基糖类、四环素类、氯霉素类、大环内脂类以及其他抗生素类。这一方面说明了人类智慧的增长，另一方面说明了细菌耐药性的提高，也因此而证明抗生素似乎在误入歧途。

目前人们使用抗生素，大病使用，小病也使用；与致病微生物有关的病使用，与致病微生物无关的病也使用；对人使用，对动物也使用。当然，在不同的国家滥用和大量使用抗生素的情况与程度有所不同，一种普遍现象是，发展中国家较多地使用或滥用抗生素，而发达国家则反而对使用抗生素比较保守。人类滥用抗生素已经有了许许多多的报道，但对于抗生素的另一歧途：牲畜大量使用并进而危害环境却没有足够的认识。于是，环境在不知不觉地被污染，抗生素又成为环境危害的另一大“祸害”。

人类饲养的猪、牛、羊等现如今都与人一样用起了抗生素。因为使用抗生素可以使它们生长更快，生产产品更多，获利更多。

比如，由于乳牛会患乳腺炎，对其使用抗生素已不是什么秘密。而为了打消人们对抗生素的顾虑，两年前国内乳品业又打起了“无抗牛奶”的竞争招牌。尽管欧洲和北美很早就意识到在动物饲料中添加抗生素的危害性，而且从1996年以来，在动物饲料中使用抗生素添加剂已经逐渐被禁止，但在动物饲料中添加抗生素添加剂也时有发生。

欧盟一些科学家的调查更披露了一个惊人的事实，美国生产的抗生素约70%用来作为生长促进剂饲喂动物。当然，在饲料中不仅仅是添加抗生素，生长激素同样成为饲料中的主要添加物。我国每年生产的700吨喹诺酮，仅这一种抗生素就有一半用于养殖业。由此大肠杆菌对喹诺酮的耐药性已达到60%。

对牲畜使用抗生素的后果表现为两方面。一是生态中的细菌直接与动物和植物的接触中接触到了大量和多种抗生素，产生了耐药性。二是细菌通过与人的接触获得了耐药性，人们消费排泄的废物污染环境和食物链而使得自然环境中的微生物能接触到人们使用抗生素后的代谢物，从而对抗生素敏感并且变得具有耐药性。

这样一来抗生素的耐药基因便可以轻而易举地蔓延开来。大量有力的证据表明，对动物饲喂抗生素可以导致肠道菌，如沙门氏菌耐药菌株的出现。而且这些耐药菌可以通过食物或动物与人的接触而传播给人。

对环境和生态的危害

美国伊利诺易斯大学的微生物学家鲁斯特姆・阿米诺夫等人发现，土壤和农田地下水中的细菌从来自猪的肠道菌那里获得了耐受四环素的耐药基因。一旦发生转移，耐药基因可以长期存在于土壤和水生细菌中，而且可能传播到环境中危险性极大、毒性极强的细菌身上。如果人饮用这样的水，毒性极强的耐药细菌也可以传播给人。

这一研究有力证明了四环素耐药基因在生态中的广泛存在。于是，一种合理的推论也自然产生，如果四环素可以通过环境循环污染生态和传播到人，那么其他药物也可能这样。

为什么会出现四环素耐药菌的生态转移呢？早在好几年前，欧盟就禁止对动物使用在医疗上使用的大多数抗生素作为生长促进剂，但是至今美国农民还在常规地添加诸如四环素、青霉素和链霉素之类的抗生素到饲料中，以促使牛、猪等抗病而快速生长。

为了调查两个喂养猪的农场使用四环素作为生长促进剂对环境的影响，阿米诺夫等人分析了这两个农场废水池塘和池塘下面地下水库的水样。结果他们发现土壤和地下水中的细菌携带了四环素耐药基因，称为tet基因。这与生活在猪的肠道中的细菌中的基因几乎完全一致。这一结果有力地证明，猪的基因已经成功地转移到外部环境。

这两个农场和农场附近的人饮用的是当地未经过任何处理的地下水。通过水和食物的饮用，动物、细菌、生态和人就形成了当地抗生素耐受基因的相互传播，而且由于对猪使用抗生素，使得猪肠道中细菌耐药基因增多和增强，结果也扩展到生态中并传播给人。

在美国，地下水是公共饮用水重要组成部分，通过饮用地下水，这些细菌耐药基因将可能广泛传播。因为，对动物使用抗生素的并非一两家农场。伊利诺易斯大学的另一位研究人员莎利尔所带领的小组证明了另一件可怕的事情。过去的研究表明，人类肠道的细菌与环境中的细菌是可以交换基因的。

研究人员发现，在人类结肠中发现的大多数种类的细菌如今有80%的细菌携带有四环素耐药基因，但与之相比20世纪70年代之前只有30%的细菌携带有四环素耐药基因。也就是说，如今带有耐药基因的细菌成倍地增长。这既是人们滥用抗生素的恶果，也是对动物使用抗生素的后果。

篇7

人们对这些好细菌知之甚少，但它们对人体来说却必不可少：帮助身体消化食物、合成某些维生素、形成保护层、对抗致病细菌。那么，健康人身上的好细菌是什么样的？它们在人与人之间又有多大差异呢？

在美国联邦政府新发起的一个叫做“人体菌群计划”的5年科研项目中，来自80个不同机构的200名科学家从近250个健康人身上采集了细菌，并测定了这些细菌的基因组成。这个计划常被拿来与“人类基因组计划”相比较。

科学家发现的细菌种类远超他们的想象——每个人身上都有上千种细菌；而每个人身上的所有细菌，也即菌群，跟其他人的也都不一样。更让科学家吃惊的是，他们还在其中找到了某些致病细菌的踪迹，但这些致病细菌乖乖地与邻居们和谐相处，并没有致人生病，甚至没有借机向外传染。

普林斯顿大学微生物学家邦妮·巴斯勒说，“以前人们都以为，人体菌群中的这些细菌只是在人身上‘搭个便车’。”关于它们的研究很少，因为想要深入了解它们并不容易。这些细菌非常好地适应了人类的体表和体腔环境，适应了在不同细菌的包围下生存，因此很难在实验室条件下培养。即使它们在实验室条件下成功存活，这种与人体完全不同的环境往往也会改变它们的行为习性。

“DNA序列检测其实跟过去使用显微镜所起的作用相似。”哈佛大学公共卫生学院的柯蒂斯·哈顿哈乌尔这样解释，这种检测手段可以让研究者通过细菌本身的一些独特DNA鉴别出本来难以发现的细菌种类。

这项研究还可以帮我们建立衡量菌群是否健康的标准，有助于更好地研究抗生素如何破坏人体内的微生物环境，以及菌群复原需要多长的时间。

近年来，研究者开始在小型研究中分析菌群，并逐渐发现了它们的重要性。这些细菌的存在不但可以帮人保持健康，也许还可以解释为什么不同人对药物的反应如此不同，以及为何当疾病来袭时有人会很快中招而有人却安然无恙。人体菌群的破坏被认为可能与一些慢性病，以及肠易激综合征、哮喘等症状，甚至肥胖症有关。

“这些微生物从人一出生就开始生长。”人体菌群计划的项目主管丽塔·普罗科特说。当婴儿经过母亲的阴道时，就从母体的阴道菌群中获得了细菌。“婴儿就是微生物磁石。”普罗科特博士说。在出生后的2～3年，婴儿的菌群渐渐成熟壮大，同时他们的免疫系统也日趋完善，懂得鉴别这些微生物是否有益，而不去攻击它们。

经剖腹产手术出生的婴儿则会拥有不同来源的菌群，但随着菌群的逐渐成熟，这种差异性是否会一直存在尚属未知。尽管这些细菌个头很小——在体积上，它们只能达到一个人体细胞的1/100～1/10，但每个成年人的体内却携有1～2.5千克的细菌。消化道尤其受细菌偏爱，“消化道里塞满的是细菌，而不是食物。”普罗科特博士说道，“占粪便一半重量的可不是食物残渣，而是细菌。”不过细菌的繁殖速度非常快，随粪便排出体外后它们的数量会很快恢复。

据哈顿哈乌尔博士介绍，细菌的存在也有利于免疫系统。最好的例子就是阴道，阴道内的有益细菌分泌化学物质杀死其他细菌，并且形成不适合其他细菌生存的微酸性环境。

一些研究者认为，把菌群看成人类个体的一部分，是一种全新的看待人类的方式。但研究人体内的菌群却是个浩大的工程。之前针对人体菌群的研究规模都很小，大多是检查健康人的粪便细菌或唾液细菌，又或是检查患有某种疾病（如肠炎）的人的粪便细菌，因为体内细菌被认为对这些疾病的病情有一定作用。

克雷格·文特尔研究所的微生物学家芭芭拉·麦希说：“那时退一步想想：我们都没有对一个种群进行研究。一个正常的菌群该是什么样的？”

第一个要解决的问题是为这个研究寻找完全健康的研究对象。研究者招募了600个实验对象，年龄介于18～40岁，然后开始折腾他们。他们让牙医为实验对象检查牙龈，看看有没有牙龈疾病，检查牙齿看看有没有龋齿。他们又让妇科医生为女性实验对象检查，看她们是否有真菌感染。他们检查皮肤、扁桃体和鼻腔，还要确保实验对象胖瘦刚好。有时候有些人志愿参加实验，认为自己的健康状况非常好，但最后半数都因健康状况不达标而被拒绝。最终被录取的实验对象中有80%都有牙龈疾病或龋齿，要先经牙医治疗才能参加实验。

等到实验对象准备完毕——242名没有鼻腔、皮肤、口腔、消化道疾病的健康人，女性还要保证没有阴道疾病——研究者便开始收集粪便和唾液样本，并从实验对象的牙龈、牙齿、鼻孔、上颚、扁桃体和喉咙刮取样品，他们还从肘关节和外耳褶皱取样。最后统计下来，女性取样部位18处，其中包括阴道内的3处，而男性取样部位为15处。研究者对每个研究对象的同一部位样品都要重复取样3次，以观察他们身体的细菌组成是否稳定，最后样品总数达到11174例。

为了编录整理人体菌群中的细菌种类，研究者为细菌的DNA找了一个特殊的标记——16S核糖体RNA，作为细菌的一个遗传标记物，它在不同细菌间的细微差异可以用作鉴定不同菌种的标准。研究者将细菌的DNA测序，想找到菌群中的独有基因，最后得到的却是数量大到惊人的数据，超级电脑也无法承担这么海量的数据，如哈特哈乌尔博士所说，带来了一个“巨大的运算挑战”。

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关键词 发酵技术 酒酿 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 教材分析

“源远流长的发酵技术”是苏教版生物学教材八年级下册第九单元第二十三章“日常生活中的生物技术”的第一节，是学生学习现代生物技术的基础，对理解现代生物技术以及利用现代生物技术解决人类所面临的健康、资源、环境等问题非常重要。本节的知识并不复杂，而且与日常生活联系密切，易激发学生的学习兴趣，促进学生有意义的学习。通过利用发酵技术制作食品，学生锻炼各种能力，并能充分体会科学与技术在人类生活中的应用。

2 教学目标

2.1 知识目标

说出发酵现象产生的原因；尝试利用发酵技术制作食品；举例说出发酵技术在日常生活中的应用。

2.2 能力目标

通过尝试制作酒酿、酸奶等食品的活动，提高动手实践能力；通过小组收集资料、讨论交流，提高收集资料的能力、合作学习能力和语言表述能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

通过小组活动，形成实事求是的科学态度和互助合作的精神；通过了解发酵技术在日常生活中的应用，体会到生物技术的价值。

3 教学过程

3.1 实物展示，引入新课

教师展示酒酿、酸奶、泡菜、果酒、醋、馒头、面包等食品，并提出问题：人们的日常生活离不开各种利用生物技术做的食品或用品。你们知道这些常见食品的生产与哪种生物技术有关吗？

教师在学生回答的基础上引入本节的课题，并指出早在4000多年前，我国古代劳动人民就利用发酵技术酿酒，后来又会制醋、制酱等。

设计意图：看到平时生活中常见食品，学生的学习兴趣和积极性立刻被调动起来，争着回答问题。学生初步感受到发酵技术与人们的日常生活息息相关。教师顺利引入新课。向学生介绍我国发酵技术的生产史是对学生进行爱国主义情感教育的良好契机。

3.2 回忆旧知，理解新知

教师出示酵母菌图片，联系学生已经学过的内容，提出问题：酵母菌属于哪类生物？并由此推测发酵现象由哪种生物引起？之后，教师让学生尝试描述什么是发酵现象和发酵技术。教师在学生讲述的基础上给予评价，并明确发酵现象和发酵技术的概念。然后引导学生了解酒酿的制作、水果放久有酒味、果酒暴露在空气中变酸以及酸奶的制作分别与哪种微生物的发酵有关。接着提出问题：“你们想知道甜美的酒酿是怎样制作出来的吗？想不想自己也来尝试做一份呢？”这样过渡到下一环节的教学。

设计意图：酵母菌是学生较为熟悉的一种微生物，学生曾经学习过酵母菌结构和生殖方面的知识。教师以酵母菌作为学习发酵现象产生原因的切入点，再去引导理解发酵现象和发酵技术的定义，从而促进学生的理解。

3.3 自学互动，实践操作

关于尝试利用发酵技术制作食品的教学，笔者先让学生自学阅读课本上“酿制酒酿”的实验器材和指导，思考有关问题。然后以6人为1个学习小组，通过组员间的讨论先尝试设计该实验。之后，各小组派代表汇报交流本组讨论的问题和讨论结果，以及尚未得出结果的问题，进行组间讨论交流。在生生互动的基础上，教师进行补充讲解，并与学生一起归纳酿制酒酿的操作要点。教师需使学生清楚以下几点事项：

① 什么是酒曲？（通过出示文字资料让学生弄清酒曲中灰霉菌和酵母菌两种微生物的作用）

② 酿制酒酿的条件：要有好的酒曲；因为酒酿要在25～30℃发酵，所以制作酒酿要选择适宜的季节或冬天的暖气房、恒温室。

③ 操作要点：

将糯米蒸熟的目的：杀死微生物。

用冷开水冲洗糯米的目的：降温，减少杂菌混入。

将酒曲碾碎，均匀搅拌在糯米中的目的：让酒曲和米饭混合均匀。

在糯米中间挖一个小洞的目的：与空气充分接触。

各种器具在使用前必须认真清洗干净的目的：防止污染。

酿制酒酿的温度应保持在25～30℃的目的：最适合酵母菌生长繁殖。

在弄清上述要点后，学生利用提供的器材制作酒酿：① 以小组为单位，组员间分工合作；② 认真按照步骤操作，特别注意操作要点。

2 d后，各组交流实验结果，在确认酒酿制作成功的情况下，品尝自制的酒酿，并利用显微镜观察在酿制酒酿过程中发挥作用的微生物，思考这些微生物在酿制酒酿过程中发挥的作用。若酒酿制作失败，教师需引导学生分析失败的原因。

设计意图：学生通过自学、独立思考、组内交流，提出自己的观点，再进行生生之间的探讨。这样能激活学生的思维，使学生积极成为学习的参与者。再通过师生互动，学生能深刻领悟酒酿制作的要点。明确了操作要点后，学生再动手实践，避免盲目性，从而达到较好的实验效果。

3.4 搜集资料，汇报交流

各小组以精练的语言汇报课前搜集的有关“现酵技术及产品”的资料（图文资料以课件形式展示）。这样可以使学生深刻认识到发酵技术和人们日常生活是息息相关。教师引导学生构建现酵技术的概念以及对各种发酵产品进行归类：

化工产品：酒精、柠檬酸、乳酸、香料等。

医药产品：抗生素（青霉素、红霉素等）、维生素、乙肝疫苗等。

食品和饮料：酱制品、酒类、饮料等。

然后教师结合实例（如青霉素或乙肝疫苗的生产），让学生了解发酵技术的新进展，即能够利用改造过的微生物新品种来生产人类需要的发酵产品。

设计意图：通过课前查阅资料，学生可以了解课本以外的知识，丰富知识面，同时还能培养自己收集、整理资料的能力。课上的交流汇报则有助于锻炼学生的语言表述能力。

3.5 知识梳理、构建框架

请学生谈一谈本节课的收获，然后教师结合板书引导学生回顾并梳理本节课主要的学习内容，引导学生主动建构出自己的知识框架。

3.6 课外延伸、继续探究

① 学生阅读课外探究中的内容，了解酸奶制作相关的事项。

② 美味可口的泡菜是家庭中常见的食品，泡菜又是如何制作出来的？建议学生向会做泡菜的人询问、或通过网络、书籍等渠道查询，了解泡菜制作的相关事项，探究泡菜的制作方法。

设计意图：要求学生二选其一，尝试制作酸奶或泡菜，使学生的能力在继续探究活动中得以提升。

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黑大我爱你,欲哭无泪地写的论文啊~~

偶包宿写的哦~~~

最关键的是我自己都看不懂~~~

现代生物技术在环境污染治理中的应用

摘要:在环境污染治理中,作为一种技术手段,生物技术具有高效性,反应条件温和等优点,它对环境污染的治理和修复发挥了巨大作用,为重金属废水,石油废水,油脂废水,农药废水,以及生活污水提供了一条十分有效的途径。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。我们要在污染环境修复、污染环境治理、废弃物的循环再生过程中应用生物技术,其中应用最广泛的是酶工程技术,微生物工程技术,分子生物学技术,基因工程。

关键词:现代生物技术环境污染治理应用

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环境保护已成为当前国际关系、经贸合作中的一个极为重要的问题,也日益严重地影响着我国国民经济的可持续发展。在我国过去几十年的经济发展中,由于忽视了发展中的环境保护,目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续。

1.2 我国是世界上环境污染最为严重的国家之一,从城市到乡村,我国的大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。当前我国社会经济仍然保持着高度发展的态势,环境保护的压力将进一步加重,由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。如何在经济高速发展的同时控制环境污染,改善环境质量,以实现社会经济可持续发展之目标是我国目前亟待解决的重要问题。

1.3现代生物技术不但在净化环境,减少污染和改造传统产业等方面发挥出重要的作用,还可以为保护人类生存环境和社会可持续发展作出积极的贡献。在环境治理中,生物技术因其投资少,处理效率高,运行成本低等优点而得到广泛的应用。

2. 现代生物技术的概况

2.1现代生物技术是应用现代生物科学以及某些工程原理,如酶工程,基因工程,微生物工程等,利用生命体(从微生物到高级动物)及其组成(含器官,组织,细胞,细胞器,基因)来发展新产品或新工艺的一种技术体系。一般认为,生物技术包括基因工程,细胞工程,酶工程和发酵工程四个方面。

2.2生物技术直接关系到与人民生活,卫生,健康密切相关的医药卫生,食品工业,化学工业,农业的发展。可以在粮食危机,能源危机,环境污染中发挥巨大的作用,并且还可以从基因的角度治愈人类的遗传病。因此,现代生物技术已经被世界各国列为重点项目。

2.3环境生物技术(Environmental Biotechnology,也称为Environmental Bioengineering)。是一门由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科。直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成 部分或某些机能,建立降低或消除污染物产生的生产工艺,或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统,称之为环境生物技术。

3.现代生物技术的特点

生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器,这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显着优越性充分体现在它是一个纯生态过程。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,受到了高度重视。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了希望。

目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复等环境保护的各个方面,发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术/:请记住我站域名/处理污染物时,最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质,如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次转移。特别是现代生物技术的发展,尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用,大大强化了上述环境生物处理过程,使生物处理具有更高的效率。美国环保局(EPA)在评价环境生物技术时也指出“生物治理技术优于其他新技术的显着特点在于其是污染物消除技术而不是污染物分离技术”

由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物(底物),其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质,生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的,作为催化剂的酶是一种活性蛋白。生物反应过程通常是在常温、常压下进行的。

酶对底物有高度的特异性,生物转化技术的效率高,副产物少,这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比,反应条件大大简化,因而消耗低,效果好、过程稳定、操作简便。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平,有利于实现工艺过程生态化或无废生产,真正实现清洁生产的目标。生物处理技术除易于大规模处理外,还可利用天然水体或土壤作为污染物处理场所。另外,生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的,并且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等,有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度。生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。

利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质,即用生物修复技术净化环境,使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用,同时还可进一步强化环境的自净能力。

环境生物技术不仅单纯适用于环境污染治理,如今已相当广泛地应用于环境监测,尤其是以生物传感器为核心的环境生物监测技术,可在线在位迅速地提供环境质量参数,成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。

4.生物技术在环境污染治理中的应用

4.1以环境污染的生物治理为主,开展环境微生物学的基础,应用基础和应用研究,为重金属废水,石油废水,印染废水,油脂废水,农药废水,生活污水等提供效果好的,成本低的生物治理技术和设备,以促进我国的环境工程建设。

4.2微生物技术在污染控制工程中的应用主要有活性污泥法,生物膜法,厌氧生物处理法,生物脱氮法,生物除磷法,微污染饮用源水的生物处理,水产养殖水体的生物处理,城市生活垃圾的微生物处理,污泥的微生物处理,禽畜粪便处理与资源化工程,生物修复,微生物脱臭,废弃物的微生物资源化,固定化微生物技术及其在污染控制中的应用,绿色环保产品的开发和应用。

4.3环境污染的生物降解主要包括好氧生物处理,厌氧生物处理;贫营养环境污染生物降解;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;卤代有机化合物的生物降解;有机农药在环境中的生物降解;危险性有机污染物的生物降解以及污染环境的生物修复,如地下水污染生物修复等等。

4.4然而,由于技术有限,目前我们可以使用的技术主要有:

4.4.1城市有机垃圾处理技术

将城市垃圾通过分选后综合治理,将可腐有机垃圾生产成优质有机粉肥或有机无机复混粒肥;将可燃有机垃圾采用气化焚烧或生产成版材;无机垃圾用于填埋,处理过程中产生的废气,粉尘集中处理,废水净化后再排放,防止污染环境。

4.4.2生物曝气滤池处理生活污水及资源化利用技术

集生物处理和过滤两种功能于一体,出水水质优良,是一种高效的新型生物反应器,极适用于生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。

4.4.3含油污泥高新生物处理技术

对于我国大中型油田,炼油场,石化企业等行业中含油污泥,炼油浮渣等进行生物治理,通过生物处理达到回收石油资源和污泥达标排放。

4.4.4高新生物工程技术处理油脂化工废水

利用来自于自然界又经培养驯化的功能菌株,根据废水和污水的不同性质,组成,配制不同菌株,通过发酵培养形成多功能复合型菌液,用于油脂化工,化工有机废水,食品,印染,生活污水,工业废水的处理。

4.4.5油田,炼油废水高新生物处理技术

通过对大中型油田,炼油场废水石油污染物样品采集,降解微生物菌株的分离,筛选,获得石油降解优势微生物,针对含油废水的不同水质特征,选用不同的微生物菌剂处理,使其稳定达标排放。

5.结语

着名的天文学家和生物学家,佛瑞得 霍意耳(Fred Hoyle)先生曾经说过,还未解决的主要问题的答案应该由基本的假设来得到,而且同时也必须依靠经过反复尝试和检验的科学工具及方法。随着处理技术的不断发展,生物方法所能处理或修复的对象也在时刻不停地改变。为了使生物技术能满足新的发展需要。我们必须真正进行探索,并且可能以过去未曾想象到的方式来使用生物或是它们的衍生物。

参考文献

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.高等教育出版社,2000

[2]中国环境科学学会《中国环境保护优秀论文集》[C].中国环境科学出版社,2005

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.化学工业出版社,2003

[4]冯玉杰.《现代生物技术在环境工程中的应用》

.化学工业出版社,2004

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.中国轻工业出版社,2007

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[10]Gareth M.Evans Judith C.Furlong. ”Environmental Biotechnology Theory and Application”

.化学工业出版社,2006

[11] 中国环境科学研究院生物工程重点实验室.环境保护与生物技术. .cn. 2007

[12]刘英南.《追求完美-现代生物技术》.[J]《科学时报》2005

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关键词：生物；制药技术；探讨

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

随着当前科学技术的飞速发展，生物技术在我国制药过程中的应用也在不断的加快之中，在我国制药业的发展之中，生物技术的应用为我国制药业提供了发展的前提和基础，为我国制药业提供了宝贵的技术资源和信息资源。生物技术将成为我国制药行业发展的重要影响趋势，也是提高我国制药业生产水平和生产工艺的主要手段和方法。

1 生物技术概述

生物技术兴起于上个世纪中期，是一门综合性很强的技术学科。生物技术在目前的社会发展中，主要是通过结合先进的科学技术和生物理论为基础来改变动植物体内的细胞与DNA，从而进行人工加工和提取的过程。生物技术的应用为人类社会的发展和医疗事业的开展注入了新的活力，同时也为传统医疗技术的应用提出了新挑战。传统的生物技术本仅是一个加工的过程和服务行业，然而伴随着各种科学技术的不断发展，其逐步趋于培养新物种、开发新产品和探索新技术的过程。植物基因作为当前生物技术的重要环节，是医疗人员在工作中以植物作为主要的研究对象，从而利用植物细胞对相关的基因进行改造，从而提高动植物抵抗力，使其能够在恶劣的环境中得以正常良好生长。

1.1 生物技术制药技术的原理

生物制药技术是利用先进的科学技术和理论知识来对各种微生物和微元素进行辨析和处理，从而提取出能够预防和治疗疾病的成分。制药技术在目前社会发展中发挥着不可替代的重要作用，与人类的生存与发展息息相关，发挥着不可忽视的重要作用与意义。伴随着国民经济的发展与人民生活水平的提高，人们对各种药物需求不断增加，提高药品质量和药品的药效已成为人类追求的主要重点。在制药工作中，利用生物技术制药已成为一种新技术，是提高工程施工措施和技术方式的主要途径和方法。随着近年来社会科学技术的不断发展，以基因工程、微生物技术等多个方面为基础的综合性制药措施和原理已成为现代化企业发展的核心观念，随着当前各种病菌的不断变化和各种病状的变动，传统的医疗措施逐步无法满足当前各种病症的需求，因此在当前的制药工作中不断的对各种生物技术进行引进和利用，从而保障各类病菌能够得到合理科学的解决。

1.2 生物制药在我国的发展现状

一直以来，生物技术就属于一种高新技术产业，也是一种新型的社会科学技术之一，在当前的社会发展中，生物技术的应用与普及已成为社会发展的必然结果与趋势。生物技术归根究底，就是一种微生物技术，是通过在工作中对各种微生物进行分析和研究的过程。在生物工程应用与发展的过程中说白了就是采用先进的科学技术和设备对微生物的生活习性、生理机制等多个方面进行研究与分析。生物技术的发展历程从最初到现在经历了只有短短的几十年，然而在这几十年的发展中其几乎是一种跨越式发展模式，同时其也离不开信息技术与计算机技术的大力支持与配合。就目前社会发展现状分析而言，科学技术与信息技术是生物技术得以前进与应用的重要基础。

就我国的生物技术分析而言，由于起步晚、起点低，同时还受到我国近现代国情与其他因素的制约与影响，使得其中还存在着较多的问题与难点。在我国的生物技术发展与应用中，更是只有短短的二十多年历史，与欧美发达国家根本无法比拟，但就这短短的二十多年来，由于我国政府的大力支持，使得生物技术在应用中取得了良好的成绩，以基因工程药物为核心的研制、开发和产业化已经颇具规模。目前，随着各种环境因素的不断恶化，各种自然条件和气候因素也在不断的变化之中，使得当前各种病菌发生其迁移性的变化，造成人类健康的严重威胁，在这种背景之下，药品的开发和研制已成为当前保证人们健康的重要手段和不可忽视的手段。

与世界先进国家的生物医药产业相比，我国生物医药产业还处于比较落后的状态，但是国家和地方政府都在不断加大对该产业的发展力度，从政策和资金等各方面不断加大投入。当前，我国已将生物制药作为经济发展的重点建设行业和高新技术的支柱产业来发展。当前一些科技发达或经济发达地区正在不断建立国家级生物制药产业基地，并初步形成了初具规模的生物医药产业集群，这对我国的生物医药产业发展起到了很好的带动作用。总体而言，中国生物制药产业未来充满希望，前景看好，中国的生物制药产业将呈继续增长态势。

2 生物制药的前景与分析

药品是现阶段社会发展中保证人们身体健康的基础前提，是与人们生活质量息息相关一部分。伴随着近年来科学技术的不断提高，在药品生产制作中对于各种制药工艺与技术的选择也不断提高。生物技术作为现阶段制药企业应用的主要主要技术措施和方法，是通过采用各种技术措施与方法来对动植物进行微观处理和加工，从而形成一种新的物种。这种处理技术和管理的应用对于我国现代化制药发展起着极大的促进作用。生物制药产业呈现集群式发展。产业集群发展具有明显的发展优势，能够极大地促进产业的快速发展。生物制药产业作为高科技产业，不仅需要在基础设施、上下游配套产业等方面的支持，还需要同教育培训、专业服务、技术转移中心等相关服务组合在一起，方能发挥高效作用优势。当前，我国在生物技术产业迅猛发展的浪潮推动下，经过多年的发展和市场竞争，加上政府不失时机地加以引导，我国生物技术、人才、资金密集的区域，已逐步形成了生物医药产业聚集区，由此形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。这些产业集群对于促进生物制药产业的发展具有重要的作用，使得生物制药整体产业链得到优化，在生产效率方面得到大幅提升。我国生物制药产业以后仍会朝着这一方面快速发展，政府也将会加大投资力度、重点建设产业集群区，在基础设施、配套服务业、研究开发、服务创新、教育培训和风险投资等方面进行发展和创新，为生物制药产业集群发展提供良好的发展环境。

生物医药技术向产业化推进。将生物医药技术从科研转向产业化生产是科研的重要目的，只有将技术转化为生产力，才能使得社会生活水平得到提升。我国生物医药技术当前很大一部分还停留在科研方面，并没有有效地转换为生产力，这不仅浪费了很多的资源，也使得我国的生产实践跟不上研发，造成了生产的滞后状况。生物医药技术向产业化推进要求企业通过委托外包策略，建立技术同盟，形成优势互补，使得自身能够专注于自身专长方面，从而能够降低生产成本、提高竞争优势。

生物制药新兴技术将不断应用于产业发展。生物制药产业作为高新技术产业，需要不断进行技术创新，才能不断解决产业发展中存在的问题，并不断满足医药水平提升的要求。生物制药新兴技术的发展将会不断应用到产业发展当中来，从而促进产业技术水平和社会医疗水平的提升。