細菌趣事

基因工程細菌

細菌是大家比較熟悉的名字，因為有很多疾病是它們引起的，例如，傷寒桿菌、結核桿菌、破傷風桿菌、肺炎雙球菌等致病菌，無疑是對人類有害的。但是，大多數細菌是和人類和平共處的，還有許多細菌對人類不僅無害而且有益，能給人類帶來很大好處。例如，人們利用谷氨酸棒桿菌制造食用味精，用乳酸菌生產酸乳，用蘇云金桿菌生產殺蟲劑，利用產甲烷菌生產沼氣，以及借助細菌來冶煉金屬、凈化污水、制作能使莊稼增產的細菌肥料等等。

當一艘巡洋艦駛近敵方港口時，艦長懷疑該水域有水雷存在，于是下令向水中釋放了一群微生物。這群數以萬億計的微生物隨即開始尋找TNT炸藥。當它們接近目標時，會發出明亮的紅色熒光，然后它們會深入水雷并消化其中的炸藥，使水雷喪失戰斗力。這聽起來令人難以置信，但是，如果這項重新編排細菌的基因序列的研究能夠獲得成功，那么在未來的10年內，第一批基因工程細菌將不但能夠探測炸藥，濾去煙囪所排放的二氧化碳，診斷人體疾病，還能為人類從水中提取氫作為燃料。

細菌是微生物世界里的一個大家族，是一類形體微小，細胞細而短，而且結構簡單的原核微生物。它的細胞壁堅韌，無成形細胞核，也無核仁和核膜，除核蛋白體外無其他細胞器。人類無法用肉眼看見它們，必須借助于光學顯微鏡。

細菌的“先見之明”

科學家發現，細菌能預知未來，并為此做好準備。也就是說，這些不起眼的微生物的基因網絡竟然能“預見”接下來會發生的事情，并在事態進入新階段之前作出反應。例如，大腸桿菌在沿消化道下移過程中，會遇到多種不同的環境。具體而言，大腸桿菌在遇到乳糖之后不久便一定會遇到第二種糖——麥芽糖。科學家在觀察這種細菌對乳糖的基因反應之后發現，除了乳糖基因，用于消化麥芽糖的基因網絡也被部分激活。當研究人員調換了這兩種糖的順序，讓大腸桿菌先遇到麥芽糖時，乳糖基因則沒有相應地做出反應。這一實驗表明，細菌在消化乳糖這個開胃品時，已經自然而然地“知道”要為麥芽糖這道菜做好準備。

葡萄酒酵母也是一種會經歷多重環境變化的微生物。隨著發酵一步步地進行，糖和酸的含量會出現變化。酒精含量會上升，酵母所處的環境溫度會隨之上升。盡管葡萄酒酵母的組織結構在某種程度上說要比大腸桿菌復雜得多，但是科學家發現，當葡萄酒酵母遇熱時，會激活用來應對下一階段壓力的基因。科學家認為，這種預測和提前反應是微生物通過進化得來的適應能力，能夠提高這種生物的生存幾率。

細菌也有“條件反射”

在著名的“巴浦洛夫條件反射實驗”中，當生物學家巴浦洛夫在搖鈴之后不再給狗喂食時：狗的條件反射便會有所減弱；到最后，聽到鈴聲的狗不會再分泌唾液。科學家對細菌采取了類似做法，他們將大腸桿菌置于含有乳糖的環境中，但是之后不再放麥芽糖。幾個月后，細菌在嘗到乳糖時便不再激活麥芽糖基因，而只是在真正有了麥芽糖時才激活麥芽糖基因。由此可見，小小的細菌也會有條件反射。

12萬年后的蘇醒

最近，一種微生物在12萬年后蘇醒了過來。這種壽命極長的新細菌種類是在格陵蘭島一座冰川下近3000米處發現的。那里的環境狀況是，溫度可驟降至遠低于冰點的水平，氣壓驟升，食物和氧氣匱乏。科學家不清楚這種細菌的生存狀態。它們可能處于冬眠狀態，即不進行大量新陳代謝活動，繁殖數量很小，也可能緩慢地進行著新陳代謝和復制。無論處于何種狀態，這種細菌顯然已經找到了在惡劣環境下長期生存的方法。

為了誘使這種細菌重新蘇醒過來，研究人員在攝氏2度的環境下，對這種細菌樣本進行了7個月的培養，隨后又在攝氏5度的環境下培養了4個多月。結果，這種原本紫褐色的細菌的菌落便有了活力，而且十分健康。現在，在實驗室里讓這種細菌恢復原狀并成長已經是可行的了。

科學家們猜測，這種細菌之所以有如此強大的生命力，要部分歸功于這種微生物體積很小。由于表面積與體積之比更大，這種新型細菌可更有效地吸收營養。一個研究小組還在同一區域發現了另一種耐寒細菌。這種細菌也已經存活了大約12萬年。由于格陵蘭冰川極冷的環境可最佳模擬出外星球可能存在的生存環境，那里的超低溫度甚至能讓細胞和核酸保存數百萬年。因此，對此類微生物進行研究，或許能讓人們了解在太陽系其他星球可能存活的生命形式。

遨游太空“功力大增”

在太空失重狀態下，人類的生理會受到明顯的影響，其中最明顯的是骨質疏松，這就是為什么從太空歸來的航天員，出艙后要坐在椅子上被人們抬著走的緣故。但同樣的失重狀態卻會使細菌成為“功力大增”的超級殺手。

2006年9月，美國科學家委托“亞特蘭蒂斯”號航天飛機將一些實驗用的沙門氏菌帶入太空。在太空，航天員通過手動搖柄將存放在密封容器中的細菌放入培育室，并將其激活。經過12天的繞地球飛行后，它們又隨航天飛機返回地面。不過，這些邀游太空歸來的細菌已不可同日而語。科學家將其與地面環境下培育的沙門氏菌進行毒性比較，結果發現前者對老鼠的殺傷力幾乎是后者的三倍。

作為一種最常見的腸道致病菌，沙門氏菌極易引起食物中毒，癥狀包括發燒、腹瀉和胃痛，如果感染者免疫力低下就會有致命危險，目前還沒有針對這種細菌的疫苗。航天員在太空的免疫力比在地球環境中有所下降，因此，沙門氏菌被認為是對航天員健康的一大潛在威脅。雖然這一實驗結果令人感到非常擔憂，但值得慶幸的是，科學家已經發現了沙門氏菌的“力量之源”——Hfq基岡調控蛋白。正是根據這種蛋白的“命令”，沙門氏菌的167個基因在太空改變了程式，令其毒性更猛。

科學家表示，他們還需進行更多的實驗來驗證這一結論，其他細菌在太空環境下也可能有類似的反應。這一研究將有助于加深對傳染病菌的認識并促進新型抗生素的開發。

人體，細菌的樂園

不用害怕，你我都活得好好的。人身上的細菌數量是人體細胞的數目的十倍。光是存人體的消化道里，就至少生存著500種、50萬億個細菌，合起來重達1.5千克。一個健康人每天排出的糞便中，細菌占了三分之一的重量，約75種1億個之多。這些細菌的大量存在對人體是有益的，它們抑制了從體外跑進來的有害細菌的繁殖，它們還幫助消化碳水化合物，并為人體制造維生素。

科學家的最新研究顯示，和腸道中的細菌有助于消化食物一樣，生活在人體其他部位的細菌也能幫助人類抵御多種疾病的侵襲。其中，人體的皮膚就是細菌偏好的居住環境之一。他們通過研究推斷，人類皮膚上存在著大約205種細菌，比人們原來所知道的還要多，但這并非唯一的發現。研究結果還顯示，在人體各個部位的皮膚上，細菌的種類不盡相同。例如，上臂皮膚上的細菌種類有40多種，而耳朵背后的皮膚上只有近20種。經過進一步分析，研究人員發現，在干燥(手掌)和潮濕(鼻腔、腋窩、肘窩和膝蓋內側)的皮膚上存在的細菌種類最多。而眉毛、內耳和頭皮等油膩區域內的細菌種類則相對較少。這一研究將有助于開發能夠治療和預防濕疹和痤瘡等皮膚病的新藥物。