6微生物的创新应用

虽然许多人认为微生物是有害的，会引起疾病，但它们也有许多有益的特性，可以居住在地球上一些最不适宜居住的角落。多年来，人类、动物和植物都在利用微生物的特性为自己谋利。在这里，我们讨论一些微生物被应用的许多不同的用途。

防治农业害虫

虽然农药在杀死危害我们作物的有害害虫方面做得很好，但许多农药是不分青红皂白的，也杀死了有益的传粉者。当农田的径流最终进入我们的水道时，它们也会造成问题，破坏那里脆弱的生态系统。长期使用意味着不可避免地会产生具有抗性的种群，随着时间的推移，农药无法保护作物。因此，注意力日益转向其他办法。

其中一个例子就是利用了西花蓟马和细菌之间的共生关系Pantoea。 ¹蓟马以广泛的作物植物为食，传播对一系列作物物种具有致病性的拓扑病毒。科学家培育了一种Pantoea在昆虫肠道中不断产生dsRNA。这些干扰rna (iRNAs)靶向一个对蓟马生存至关重要的基因，导致宿主mRNA降解和昆虫死亡。

这种被称为共生介导的RNAi (SMR)技术仍处于发展阶段，但提供了高度的目标物种特异性。与转基因作物本身降低害虫易感性不同的是，这种方法还具有保护被特定害虫攻击的所有作物物种的优势。

秘密成分是微生物!

微生物参与了许多食物的生产，如面包、奶酪和酸菜，还有一些几乎完全是微生物本身，如酵母提取物或真菌蛋白肉类替代品。然而，微生物也有很大的力量来改变食物的味道。每种微生物都会产生特有的代谢物，这取决于它们所能获得的营养物质。这些微生物可能会被其他存在的微生物代谢成更多的产品，所以保持微生物的适当平衡对获得理想的味道很重要。在工业食品生产中，这通常使用发酵剂来实现，以引入所需微生物的平衡，并确保最终产品的一致性。奶酪工业提供了一个很好的例子来说明平衡微生物的重要性。苦味可能来自牛奶中的酪蛋白分解成疏水氨基酸，而酸味可能来自糖的分解。这种特有的“奶酪味”与酵母有关Yarrowia lipolytica它把三丁酸变成丁酸，然后呢青霉菌roqueforti传授“蓝色”音符。过多或过少的任何一种味道都会使产品不可口。在瑞士奶酪中，微生物甚至对产生特有的孔洞至关重要，这些孔洞是乳酸发酵成丙酸、乙酸和CO的结果₂和H₂由阿丙酸菌属freudenreichii。 ²

让他们吃垃圾

放射性物质为我们提供了能源生产、医疗和防御的好处。然而，它们也给我们留下了一个问题——安全处置。虽然一些放射性物质的半衰期很短，但铀等其他放射性物质可能会对生命造成数十年的危害。一种被广泛采用的解决方法是简单地将废物储存在筒仓中或将问题埋在地下。将放射性废料埋在地下直到安全为止的一个问题是，当铀等元素与一些有机分子形成可溶复合物时，它们变得可移动，放射性分子会淋滤到周围的土壤和岩石中。然而，细菌可以拯救我们。科学家们发现，一些细菌能够利用铀和镎等放射性核素来代替氧气，并在这个过程中使它们无法溶解。^3.

用咀嚼放射性分子的微生物处理储存库可以减缓放射性分子的移动，从而防止或减少它们在放射性分解过程中进入周围区域。这种方法也被建议作为污染土壤的处理方法。

制造和破碎塑料

在全球都在关注塑料污染的负面影响之际，“吃塑料细菌”的发现在科学界引发了兴奋的涟漪。2016年，一种自然产生的细菌菌株被命名为Ideonella sakaiensis201-F6是在日本的一个垃圾场中发现的，它能够降解塑料，包括臭名昭著的难以分解的聚对苯二甲酸乙二醇酯(也称为PET)，并将其用作食物来源。⁴从那时起，科学家们一直致力于揭示传递这种特性的PETase酶的详细结构。这种结构看起来非常类似于细菌用来分解覆盖在一些植物表面的保护性角质聚合物的酶。

幸运的是，研究PETase的研究小组无意中设计出了一种比自然界进化出的酶更能降解塑料的酶。⁵他们发现，这种酶还可以分解其他形式的塑料，为未来可持续回收目前具有挑战性的许多塑料打开了大门。

用病毒治疗疾病

许多疾病都有遗传学的基础，如囊性纤维化和严重联合免疫缺陷症(SCID)。他们的任务是通过使用。来“修复”这些遗传问题基因治疗始于20世纪70年代。他们的想法是用一个好的拷贝替换有缺陷的拷贝，或者以其他方式使有缺陷的基因失活，但研究人员需要一种与有问题的基因相互作用的方法。这时微生物就出现了。就其本质而言，病毒能够附着并进入细胞，一旦进入细胞，就会与宿主基因组相互作用，通常是为了促进自身的复制。然而，研究人员已经能够以自己的方式劫持这种性质。

目前，有三种主要的病毒(腺病毒、腺相关病毒和逆转录病毒/慢病毒)构成了基因治疗研究的主干。最初，试验受到基因毒性和免疫反应问题的困扰，但数十年的研究使许多问题得以解决。2012年，欧盟批准了首个用于急性胰腺炎的基因疗法Glybera，现在可以使用基因治疗技术治疗SCID、癌症和失明。与超过2300个临床试验已经进行了，更多的治疗跟进只是时间问题。

如果基因疗法要作为一种治疗性治疗取得成功，必须克服的一个主要障碍是扩大生产的能力，因为适合研究环境的病毒载体生产和纯化技术与大规模生产不兼容。

梵高，莫奈，达芬奇还有大肠杆菌?！

科学家从大约100万幅画中复原了列奥纳多·达·芬奇的《蒙娜丽莎》大肠杆菌（大肠杆菌)的一切!⁶ 大肠杆菌它们是出色的游泳者每秒能移动十倍于自身长度的距离。通常情况下，臭虫会处理氧气来为它们的运动提供燃料。然而，在海洋生活的细菌中发现了变形视紫质蛋白质，它使细菌能够利用光线为自己提供燃料。通过设计一种大肠杆菌为了生产这种蛋白质，科学家们设法制造出了细菌，这种细菌的运动可以通过光远程控制。他们将光线均匀地投射到一层细胞上，持续5分钟，然后引入蒙娜丽莎的负图像。又过了四分钟，经过改造的细菌集中在空间的黑暗区域，形成了一个可识别的图像。为了完善模糊，采用反馈控制循环，其中细菌形状每20秒与目标图像进行比较，并相应地更新光模式，从而获得近乎完美的副本。

除了创作艺术品之外，用光控制游动细菌活动的能力为光可控活性材料甚至环绕和运输更大的物体开辟了潜在应用。

参考文献

1.Whitten M, Dyson P.非模式昆虫中的基因沉默:使用共生细菌克服障碍，实现无创伤的RNA干扰可持续传递:共生细菌介导的昆虫中的持续RNA干扰:作为遗传工具和生物杀菌剂的应用。Bioessays。2017年,39(3)。doi:10.1002 / bies.201600247．

2. McSweeney PLH主编:《奶酪成熟的微生物学》。奶酪问题解决．食品科学、技术和营养出版丛刊．瑞斯出版;2007:117 - 132。doi:10.1533/9781845693534.117．

3. 王志刚，王志刚，王志刚。高pH值条件下异糖酸的微生物降解。ISME J。2015; 9(2): 310 - 320。doi:10.1038 / ismej.2014.125．

4. 吉田，平贺，武hana，等。一种能降解和同化聚对苯二甲酸乙二酯的细菌。科学．2016, 351(6278): 1196 - 1199。doi:10.1126 / science.aad6359．

5. Austin HP, Allen MD, Donohoe BS，等。一种塑料降解芳香族聚酯酶的表征与工程研究。美国国立自然科学研究院．2018; 115 (19): E4350-E4357。doi:10.1073 / pnas.1718804115．

6. 陈建平，陈建平，陈建平，等。光动力学的动态密度成形大肠杆菌．eLIFE。7: e36608 doi: 2018;10.7554 / eLife.36608．