微生物的多樣性與人類生物安全

司林波

【關(guān)鍵詞】微生物 生物安全 生物安全風險 【中圖分類號】Q93 【文獻標識碼】A

微生物無處不在，與人類長期共存。隨著時代的進步和科學技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認識到，微生物所帶來的風險并未減少，時至今日，我國面臨的微生物安全風險較以往任何時候都更為復雜和多樣，微生物安全問題已經(jīng)成為無法回避的安全議題。面對微生物安全的新形勢、新任務和新挑戰(zhàn)，習近平總書記在中央全面深化改革委員會第十二次會議上強調(diào)：“把生物安全納入國家安全體系，系統(tǒng)規(guī)劃國家生物安全風險防控和治理體系建設，全面提高國家生物安全治理能力?！毙骂C布的《中華人民共和國生物安全法》詳細規(guī)定了生物安全的多方面內(nèi)容，其中絕大部分內(nèi)容與微生物有關(guān)。由此可見，微生物安全問題正在國家層面產(chǎn)生持續(xù)的影響并逐漸轉(zhuǎn)化為國家生物安全風險防控和治理的重要內(nèi)容。從一定意義上來說，只有正確認識人類與微生物的關(guān)系，特別是多樣化的微生物與人類生物安全的多重關(guān)系，才能準確推進微生物安全風險防控和治理工作。

人類與微生物的關(guān)系

與其他生物相比，微生物的種類極其豐富，普遍存在于地球生態(tài)圈與人類社會中。無論是我們生活的外部環(huán)境還是人體內(nèi)部，都存有數(shù)目龐大的微生物。它們不僅千姿百態(tài)，而且繁殖迅速，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了極為深遠且重要的影響。表面上看，微生物與我們?nèi)祟惿钕嗑嗌踹h，但事實上，它與人類生活密不可分。這些微生物不僅關(guān)乎我們每一個人的生命安全、身體健康，更廣泛存在于食品、醫(yī)療保健、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域，在給人類帶來有益作用的同時，也會滋生風險。

微生物與人類健康的關(guān)系。相關(guān)研究顯示，存活于人體內(nèi)外的細菌個體數(shù)量約為1億個左右，而一個普通成年人的人體細胞僅為1000萬個。這不僅僅表明人體的細菌數(shù)量是人體細胞數(shù)量的10倍，更意味著微生物與人類健康有著緊密聯(lián)系。存活于人體口腔、腸道或皮膚的微生物群中，有數(shù)百萬的種群不但不會對人類產(chǎn)生任何傷害，反而有助于保護人類免受有害微生物的感染。但仍有相當?shù)挠泻ξ⑸?，例如一些占比不到總?%的細菌、病毒、真菌和原生動物等可以侵入宿主（人類）并致病，例如感冒、水痘、腺鼠疫、結(jié)核病、瘧疾和皮膚癬等。引起疾病的微生物被稱為病原體。此外，國際微生物學會聯(lián)合會（International Union of Microbiological Societies）以及微生物學界的研究者們也廣泛認為，有強有力的證據(jù)表明，微生物可能會導致某些非傳染性慢性疾病，例如某種形式的癌癥或冠心病。

盡管微生物能夠傳播并導致大量廣為人知的疾病，然而隨著生物技術(shù)的發(fā)展，通過人為給藥的方式，使得已經(jīng)死亡或滅活的微生物進入人體，可以刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)微生物抗原的抗體。如疫苗接種就是這種技術(shù)的應用。時至今日，疫苗仍然是預防社區(qū)性和突發(fā)性傳染病最有效的技術(shù)手段之一，而近年來疫苗技術(shù)的迅猛發(fā)展，則意味著微生物技術(shù)的發(fā)展再一次取得了能夠深度影響人類福祉與進一步保障社會平穩(wěn)運行的重大突破。

微生物與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。微生物與人類生活關(guān)系密切，并無時無刻不在影響著人類的生存環(huán)境。微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著無可比擬的重要角色。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，微生物學與相關(guān)技術(shù)被廣泛地應用于農(nóng)業(yè)實踐當中。利用農(nóng)業(yè)有機廢料，通過微生物發(fā)酵工程制取的單細胞蛋白、菌體蛋白或微生物發(fā)酵飼料等被廣泛地應用于畜牧業(yè)與種植業(yè)的生產(chǎn)中。而利用微生物活動代謝作用制成的微生物肥料，不僅為各類基礎(chǔ)農(nóng)作物與經(jīng)濟作物提供了充沛的氮、磷、鉀肥料，更降低了化學肥料的用量與其制造過程中產(chǎn)生的資源消耗與環(huán)境污染。不僅如此，隨著基因組學和生物防治技術(shù)的發(fā)展與革新，微生物農(nóng)藥制劑可以利用其成分中分泌的有效代謝物質(zhì)殺滅有害昆蟲或農(nóng)作物致病細菌。微生物農(nóng)藥的廣泛應用將有利于降低化學農(nóng)藥的使用份額，從而在防止農(nóng)作物病蟲害的同時降低對大氣、動植物與土壤的負面作用。此外，各類在市場中受到消費者追捧的食用菌（蘑菇）也是微生物為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出的重大貢獻之一。

在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)中，只有少數(shù)類型的微生物能夠?qū)⒆匀唤缰械牡獨馔ㄟ^固氮酶還原為氮素這一構(gòu)成生命物質(zhì)與養(yǎng)分供給的關(guān)鍵元素。由微生物參與主導的氮循環(huán)在作物和牧草的栽培中扮演著重要角色。當環(huán)境中的生物所生產(chǎn)的蛋白質(zhì)被特定的土壤細菌和真菌分解氨化后，硝化細菌和反硝化細菌能夠?qū)被蜾@離子氧化為硝酸鹽并還原為氮氣。在接下來的步驟中，為了向農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中提供足夠的氮元素，除了生態(tài)圈本身存在的自然固氮系統(tǒng)外，工業(yè)固氮法與生物固氮技術(shù)發(fā)揮著重要作用。尤其是近年來微生物學的發(fā)展使得可持續(xù)循環(huán)且對環(huán)境幾乎無負面影響的生物固氮技術(shù)在改良經(jīng)濟作物栽培技術(shù)中獲得了相當?shù)某删?。近年來，通過研究并篩選不同栽培條件與作物搭配，中國南方大面積的基于紅壤栽培的農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量相較以往獲得了顯著的增長。此外，中國農(nóng)業(yè)科學院與全國土壤微生物學界的最新研究表明，基于基因組學的研究使得對已經(jīng)在中國北方農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)逐步推廣的聯(lián)合固氮菌的進化模型、分子機理與根際間的競爭機制也被進一步地發(fā)現(xiàn)與完善。此類微生物學的研究成果都將有力地鞏固、提升中國農(nóng)業(yè)的國際競爭力與國家糧食安全水平。

微生物與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。微生物在工業(yè)生產(chǎn)中也發(fā)揮著舉足輕重的作用。在生化制藥、化學工業(yè)、食品生產(chǎn)領(lǐng)域，微生物學均是相關(guān)方向的主要分支學科。微生物藥學和生物化學通過利用分子生物學技術(shù)，研究基于微生物資源藥物及化學品的開發(fā)、生產(chǎn)與應用。大量的常用藥品和制劑都是以微生物為主體與成分研發(fā)的，例如雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)活菌片、口服脊灰減毒活疫苗、復方氨基酸注射液等。在食品生產(chǎn)領(lǐng)域，單細胞蛋白類產(chǎn)品廣為人知，例如用作生產(chǎn)啤酒、面包的酵母以及生產(chǎn)各種風味的酸奶所需要的發(fā)酵劑（乳酸菌）。盡管微生物在工業(yè)生產(chǎn)中起到了眾多的正向影響，但是若在生產(chǎn)流程、工藝或保存流程中發(fā)生錯誤或逾過產(chǎn)品保質(zhì)期，相關(guān)的藥品、食品與化學品將對人體和環(huán)境產(chǎn)生毒副作用。