我感兴趣的微生物发展

我感兴趣的微生物发展
食安0901班牛梦雅学号：2009309200132
我就读于我校食品科技学院食品质量与安全专业，其课程包括食品微生物学、基础生物化学、食品卫生学、食品保藏学、食品微生物检疫技术、食品毒理学等，注定我会与微生物结下不解之缘。

另外，我父母在石家庄华北制药厂工作，华北制药厂是全国第一家抗生素生产基地，以青霉素及其衍生物为主要产品。

因此，从小对抗生素方面有一定了解。

所以，我感兴趣的微生物发展主要是：抗生素的起源及发展和食品微生物的研究内容及发展前景。

一、抗生素
引：微生物工程发展中的几个里程碑：
1．抗生素工业生产带动了生化工程的建立。

在20世纪40年代，抗生素工业开始时的发酵工业仅有酒精、乳酸、面包酵母、丙酮丁醇等，这些工业能为抗生素大生产提供的经验颇有限。

而新兴的抗生素工业发酵，要求大罐无菌深层条件下的通气搅拌、消毒、发酵罐结构设计，以及后加工技术都须进行理论探讨，找出有关参数之间的关系，并根据数量关系进行模拟放大，生化工程就是在这种情况下应运而生。

2．生物转化的兴起。

3．微生物发酵生产氨基酸。

4．固定化技术。

因此，抗生素的研制与开发在整个微生物工程的发展中占据了十分重要的地位。

（一）抗生素的概念
抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物①，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。

现临床常用的抗生素有微生物培养液液中提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。

目前已知天然抗生素不下万种。

（二）抗生素的分类
由细菌、霉菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类物质。

自1943年以来，青霉素应用于临床，现抗生素的种类已达几千种。

在临床上常用的亦有几百种。

其主要是从微生物的培养液中提取的或者用合成、半合成方法制造。

其分类有以下几种：
1．β-内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有β-内酰胺环。

近年来又有较大发展，如青霉烯类（thienamycins）、单环β-内酰环类(monobactams)，β-内酰酶抑制剂(β-lactamadeinhibitors)、甲氧青霉素类(methoxypeniciuins)等。

2．氨基糖甙类：包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小诺霉素、阿斯霉素等。

3．四环素类：包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素等。

4．氯霉素类：包括氯霉素、甲砜霉素等。

5．大环内脂类：临床常用的有红霉素、白霉素、无味红霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素、交沙霉素等、阿奇霉素。

6．作用于G+细菌的其它抗生素，如林可霉素、氯林可霉素、万古霉素、杆菌肽等。

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7．作用于G菌的其它抗生素，如多粘菌素、磷霉素、卷霉素、环丝氨酸、利福平等。

8．抗真菌抗生素：如灰黄霉素。

9．抗肿瘤抗生素：如丝裂霉素、放线菌素D、博莱霉素、阿霉素等。

10．具有免疫抑制作用的抗生素如环孢霉素。

（三）一类重要的抗生素——β-内酰胺抗生素
β-内酰胺抗生素是分子中含有四元β-内酰胺环的一类天然和合成抗生素的总称，也是迄今为止抗生素中毒性最低、品种最多、临床应用最广泛的一类抗生素。

1．发现与发展历史
（1）青霉素的发现
青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。

青霉素的发现者是英国细菌学家弗莱明。

1928年的一天，弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。

由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。

这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。

使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不见了。

这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。

弗莱明据此发明了葡萄球菌的克星—青霉素（penicillin）。

1929年，弗莱明发表了学术论文，报告了他的发现，但当时未引起重视，而且青霉素的提纯问题也还没有解决。

1935年，英国牛津大学生物化学家钱恩和物理学家弗罗里对弗莱明的发现大感兴趣。

钱恩负责青霉菌的培养和青霉素的分离、提纯和强化，使其抗菌力提高了几千倍同，弗罗里负责对动物观察试验。

与1940年成功获得较为纯净的青霉素，用于对葡萄球菌和链球菌感染的实验动物进行治疗，产生了意想不到的效果。

其有效剂量低于当时的任何抗感染药物，而且未出现任何副作用。

青霉素的发现和大量生产，拯救了千百万肺炎、脑膜炎、脓肿、败血症患者的生命，及时抢救了许多的伤病员。

青霉素的出现，当时曾轰动世界。

为了表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、钱恩、弗罗里于1945年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。

第二次世界大战促使青霉素大量生产。

1943年，已有足够青霉素治疗伤兵；1950年产量可满足全世界需求。

青霉素的发现与研究成功，成为医学史的一项奇迹。

青霉素从临床应用开始，至今已发展为三代。

（2）头孢菌素的发现
1945年，当时意大利撒丁岛卡利阿里市行政官员兼细菌学家Guiseppe Broutzu，从海边靠近排污口的海水中分离到一株后被命名为产黄枝顶孢的霉菌，其代谢产物对青霉素不产生作用的细菌及青霉素也能作用的金黄色葡萄球菌都有抗菌活性，命名为头孢菌素C，但由于其抗菌活性低，最终未能在临床上正式使用。

（3）半合成β-内酰胺抗生素的发展
为已知的青霉素和头孢菌素装配上不同的侧链后衍生得到的抗菌活性更强、抗菌谱更大、作用时间更长的抗生素，并在现阶段实际生产中占据了抗生素的大半壁江山。

（4）新型的β-内酰胺抗生素的发现
如青霉烯类（thienamycins）、单环β-内酰环类(monobactams)，β-内酰酶抑制剂(β-lactamadeinhibitors)、甲氧青霉素类(methoxypeniciuins)等。

2．作用机理
（1）细菌肽聚糖的生物合成
（2）青霉素结合蛋白
（3）β-内酰胺抗生素的作用方式
3．青霉素药理作用及适用疾病
青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。

青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。

适用疾病：
1．溶血性链球菌感染，如咽炎、扁桃体炎、猩红热、丹毒、蜂窝织炎和产褥热等
2．肺炎链球菌感染如肺炎、中耳炎、脑膜炎和菌血症等
3．不产青霉素酶葡萄球菌感染
4．炭疽
5．破伤风、气性坏疽等梭状芽孢杆菌感染
6．梅毒(包括先天性梅毒)
7．钩端螺旋体病
8．回归热
9．白喉
10．青霉素与氨基糖苷类药物联合用于治疗草绿色链球菌心内膜炎
（四）抗生素的作用部位
（1）抑制细胞壁的形成，如青霉素，主要是抑制细胞壁中肽聚糖的合成。

多氧霉素（一种效果很好的杀真菌剂）主要作用是抑制真攻细胞壁中几丁质的合成。

（2）影响细胞膜的功能，如多粘菌至少与细胞结合，作用于脂多糖、脂蛋白，因此对革兰氏阴性菌有较强的杀菌作用，制霉菌素与真菌细胞膜中的类固醇结合，破坏细胞膜的结构。

（3）干扰蛋白质的合成，通过抑制蛋白质生物合成抑制微生物生长的抗生素较多，如卡那霉素、链霉素等。

（4）阻碍核酸的合成，主要通过抑制DNA或RNA的合成，抑制微生物的生长，例如利福霉素、博莱霉素等。

（五）抗生素研制向更深、更广的方向发展
1．新的抗感染抗生素的筛选继续进行
原因：①抗性致病菌的不断出现
②新疾病的冒出
2．加大半合成抗生素的研制
包括：①母核上连接不同的侧链
②对母核进行局部结构改造
二、食品微生物
（一）食品微生物学研究的内容
食品微生物学（Food Microbiology）是专门研究微生物与食品之间相互关系的一门科学。

它是微生物学一门重要的分支，它融合了普通微生物学、工业微生物学、医学微生物学、农业微生物学与食品有关的部分，同时又渗透了生物化学、机械化学个化学工程有关的内容。

所研究的内容包括：①研究与食品有关的微生物的活动规律
②研究如何利用有益微生物为人类制造食品
③如何控制有害微生物，防止食物发生腐败变质
④研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物指标，而为判断食品的卫生质量而提供科学依据。

（二）食品微生物学发展简况
人类对食品微生物的利用,起源很早。

远在公元前16～前11世纪，中国就会利用微生物酿酒。

古书曾记载有：“仪狄作酒，禹饮而甘之”。

《商书》中也记载有：“若作酒醴，尔维曲；若作禾羹，尔维盐媒”。

“曲”是用谷物培养霉菌等微生物制成，“”是发芽的谷物，如作啤酒的麦芽，“媒”是含有乳酸菌之类的菜卤。

当时人们还不知道这是微生物的存在和作用。

直到16世纪,荷兰人A.van列文虎克首次制成了放大200～300倍的显微镜后，才看到微生物。

1857年，微生物学家L.巴斯德证实酒精的发酵过程由酵母引起，并经长期研究，奠定了微生物学的基础，解决了当时法国由于酒的变质给酿造业带来的重大损失问题，开创了巴斯德灭菌法（现称巴氏灭菌法）。

这种灭菌方法至今仍应用于酒、醋、酱油、牛奶、果汁等食品的灭菌。

20世纪以来，由于电子显微镜的发明，生物化学和化学分析技术等学科的发展，促进了微生物学从细胞水平、亚细胞水平进入分子水平。

尤其是70年代遗传工程科学的发展，有力地推动了食品微生物学的发展。

通过诱变、细胞融合等技术，选育出高产的发酵食品微生物优良菌株，可提高产量，改变食品工业的面貌。

（三）在食品制造中的主要微生物
a) 食品制造中的主要细菌
酿造微生物：
i. 淀粉液化、糖化微生物：如曲霉素，常用于生产的是：甘薯曲菌AS 3.324,
宇佐美曲菌AS 3.758,东酒一号，黑曲霉AS 3.758
ii. 酒精发酵微生物：如子囊菌亚门酵母属的酵母
iii. 醋酸发酵微生物：醋酸菌，常用于生产的有：奥尔兰醋杆菌，许式醋杆菌，恶臭醋杆菌
发酵乳制品的生产菌种：乳酸菌
常用：干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌、嗜热链球菌等。

氨基酸发酵：
生成的氨基酸有特定的生产所用菌株。

如谷氨酸：谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌
b) 食品制造中的酵母
面包、啤酒、葡萄酒的制造
c) 食品制造中的霉菌
酱类、酱油、柠檬酸、苹果酸的制造
d) 食品制造中主要微生物酶制剂
酶制剂在食品工业中的应用：
i. 在食品保鲜方面
ii. 在淀粉类食品生产中的应用
iii. 在蛋白质食品生产中的应用
iv. 在果蔬食品生产中的应用
v. 在果酒生产中的应用
vi. 在食品添加剂生产中的应用
（四）食品中的细菌污染
食品中常见的细菌：
（1）革兰氏阴性需氧或微需氧、能运动的螺旋形或弯曲细菌
（2）革兰氏阴性需氧杆菌与球菌
（3）革兰氏阴性兼性厌氧杆菌
（4）革兰氏阳性球菌
（5）革兰氏阳性芽孢杆菌和球菌
（6）革兰氏阳性规则无芽孢杆菌
（7）革兰氏阳性不规则无芽孢杆菌
至此，我的研究告一段落。

虽然只是很浅显地了解一下，我还缺乏必要的专业知识来理解，但我已受益匪浅，对将来要接触到的微生物只是保有浓厚的兴趣。

参考资料来源：
《微生物工程》焦瑞身主编2003.7
《食品微生物学》何国庆贾英民主编2001.1
i①微生物的次级代谢产物：
以初级代谢产物、中心代谢产物等（如氨基酸、有机酸等）为原料而进行合成，与生长不相伴随，生物功能不明确，其合成常因环境条件稍为变动而中止，结构远比初级代谢产物复杂。

如：抗生素、毒素、植物碱、胞外多糖等。