探索地球微生物世界/薛 嘉
圖：微生物在自然界無處不在，涵蓋有益有害的眾多種類 （新華社）
在人類生活的地球上，除了通過人們的眼睛看到的物體之外，還存在有一個微生物的世界。微生物因「微小」而得名，尤其是細菌必須通過顯微鏡放大約一千倍才能看到。中等大小的細菌，一億個疊加在一起，也不如一個句號那麼大。
在生物圈舉足輕重
千姿百態的微生物，在自然界可謂「無處不在，無處不有」，涵蓋了有益有害的眾多種類，廣泛涉及健康、醫藥、工農業、環保等諸多領域。有些微生物能夠致病，引起食品、布匹、皮革等發黴腐爛，但不少微生物對人類有有益的一面。人類利用微生物的歷史已有幾千年，然而，直到最近十幾年分子生態學手段的應用，才使人類真正認識到自然界中蘊藏着豐富微生物資源寶庫。
中國科學院微生物研究所國家重點實驗室承擔着中國在微生物領域研究中的多項重大課題，實驗室主任東秀珠研究員指出，人類現今發現和認識的微生物還只佔自然界存在的微生物中很少一部分，為了更好地利用這個地球上未知的最大資源庫，國內外的微生物學家一直在探索着新的微生物物種和類群。
東秀珠介紹說，儘管微生物個體微小、多數難以人工培養，但無論在生物量還是在遺傳及代謝多樣性方面，微生物均遠遠超過其他生物，在生物圈中起着至關重要的作用。
微生物通過光和作用、固氮作用和二氧化碳的儲存改變着大氣的組成，通過氧化還原作用影響着土地的肥力和水質，通過各種分解和轉化作用維持着生物圈中的物種結構和物質迴圈的平衡。從某種意義上說，微生物可能是地球上最大的、尚未有效開發的自然資源。對於這個資源寶庫的認識和利用是微生物學、乃至整個生物學在新世紀中面臨的巨大挑戰，也是各國為增強綜合國力而展開競爭的一個重要方面。
東秀珠領導的實驗室主要開展微生物資源利用的基礎和應用基礎研究，目標是面向生物能源、工業改造、農業發展、環境保護和人口健康等方面的國家重大需求，建立從微生物資源收集與評估、產物及功能發掘到應用技術形成的創新研究體系，為中國生物技術產業的自主發展和綜合國力的提升做出基礎性、戰略性和前瞻性工作。
具體而言，一是微生物資源的收集、評估和生物學基礎研究。在微生物資源的收集和評估方面，目前以極端微生物、放線菌等為主要對象。極端微生物生活於極端自然環境，例如：鹽湖、碱湖、熱泉、海底溢口等，代謝方式多樣，具有許多在其他生物中沒有或少見的生物學功能，富含極端酶以及特殊產物，是生物資源寶藏中的重要部分。
微生物學研究熱點
由於極端微生物不僅具有理論研究價值，而且有着誘人的生物技術開發前景，目前這類生物的研究已經成為微生物學研究中的一大熱點。放線菌是抗生素等生物活性物質的重要來源，因此一直是微生物學界、新藥研發機構、製藥公司等關注的焦點。第二個主要方向是微生物生物活性物質的代謝研究。抗生素及抗病毒、抗腫瘤等生物活性物質主要來自微生物。從微生物中篩選新的生物活性物質、通過分析其代謝途徑及調控改變生物活性物質的結構和產量一直是微生物資源開發的主要方向。另一個重要方向是微生物酶學工程和生物催化。微生物的許多功能和產物具有重要的生物技術開發價值，通過微生物發酵或酶促反應完成物質轉化，通常具有資源利用率高、特異性好、能耗低、污染少等優點，對於實現國民經濟和社會的可持續發展具有重要意義。
在微生物酶方面，採用多種方法，從實驗室收集的微生物資源和環境元基因組文庫中，篩選具有生物技術開發前景的酶、特別是極端酶和纖維素降解酶；通過對酶的分子改造、發酵及後處理工藝優化，建立有產業化前景的酶製劑生產技術。
發現中國特有新種
東秀珠表示，實驗室與中科院遺傳所和生物物理所合作啟動了內地的第一個微生物基因組計劃，完成了對實驗室分離於雲南騰沖熱泉的一株嗜熱細菌──騰沖嗜熱菌的基因組序列測定。從中國極端環境中，獲得了五百餘株特殊的細菌，發現了中國特有的嗜鹽細菌新屬一個和嗜鹽、嗜熱及厭氧細菌和古菌的新種多個。在極端嗜熱古菌DNA複製的研究中，分離得到了兩種新的DNA結合蛋白（Ssh7和Ssh12），並發現它們具有固定DNA負超螺旋的能力，提出了高溫狀態下生物維持染色體結構和功能穩定性的一個有效機制。
在微生物產物和技術應用研究中，實驗室建立了乳酸菌產生天然食品防腐劑——乳鏈菌肽(Nisin)；長鏈二元酸是製造高級香料、高級工程塑料、高級熱熔膠、高溫電解質、高級潤滑油、高級油漆和塗料等的重要原料，實驗室採用微生物發酵正烷烴生產長鏈二元酸的方法，其產酸水平達到了國際領先水平。
自二○○一年起，實驗室承擔和完成了包括國家重點基礎研究發展規劃（九七三）課題八項，國家八六三計劃課題十項，國際合作項目七項，國家自然科學基金重點專案十六項。實驗室的成員作為首席科學家和主體承擔了九七三計劃項目「極端微生物及其功能利用的基礎研究」和「生物煉製細胞工廠」工作。
