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微生物组学

人类健康的新曙光

刚一看到论文题目“the microbiome explored: recent insights and future challenges”，我以为是一篇讲述微生物基因组学的文章，旨在探讨微生物组学的发展现状和未来挑战。但读完摘要，我明白了这篇论文是一篇有关人体微生物组学的科研访谈录，5位微生物组学研究领域的专家讨论了目前最让人振奋和惊喜的发现，以及描绘出未来人体微生物在人类疾病治疗方面的作用。

第一个问题是“在人体内微生物菌群中，什么是最令人惊喜和有价值的发现”，5位专家各抒己见。Martin Blaser认为微生物菌群在人体生长过程中起综合代谢作用，他谈到了4点最新的发现：Koren等人的工作证明肠道微生物菌群在母体怀孕期间，通过多种方式影响母体代谢，让其适应孩子的生长代谢需求；Chung 等的研究表明微生物群可影响T细胞群数量；Olszok等则补充说明了微生物通过抑制特殊免疫细胞来提升机体炎症前效应；Cho等人揭示了早期抗生素对人体长期发展的影响。Peer Bork提到了内脏—大脑—微生物群系统影响人的行为，目前实验室已经证实了微生物群和人体细胞的联系远不止免疫反应，以及通过大规模元基因组学研究出肠道微生物群和2型糖尿病的联系。Claire Fraser持有一个整体性的观点，他说目前最重要的发现是人体是一个超级有机体，包含了人体和体内微生物群。在基因、结构和功能层次上，这两者应该看作一个整体，这有利于治疗疾病和保持健康。在Rob Knight看来，微生物和神经系统的联系，如微生物影响人类神经退行性疾病，以及微生物组学在药物代谢中的作用是最有价值的发现。Jun Wang强调了人体与体内微生物群的内稳态失调导致了许多疾病，如肠炎症和2型糖尿病，原因是他也认为人体和体内菌群是一个有机整体。

当被问到了“对体内微生物的作用研究的限制性和需要改进的地方”。M.B.说临床研究是个很大的挑战，因为人体慢性疾病的复杂多样性导致我们很难找到

无害的治疗方案。但他同时指出，我们可以通过减少疾病表型，以及相关的早期治疗来减少表型，也就是长周期研究。P.B.认为现在我们目前的限制因素在于对体内微生物菌群作用的领域了解有限，如对健康人体内的自然微生物种群的种类和作用不清楚，而且不同研究数据很难比较，因为个人的研究方法不同，我们现在得到的样品数量很少。同时，他也认为长周期研究很有必要。C.F.认为目前的研究弊端在于我们只在疾病紧急爆发时才想到研究体内微生物菌群的作用，而没有长时间观察菌群对人体的影响。因而我们应该在疾病之前和之后了解体内微生物的作用，并且运用更多的动物模型来研究。R.K.说最主要限制是我们不清楚疾病和微生物菌群的因果关系，比如说有可能是疾病导致体内菌群失衡，也有可能是由于体内菌群失衡导致机体疾病。他提倡进行前瞻性群体研究，即用无菌小鼠模型作为人类的补充研究建立因果关系，来理解人类与菌群的生化反应机理。J.W.认为人类的背景环境不同，即后天生长生活环境不同，我们很难通过控制变量法来研究案例。他也建议用动物模型来研究机体与体内菌群在疾病上的因果关系。

对于问题“现在已经有了如HMP和Meta HIT的研究计划，我们是否需要另外的有关的大规模的微生物组的计划”，这些专家回答都是肯定的，但原因却很多。如我们应该为以后的相关研究建立技术和概念基础；我们目前只研究了很少的人体内微生物；大规模的研究应该包括基因型、饮食、疾病、生活方式和药物，这些数据综合起来对人类通过微生物治疗疾病意义重大，等等。

最后问到的问题是“目前我们已经可以通过操作微生物菌群来治疗疾病，如粪便移植，那么什么是可有效执行的策略”。M.B.和P.B.对微生物治疗持积极的态度，认为这是成功的策略。这种治疗方式改变了我们对疾病生理学的理解，为其他疾病的治疗带来了曙光。同时他们认为我们应该尽可能了解体内的动态的微生物群体，未来就有可能把微生物群作为药物，通过按量服用来治疗疾病。C.F.和R.K.却持有保守的态度，他们认为进行类似于粪便治疗的策略有风险，因为我们对其机理缺乏足够的了解，应该在更严格的控制下进行研究。甚者，我们不清楚体内微生物种群中的有益与有害个体，都是通过经验主义来治疗的。J.W.则提出了另外的策略，强调了机体内稳态的重要性，作为机体和微生物群的整体来研究微生物群与疾病的关系。具体的做法包括扩大研究样品数量等。

读完论文，我不禁感慨万千。微生物，是自然界中分布最广泛，数量最多，与人类联系最密切，但在基因组领域却发展缓慢，现阶段仍处于起步阶段。可喜的是，随着基因测序技术的改进，人类基因组计划已经完成，植物和哺乳动物的基因组研究也日趋成熟，微生物组这个新兴领域已受到越来越多的科学工作者的重视，投入的研究力量也越来越大。这无疑让我们坚信未来微生物组学会蓬勃发展。

对于微生物组学和人类疾病的关系，我很认同文中专家的观点。在我看来，疾病除了由于人体受外界环境的影响下，导致内稳态失衡，而产生疾病外；还有受到微生物的影响，包括病毒、致病真菌、支原体、衣原体、以及细菌等。而目前的治疗手段，我们仍在坚持“头痛医头，脚痛医脚”的原则，用药物杀死病原微生物达到治病的目的。我赞同文中的观点，应该将人和体内微生物群看作一个整体。我们人体内的微生物数量是人体细胞数量的20倍，它们寄居人体，利用人体内的物质和能量，生存和生长，间接而深刻地影响人体的状态。正常健康人体内的微生物菌群是一种良好的动态平衡，而生病的人体内则是一种失衡状态。目前我们仍不了解一种疾病和微生物菌群变化的因果关系，是机体生病导致了微生物菌群失衡，还是微生物群的不良变化导致机体生病，这是个需要研究探索的领域。

我们在微生物组学这个领域中探索，已经取得了不菲的成就。如文中的粪便移植来治疗肠炎，这个成果不仅应用于医疗，而且已经形成了一个新兴产业。美国现在已经出现了粪便银行，需要成人的健康粪便，标榜你每天能贡献一份健康粪便，就能获得40元美金。据美国疾病管制暨预防中心指出，每年有超过50万美国人感染各种肠道坏菌，其症状有发烧、恶心、腹痛、严重腹泻，并造成每年1.4万人死亡，其中医护人员和长期照护病患的人最容易得到。对这些病患而言，他们无法以抗生素治疗，“粪便移植”可说是有效又能节省成本的好方法，一个非常有效的治疗方法。

我暑假参加了上海交大的微生物学夏令营，其中有一位微生物学专家—赵立平教授，给我们做了关于肠道微生物的学术报告。他的团队通过生物信息学手段

和实验技术，找出了人体内与肥胖相关的微生物，确认了这些微生物是导致肥胖的因素。这个实验成果虽然仍在验证过程中，但赵老师在他自己身上通过饮食手段来操控肠道微生物种群，已经达到了减肥的目的。

人体内微生物种群是个新兴的领域，在阅读和理解了各位专家的见解后，我受益良多。虽有万千感慨，但奈何篇幅有限，我就不一一赘述了。总之，我对微生物组学的未来充满信心，而人体微生物群的组学研究无疑是人类健康的新曙光！

微生物在环境保护中的应用综述

本科生毕业论文（设计）题目：微生物在环境保护中的应用系部生命科学系学科门类生物专业生物科学学号 1011410036 姓名刘路强指导教师施夏明 2014年1月4日装订线

微生物在环境保护中的应用摘要时代的脚步在发展，人类对物质和健康的追求越来越高，对生存环境的要求日益提高。微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、真菌、和少数藻类等。（但有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”，但是它的生存必须依赖于活细胞。根据存在的不同环境分为原核微生物、空间微生物、真菌微生物、酵母微生物、海洋微生物等。17世纪显微镜的出现人类真正观察到了微生物，并不断的深入了解和研究。微生物具有很强悍的环境修复能力。因此微生物在环境保护领域上有着极其重要的作用。本文综述了微生物及微生物技术在环境保护治理检测方面的具体应用概况。关键词微生物环境保护环境治理

Abstract This paper reviews the application and development of microorganisms in the field of environmental protection, governance ,the detection of trends. 1 引言几千年来的社会发展人类的精神文明达到了前所未有的高度，但同时在发展的过程中对环境的破坏让人类付出了惨痛的代价，全球的环境状况严重的恶化：水土资源急剧减少、森林减少臭氧层破坏土壤沙漠化酸雨增加等。在我国各大城市中变现为雾霾天气非常的严重，对人们的日常生活及身体健康造成了严重的影响。这些极大地威胁了我们人类的生存和发展，亟待找到一条合理有效的环境保护治理检测综合性出路。微生物与动物植物一样是生态系统的重要组成部分之一，微生物生产与动物植物生产并列为生物产业的三大支柱，对生态系统的平衡有着不可替代的作用，在环境保护领域中也有着广泛的应用。如：降解硝基芳香烃烃的微生物类群、极端微生物、煤炭脱硫、废水的处理、环境污染的治理等方面。因此，各国对微生物在环境保护领域的功能都投入的极大的精力开发和研究微生物技术，并且取得了许多成果。今后微生物的环保功能定能大显身手，微生物环保产品具有巨大的发展潜力。 2 主体一、微生物在环保领域应用现状 19世纪末期污水生物处理的出现使其成为污水处理应用中使用最广泛的方法之一，标志着人类应用为生物于环境保护的开始。 1.1微生物的多样性微生物是最原始的生命，在生物界有着举足轻重的地位。微生物的多样性分为代谢类型和生存环境的多样性。按代谢类型的多样性把微生物分为光能利用生物、化能利用生物以及自养生物、异养生物，能够利用许多种无机物和有机物为自身提供能源物质，比如：可以以石油、苯、酚、邻苯二酚、苯甲酸、三硝基甲苯，以及多种燃料和农药。生存环境的多样性使得微生物能够生存在很多的环境中，甚至在很多极端的环境中也能够生存。比如：极嗜热菌能够在90℃以上的环境中正常的生活。正是因为微生物代谢类型和生存环境的多样性使得微生物可以清除恶劣环境条件下的污染和能够在非常多的环境条件下生存下去，为微生物起到环保的作用奠定基础。【1】 1.2微生物在废水处理中的应用近年来城市化建设的进展迅速，各种工厂建设比比皆是，但随之而来的工业废水的净化是一大难题，例如：在河南一家化工厂私自排放废水被周围居民举报重

宏基因组学概述

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宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境140２班）摘要:随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Mｅｔａｇenomics)的产生和快速发展。宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词:宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建 Mａcｒo summary of Ｍetagenｏｍｉcs WanｇＹｉng，Ma Ｙi-Mｉｎｇ (BeｉjinｇＪiaoｔｏngUniｖeｒsiｔy, Inｓtitute of civiｌ enｇｉneerｉｎｇ,）Key ｗords:Metａgenｏmｅ; Ｍetagenoｍiｃs;The eｎviｒｏｎｍental genｏmics 宏基因组学（Meｔａgeｎomｉｃｓ)又叫微生物环境基因组学、元基因组学。它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。其主要含义是:对特定环境中全部微生物的总DNA(也称宏基因组，metａgeｎomｉc)进行克隆,并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据ｒDNA数据库设计引物,通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。 1.起源宏基因组学这一概念最早是在19９８年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Haｎｄelsman等提出的,是源于将来自环境中基因集可以在某种程度上当成一个单个基因组研究分析的想法，而宏的英文是"meta－"，具有更高层组织结构和动态变化的含义。后来伯克利分校的研究人员Kevin Chen和LｉoｒPaｃｈｔer将宏基因组定义为"应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落,而不需要在实验室中分离单一的菌株"的科学。 2 研究对象宏基因组学(Ｍeｔagenｏｍics)是将环境中全部微生物的遗传信息看作一个整体自上而下地研究微生物与自然环境或生物体之间的关系。宏基因组学不仅克服了微生物难以培养的困难, 而且还可以结合生物信息学的方法, 揭示微生物之间、微生物与环境之间相互作用的规律, 大大拓展了微生物学的研究思路与方法, 为从群落结构水平上全面认识微生物的生态特征和功能开辟了新的途径。目前, 微生物宏基因组学已经成为微生物研究的热点和前沿, 广泛应用于气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染、生物冶金等领域, 取得了一系列引人瞩目的重要成果。 3 研究方法

微生物学周德庆版重点课后习题答案

绪论 1.微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。 2.列文虎克（显微镜，微生物的先驱）巴斯德（微生物学）科赫（细菌学） 3.什么是微生物？习惯上它包括那几大类群？答：微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它是一些个体微小结构简单的低等生物。包括①原核类的细菌（真细菌和古细菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体；②真核类的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；③属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。 4.为什么说微生物的“体积小、面积大”是决定其他四个共性的关键？答：“体积小、面积大”是最基本的，因为一个小体积大面积系统，必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，并由此而产生其余4个共性。第一章原核生物的形态、构造和功能 1.细菌：是一类细胞极短（直径约0.5微米，长度约0.5-5微米），结构简单，胞壁坚韧，多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。 2.试图示肽聚糖单体的模式构造，并指出G+细菌与G-细菌在肽聚糖成分和结构上的差别？答：主要区别为；①四肽尾的第3个氨基酸不是L-lys，而是被一种只有在原核微生物细胞壁上的特殊氨基酸——内消旋二氨基庚二酸（m-DAP）所代替；②没有特殊的肽桥，其前后两个单体间的连接仅通过甲四肽尾的第4个氨基酸（D-Ala）的羧基与乙四肽尾的第3个氨基酸（m-DAP）的氨基直接相连，因而只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套。 3.试述革兰氏染色的机制。答：革兰氏染色的机制为：通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物。G+由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密，故遇脱色

代谢组学的研究方法和研究流程

代谢组学的研究方法和研究流程分子微生物学１12３０0０0３林兵随着人类基因组计划等重大科学项目的实施，基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用，与此同时, 代谢组学(ｍｅtaｂoloｍiｃs）在2０世纪90年代中期产生并迅速地发展起来，与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0在生命科学领域中发挥了重要的作用，它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究, 使人们能够从分子水平研究生命现象, 探讨生命的本质, 逐步系统地认识生命发展的规律.这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学研究的是生命个体对外源性物质（药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段, 同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障. 1 代谢组学的概念及发展代谢组学最初是由英国帝国理工大学Ｊereｍｙ N ichｏｌson教授提出的，他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统，机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。20０0年，德国马普所的Fｉeｈn等提出了代谢组学的概念，但是与Ｎ ichoｌs ｏn提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程，也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析。同时Ｆieｈn还将代谢组学按照研究目的的不同分为4类: 代谢物靶标分析，代谢轮廓（谱)分析, 代谢组学，代谢指纹分析。现在代谢组学在国内外的研究都在迅速地发展, 科学家们对代谢组学这一概念也进行了完善, 作出了科学的定义: 代谢组学是对一个生物系统的细胞在给定时间和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从而定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学。与基因组学、转录组学、蛋白质组学相同, 代谢组学的主要研究思想是全局观点。与传统的代谢研究相比, 代谢组学融合了物理学、生物学及分析化学等多学科知识, 利用现代化的先进的仪器联用分析技术对机体在特定的条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并通过特殊的多元统计分析方法研究整体的生物学功能状况。由于代谢组学的研究对象是人体或动物体的所有代谢产物, 而这些代谢产物的产生都是由机体的内源性物质发生反应生成的，因此，代谢产物的变化也就揭示了内源性物质或是基因水平的变化，这使研究对象从微观的基因变为宏观的代谢物，宏观代谢表型的研究使得科学研究的对象范围缩小而且更加直观，易于理解, 这点也是代谢组学研究的优势之一. 代谢组学的优势主要包括：对机体损伤小，所得到的信息量大，相对于基因组学和蛋白质组学检测更加容易。由于代谢组学发展的时间较短, 并且由于代谢组学的分析对象是无偏向性的样品中所有的小分子物质，因此对分析手段的要求比较高, 在数据处理和模式识别上也不成熟，存在一些不足之处。同时生物体代谢物组变化快, 稳定性较难控制，当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果。代谢组学应用领域大致可以分为以下7个方面：

微生物基因组研究

微生物基因组研究微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革命。以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿，

微生物克隆文库的综述

JISHOU UNIVERSITY 本科生毕业论文题目：微生物克隆文库的综述作者：学号： 20114071021 所属学院：生物资源与环境科学学院专业年级： 11级生物科学（师范）指导教师：职称：副教授完成时间： 2015年4月5日吉首大学教务处制

独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。论文题目：作者签名：日期：年月日论文版权使用授权书本人完全了解吉首大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意吉首大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文题目：学生签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

目录摘要........................................................................................... 错误！未定义书签。Abstract ....................................................................................... 错误！未定义书签。前言............................................................................................. 错误！未定义书签。1具体微生物克隆文库的目的和意义...................................... 错误！未定义书签。2构建微生物克隆文库的方法.................................................. 错误！未定义书签。 2.1技术路线........................................................................ 错误！未定义书签。 2.2获取目的基因 (6) 2.3 质粒的准备过程........................................................... 错误！未定义书签。参考文献..................................................................................... 错误！未定义书签。致谢.. (10)

代谢组学在医药领域的应用与进展

代谢组学在医药领域的应用与进展一、学习指导 1.学习代谢组学的概念及内涵，掌握代谢组学的研究对象与分析方法。 2.熟悉代谢组学数据分析技术手段 3.了解代谢组学优势特点 4.了解代谢组学在医药领域的应用 5.了解代谢组学发展趋势二、正文基因组功能解析是后基因组时代生命科学研究的热点之一，由于基因功能的复杂性和生物系统的完整性，必然要从“整体”层面上来理解构成生物体系的各个模块功能。随着新的测量技术、高通量的分析方法、先进的信息科学和系统科学新理论的发展，加上生物学研究的深入和生物信息的大量积累，使得在系统水平上研究由分子生物学发现的组件所构成的生命体系成为可能[1]。系统生物学家们认为，将生命科学上升为“综合”科学的时机已经成熟，生命科学再次回到整合性研究的新高度，逐步由分子生物学时代进入到系统生物学时代[2]。系统生物学不同以往的实验生物学仅关注个别基因和蛋白质，它要研究所有基因、蛋白质，代谢物等组分间的所有相互关系，通过整合各组成成分的信息，以数学方法建立模型描述系统结构[3,4]。（一）代谢组学的概念及内涵代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后，系统生物学的重要组成部分，也是目前组学领域研究的热点之一。代谢组学术语在国际上有两个英文名，即metabolomics 和metabonomics。Metabolomics是由德国的植物学家Fiehn等通过对植物代谢物研究提出来的，认为代谢组学（metabolomics）是定性和定量分析单个细胞或单一类型细胞的代谢调控和代谢流中所有低分子量代谢产物，从而监测机体或活细胞中化学变化的一门科学[5]。英国Nicholson研究小组从毒理学角度分析大鼠尿液成份时提出了代谢组学（Metabonomics）的概念，认为代谢组学是通过考察生物体系受扰动或刺激后（如某个特定基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或代谢产物随时间的变化来研究生物体系的代谢途径的一种技术[6]。国内的代谢组学研究小组基本用metabonomics一词来表示“代谢组学”。严格地说，代谢组学所研究的对象应该包括生物系统中所有的代谢产物。但由于实际分析手段的局限性，只对各种代谢路径底物和产物的小分子物质（MW<1Kd）进行测定和分析。（二）代谢组学优势特点代谢组学作为系统生物学的一个重要组成部分，代谢组可以更好地反映体系表型生物机体是一个动态的、多因素综合调控的复杂体系，在从基因到性状的生物信息传递链中，机体需通过不断调节自身复杂的代谢网络来维持系统内部以及与外界环境的正常动态平衡[7]。

微生物基因组研究进展及意义

微生物基因组研究进展及其意义近年来，病原微生物的基因组研究取得了飞速的进展。所谓基因组研究是指对微生物的全基因进行核苷酸测序，在了解全基因的结构基础上，研究各个基因单独或数个基因间相互作用的功能。由于过去人们大多从表型分析入手，寻找已知功能的编码基因，实际只了解微生物中极少数的基因，如链球菌的链激酶基因、结核杆菌编码的热休克蛋白基因等。还有大量未知基因未被发现。通过基因组研究，则从根本上揭示了微生物的全部基因，不仅可发现新的基因，还可发现新的基因间相互作用、新的调控因子等。这一研究将使人类从更高层次上掌握病原微生物的致病机制及其规律，从而得以发展新的诊断、预防及治疗微生物感染的制剂、疫苗及药品。此外，新发现的微生物酶及蛋白还可能有在工农业生产上的应用价值。因此，全球除已完成了70余株覆盖重要病毒科的病毒代表株全基因组研究外，据美国基因组研究所（The Institute for Genomic Research, TIGR）报道，目前已完成了19种微生物基因组测序，其中11种与人类及疾病相关（嗜血流感杆菌，生殖道支原体，肺炎支原体，幽门螺杆菌，枯草杆菌，伯氏疏螺旋体，结核杆菌，梅毒螺旋体，沙眼衣原体，普氏立克次体）。另外，还有40余种微生物已被登记正在进行测序，预计在1999～2000年完成〔1〕。病毒基因组研究进展病毒因其基因组小，是进行基因组研究最早的生物体。早在1977 年已完成了噬菌体DNA的全基因测序。存在于脊髓灰质炎疫苗中的SV40，是最早完成全基因测序的与疾病相关的病毒；此后，许多病毒均已完成了全基因测序，并根据序列的开放阅读框架（ORF）对编码蛋白进行了推导。已对相当一些病毒蛋白进行了重组表达，还对一些病毒基因编码的调控序列进行了研究。除一般大小的病毒已完成了基因组测序，对大基因组病毒，疱疹病毒科，如水痘病毒基因组为0.125Mb(Mega-basepair,兆碱基对)〔2〕。巨细胞病毒，基因组为0.229Mb〔3〕。我国已对痘苗病毒天坛株（约0.2Mb）进行了全基因测序，发现与国外的痘苗毒株序列有明显的差异〔4〕。我国还对甲、乙、丙、丁、戊、庚型肝炎病毒进行了国内毒株的全基因测序。近来还对国内2株发现的虫媒病毒毒株完成了全基因测序。我国从不同来源的标本中发现了不少乙肝病毒变异株，有的具有特殊的生物学特性〔5〕。对病毒基因中调控因子的分析，发现了与乙肝病毒增强子作用的新细胞核因子〔6〕。因此，目前对病毒的基因组研究已进入了后基因组阶段，即从全基因水平研究病毒的生物学功能，同时发现新的基因功能。对于医学病毒学当前主要方向是研究病毒基因组中与致病及诱生免疫应答相关的基因，从而揭示和解决迄今尚未解决的问题，以达到控制或消灭一些重要病毒感染的目的。建议目前可进行后基因组研究的领域为： 1．病毒持续性感染：基因组中与持续性感染相关的基因，基因变异或调控因子研究。已报道的乙肝病毒的前核心基因出现终止密码突变，

微生物学名词解释

绪论微生物分类学microbial tasonomy 研究微生物分类理论和技术方法的学科称为微生物分类学。分类classification 分类是根据一定的原则（表型特征相似性或系统发育相关性）对微生物进行分群归类，根据相似性或相关性水平排列成系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定。命名nomenclature 命名是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称。鉴定identification 指借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、新发现的或未明确分类地位微生物所应归属分类群的过程。分类单元taxon, 复数taxa 是指具体的分类群，如原核生物界（Procaryotae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等都分别代表一个分类单元。种species 种是生物分类中基本的分类单元和分类等级。微生物的种可以看作是：具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。属g enus 是介于种（或亚种）与科之间的分类等级，也是生物分类中的基本分类单元。通常是把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个高一级的分类单元，称之属。 .居群population 是指一定空间中同种个体的总和。每一个物种早自然界中的存在，都有一定的空间结构，在其分散的、不连续的居住场所或分布区域内，形成不同的群体单元，这些群体单元就称居群。亚种subspecies, subsp., ssp. 当某一工人种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元称为亚种。亚种是正式分类单元中地位最低的分类等级。变种variety 变种是亚种的同义词。在《国际细菌命名法规》（1976年修订本）发表以前，变种是种的亚等级，因“变种”一词易引起词义上的混淆，1976年后，细菌种的亚等级一律采用亚种，而不再使用变种。新种species nova, sp. nov, nov sp. 新种是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。型type 常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。菌株strain 从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株；用实验方法（如通过诱变）所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体。菌型form 曾用做菌株的同义词，现已废除，仅作若干变异型的后缀。如噬菌体变异型Phagovar、血清变异型Serovar、生物变异型Biovar、形态变异型Morphovar、致病变异型Pathovar。菌群group 指两种微生物及介于它们之间的一些过度类型的菌种，具有某些共同性状。如大肠菌群包括大肠杆菌、产气肠杆菌及它们之间的过度类型。俗名common name俗名是一个国家或地区使用的普通名称。其优点是在一定的区域内通俗易懂便于记忆，但局限性是不便于国际间的交流。

微生物学就业前景综述

专业介绍微生物学专业是比较热门的专业，该专业就业前景相比其他专业还是有优势的，而且近年来医药行业蓬勃发展，肿瘤和慢性病治疗出现了很多突破性进展，属于朝阳行业，具有很好的未来发展前景。微生物学（microbiology）是生物学的分支学科之一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物（细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体原生动物以及单细胞藻类）的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生物工程等领域的科学。微生物学是研究各类微小生物生命活动规律和生物学特性的科学。就业前景出路：四大就业通道与计算机、电子等热门专业或化工、机械等传统专业相比，生物专业的就业形势不容乐观，但作为一个发展迅速的潜力专业，生物学专业的前景还是很令人期待的。认清形势，找准定位，未雨绸缪，为自己的将来做一个长期规划，创造更好的条件迎接未来的挑战。大致而言，生物学专业的毕业生主要有四个就业通道：通道一：工业、医药、食品、农、林、牧、渔、环保、园林等行业的企事业单位和行政管理部门的研发人员或技术员该方向按照待遇及工作环境从高到低可分为以下几类： 1．跨国公司或较大的生物技术外企的技术支持。如宝洁、玛氏、联合利华、伯乐公司等。这类公司主要招收名牌大学的硕士生、博士生。待遇非常不错，福

利优厚，培训机制也很完善，而且大公司的从业经历也能为个人今后的发展提供较高的平台。此类单位可以说是生物学专业的最佳出路，竞争相当激烈，对英语水平有很高的要求，尤其是口语。 2．公务员或事业单位的检验员。在国家公务员报考专业中尚未发现专门招收生物学专业的，如果报考不限专业的公务员岗位，就只能挑战“百里挑一”的录用几率了。毕业生一旦被事业单位录用，工资一般都在2000元以上。相关事业单位主要有疾控中心(CDC)、物证中心、食品检验处等，但相关岗位的人员需求较少。以北京为例，每年招收的也不过十几人，且以当地生源为主。这一类岗位需要很长的时间准备考试，并且考后还要经过较长时间的面试、审核等，且招收人数较少，竞争激烈。不过，这类岗位对专业知识的要求不高，且工作稳定，工作强度不大，福利和各项保障也比较好，是生物专业女生的首选。 3．生物技术服务公司或非事业型科研单位。生物技术服务公司如上海生工、北京奥科、申能博彩、北京博奥、三博远志等，这些公司一般以引物合成、测序等业务为主，其技术人员主要是操作测序仪、合成仪，工作烦琐、技术含量较低，时常需要加班。硕士毕业生的待遇在2000～3000元之间。科研单位如华大基因、北大生命科技园等对专业基础的要求则比较高，研发工作的辛苦和枯燥不是一般人能忍受的。如果想在生物科技领域“出人头地”，不妨试一试，因为在这样的工作环境下能学到一些技术，培养良好的科研能力。但毕业生刚开始工作时，待遇一般，如果能获得研究成果，会有一定的提成和奖励。 4．酒厂、生物制药厂等企业的技术人员。目前社会上有不少民营企业，如生产木糖醇、酒精等产品的企业也招收生物学专业的学生，岗位大部分是技术员，工作比较辛苦。但这类岗位待遇相对不错，如张裕、青啤、五粮液，待遇较高，

我国在微生物代谢领域的研究现状及展望

我国在微生物代谢领域的研究现状及展望发表时间：2012-06-18T14:33:59.827Z 来源：《赤子》2012年第8期供稿作者：李夏 [导读] 微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，包括有机物的降解和微生物的增殖。李夏（四川化工职业技术学院，四川泸州 646005）摘要：微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，包括有机物的降解和微生物的增殖。在分解代谢中，有机物在微生物作用下，发生氧化、放热和酶降解过程，使结构复杂的大分子降解；合成代谢中，微生物利用营养物及分解代谢中释放的能量，发生还原吸热及酶的合成过程，使微生物生长增殖。文章主要介绍我国在微生物代谢领域的研究现状及对未来的展望，为我们呈现了一个广阔的微生物代谢世界。关键词：微生物代谢；分解代谢；合成代谢；研究现前言微生物在生长过程中机体内的复杂代谢过程是互相协调和高度有序的，并对外界环境的改变能够迅速做出反应。其原则是经济合理地利用和合成所需要的各种物质和能量，使细胞处于平衡生长状态。在实际生产中，往往需要高浓度的积累某一种代谢产物，而这个浓度又常常超过细胞正常生长和代谢所需的范围。因此要达到超量积累这种产物，提高生产效率，必须打破微生物原有的代谢调控系统，在适当的条件下，让微生物建立新的代谢方式，高浓度的积累人们所期望的产物[1]。 1 我国微生物代谢的研究现状 1.1 利用微生物代谢生产酶工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。微生物的酶主要应用于食品及其有关工业中。酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。 1.2 利用微生物代谢产生的代谢产物生产目的物在微生物对数生长期中，所产生的产物，主要是供给细胞生长的物质，入氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。这些产物称为初级代谢产物。利用发酵生产的许多初级代谢产物，具有重大的经济意义，我国现已可以根据微生物代谢调控的理论，通过改变发酵工艺条件如pH、温度、通气量、培养基组成和微生物遗传特性等，达到改变菌体代谢平衡，过量生产所需要产物的目的。 1.3 利用微生物代谢理论发展产生了代谢工程代谢工程是指利用基因工程技术，定向的对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特征，并于微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。 1.4 改变微生物代谢途径生产目的物改变代谢途径是指改变分支代谢的流向，阻断其他代谢产物的合成，以达到提高目的产物的目的。改变代谢途径有各种方法，如加速限速反应，改变分支代谢途径流向、构建代谢旁路、改变能量代谢途径等不同方法[1]。 1.5 利用微生物代谢进行发酵数千年来由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。直到20世纪中期才建立了一系列新的微生物工业。近几年来，由于微生物代谢工程的应用，发酵工业开始进入新的发展时期。发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用。 1.6 微生物代谢在环境方面的应用微生物降解是环境中去除污染物的主要途径。深人了解污染物在微生物内的代谢途径，将有助于人们优化生物降解的条件，从而实现快速的生物修复。这些代谢中间体大都通过萃取、分析方法进行逐个研究，并借助专家经验拟合出代谢途径，其动力学过程亦很少触及。代谢组学方法的采用有可能改变这一现状[2]。 1.7 利用微生物代谢进行赖氨酸的生产在许多微生物中，可用天冬氨酸作原料，通过分支代谢途径合成出赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。赖氨酸在人类和动物营养上是一种十分重要的必须氨基酸，因此，在食品、医药和畜牧业上需求量很大。但在代谢过程中，一方面由于赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制作用，另一方面，由于天冬氨酸除用于合成赖氨酸外，还要作为合成甲硫氨酸和苏氨酸的原料，因此，在正常细胞内，就难以累积较高浓度的赖氨酸。为了解除正常的代谢调节以获得赖氨酸的高产菌株，工业上选育了谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型菌株作为赖氨酸的发酵菌种。由于它不能合成高丝氨酸脱氢酶，故不能合成高丝氨酸，也不能产生苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量高丝氨酸的条件下，可在含较高糖浓度和铵盐的培养基上，产生大量的赖氨酸[3]。 1.8 微生物代谢与分子生物学方法的结合随着遗传学、分子生物学等方法的不断发展，人们越来越多地将这些方法运用到微生物的研究工作中。一些野生菌的合成能力或分泌能力有限，目前可通过人工诱变或构建高效的基因工程菌株等方法对其进行改造以扩大应用范围此外，现在许多细菌合成拮抗物质的基因已被克隆测序，为使植物获得微生物所具有的特殊功能，一种可能的方法是通过基因工程将目的基因导入植物体内，使植物直接表达活性物质[4]。 2 展望 2.1 微生物代谢在医药行业的展望微生物在代谢过程中可分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基，这些酶有的可以将药物成分分解转化，形成新的化合物，有的可水解植物细胞壁的纤维素、半纤维素、果胶质等，使细胞破裂，利于有效成分溶出。特别是采用一些酶作用于药用植物材料，使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解，使细胞破裂，细胞间隙增加，减小细胞壁、细胞间物质传递屏障、对有效成分从胞内向胞外扩散的阻力减少，可促进有效成分的吸收提高。 2.2 微生物代谢在生理生化、微生物遗传育种方面的展望随着分子生物学理论与技术的飞速发展，尤其是基因组和后基因组时代的到来，传统上的生理学与遗传学的交叉融合越来越多，许多

微生物学试述未来微生物学发展的趋势 (2)

南开大学现代远程教育学院考试卷《微生物学》主讲教师：李明春、吴卫辉一、请同学们在下列（20）题目中任选一题，写成期末论文。 1. 病毒在生物技术中的应用（例如噬菌体展示技术，病毒载体等） 2. 近年来重大病毒引起的传染病的特征和病毒复制、致病机制（如埃博拉出血热、中东呼吸综合征等） 3. CRISPR-Cas9技术综述（来源，机制，应用） 4. 细菌耐药遗传水平机制 5. 微生物遗传物质水平转移方式和机制 6. 微生物遗传学技术在工农业中的应用 7. 基因组学、转录组学和蛋白组学研究进展 8. 微生物在环境污染和保护中的作用 9. 人体肠道微生物分类、功能研究进展 10. 疫苗的作用机制和对人类健康的贡献 11. 微生物作为模式系统揭示生命过程的优势 12. 试述未来微生物学发展的趋势 13. 从细胞形态结构及一些重要结构的化学成分组成等方面分析细菌、古生菌及真核微生物三者之间的进化关系 14. 微生物营养及代谢的多样性对微生物生存能力的影响 15. 极端微生物对生命起源和生命极限的启示 16. 你认为微生物学发展过程中做出重大贡献的微生物学家及其成就 17. 微生物学中的独特技术及对发展现代生物学的贡献 18. 食药用真菌的研究进展 19. 微生物在自然界碳元素地球化学循环中的作用及意义 20. 生物固氮的原理、意义及应用二、论文写作要求论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确；论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授内容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。三、论文写作格式要求：论文题目要求为宋体三号字，加粗居中；正文部分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5倍行距；

微生物学发展简史

1、史前期（约8000 年前一1676 ) ,各国劳动人民,①未见细菌等微生物的个体；②凭实践经验利用微生物是有益活进行酿酒、发面、制酱、娘醋、沤肥、轮作、治病等）。在17世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前，对于一门学科来说尚没形成。这个时期称为微生物学史前时期。在这个时期，实际上人们在生产与日常生活中积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。民间早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍、蜜饯等等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。这些都是人类在食品工艺中控制和应用微生物活动规律的典型例子。积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其它作物的间作轮作，是人类在农业生产实践中控制和应用微生物生命活动规律的生产技术。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。尽管这些还没有上升为微生物学理论，但都是控制和应用微生物生命活动规律的实践活动。 2、初创期（1676 一1861 年）,列文虎克,①自制单式显微镜,观察到细菌等微生物的个体；②出于个人爱好对一些微生物进行形态描述。微生物的形态观察是从安东·列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）发明的显微镜开始的，它是真正看见并描述微生物的第一人，他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。这是首次对微生物形态和个体的观察和记载。随后，其他研究者凭借显微镜对于其它微生物类群进行的观察和记载，充实和扩大了人类对微生物类群形态的视野。但是在其后相当长的时间内，对于微生物作用的规律仍一无所知。这个时期也称为微生物学的创始时期。 3、奠基期（1861 一1897 年）,巴斯德,①微生物学开始建立；②创立了一整套独特的微生物学基本研究方法；③开始运用“实践―理论―实践”的思想方法开展研究；④建立了许多应用性分支学科；⑤进入寻找人类动物病原菌的黄金时期。继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。(1)巴斯德巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面：①彻底否定了“自然发生”学说。“自生说”是一个古老学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，是“自生说”逐渐消弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，这不仅是“自生说”