第6章 微生物领域研究的新进展(3)
研究人员同时注意到，孕妇的体重，或是她们的生产方式（剖宫产或顺产），似乎并不会改变其胎盘的微生物构成。但埃格德指出，细菌群落“在那些发生早产或更早前曾被感染的孕妇胎盘中却是不同的，例如一次尿路感染，即便这种感染在几个月或几周前得到治疗并治愈也是如此”。此外，早产胎儿与足月产胎儿的胎盘，微生物群落组成存在明显不同，说明胎盘微生物群落与早产之间可能存在关联。研究人员同时把孕妇胎盘菌群与在没有怀孕的女性阴道、肠道、口腔和皮肤上发现的菌群进行了比较。研究还表明，胎盘中数量最多的是肠道中常见的、不致病的大肠杆菌，两种口腔菌坦纳氏普雷沃氏菌与奈瑟菌数量也相对较多。总体而言，他们发现，胎盘菌群与口腔菌群最为类似。作者推测，微生物向胎盘的旅行，是通过流经口腔的血液完成的。埃格德表示，这一研究结果强化了暗示孕妇口腔牙周病与早产风险之间存在关联的数据。她说，这说明女性怀孕期间保持口腔健康的重要性，“强化了一个长期以来的观点：牙周疾病与早产风险存在关系。”并未参与此项研究的得克萨斯大学医学部产科医师乔治·萨阿德认为：“这是首次有研究表明，即便是在正常的孕期中，也有特定的细菌群落与正常的胎盘形成有关。”
8.细菌功能研究的新发现
（1）发现纳米比亚珍珠硫细菌的特殊功能。2005年1月，德国媒体报道，德国麦斯宾克海洋微生物学院生物学家海德·舒尔斯领导的研究小组，2004年在非洲西南面的纳米比亚海岸发现了纳米比亚珍珠硫细菌。随着研究的深入，它的功能与作用也越来越清楚。
研究人员说，这细菌外观呈球形，阔度普遍大多为0.1～0.3毫米，但有些在0.75毫米。它们的数量很多，住在纳米比亚海岸的沉淀物里，因含有微小的硫黄颗粒，所以发出闪烁的白色。当它们排列成一行的时候，就好像一串闪亮的珍珠链。这种巨大细菌，生长在缺乏氧气但含有丰富养分的沉淀物中，在沉淀物含有很多硫化氢，细菌利用硝酸盐将硫氧化以获得能量。
它的发现意义在于，提供了地球硫循环和氮循环之间耦合作用的更确切的证据，这两种海洋中主要的环境循环方式，直到最近还被认为是互不相关的。
研究人员说，这种巨大细菌，通过构成磷矿，帮助驱动地球的一个营养循环。磷在植物和动物、海洋以及沉积岩中循环，最终由沉积岩的风化释放出磷再开始这个循环。虽然岩石中的磷主要以磷灰石的形式出现，但是人们几乎不知道任何现代的磷灰石形成的例子。
舒尔斯研究小组发现，纳米比亚珍珠硫细菌生活的沿海中有丰富的磷灰石。实验室的研究显示，这种细菌的代谢活动，在它附近的水中产生丰富的磷，足以构成磷灰石沉淀的条件。这项研究表明，该过程也许能够解释在某些海洋区域的磷灰石积累。
（2）发现抗辐射菌的自我保护功能。2007年3月，有关媒体报道，美国国防部军队卫生服务大学的研究小组表示，他们发现抗辐射菌在高剂量电离辐射（IR）环境中保护自己的功能。该发现，有望帮助科学家，开发出保护人们免遭辐射影响的新方法。
50年前，科学家就发现了抗辐射菌，并认为它的抗辐射功能在于它自身的DNA修复机理，此后绝大多数有关该细菌的研究均基于这种假设。然而，美国的研究人员发现，该细菌的DNA修复成分，并没有明显的不同之处，同时在辐射剂量设定后，具有不同抗辐射功能的细菌的DNA修复量相同。此外，许多被电离辐射杀灭的细菌，实际上其DNA几乎没有受到损伤。
早在2004年的研究中，该研究小组就发现，抗辐射细菌的细胞，与辐射敏感细菌的细胞，所含金属元素量完全不同。细胞含锰量超高，同时含铁量越低，它在遭受辐射后的恢复功能也超强。他们指出，抗辐射功能最强的细菌，含锰量是辐射敏感细菌锰含量的300倍，而含铁量则少3倍。
研究人员对金属元素含量不同导致的抗辐射功能差别，进行新的研究后，认为胞质锰的高含量和铁的低含量，能够保护蛋白（而不是DNA）免遭电离辐射引起的氧化损伤。
这项发现，有可能导致科学家对抗辐射菌的研究方向发生转变，将注意力从DNA损失和修复，转向有效的蛋白保护形式。根据这项新研究开发出的人体辐射保护方式，将有望最终帮助医生根据每个患者的体质，决定其进行放疗时所接受的辐射剂量，并为保护癌症患者免受放疗副作用影响开辟新途径。
（3）发现一种肠道细菌具有增加好胆固醇含量的功能。2008年7月6日，巴西媒体报道，巴西圣保罗州立大学，与阿根廷乳酸杆菌研究中心科学家组成的一个联合研究小组，在《拉美营养档案》杂志上发表研究成果称，他们发现，一种屎肠球菌，具有增加人体血液中的好胆固醇（又称高密度胆固醇）含量的功能。
据报道，屎肠球菌是一种肠道细菌，有多种种类。研究小组在试管试验和动物试验中发现，其中一种屎肠球菌可有效增加好胆固醇含量。他们用这种屎肠球菌进行人体试验，44名志愿者每天服用200毫升加入屎肠球菌发酵的大豆酸奶，6周后他们血液中的好胆固醇含量水平提高了10%。
研究人员介绍，好胆固醇含量水平提高1%或2%，就能大大减少罹患心血管病的风险。因此，这种屎肠球菌的作用相当可观，不过有关作用机制尚待继续研究。胆固醇分为高密度胆固醇和低密度胆固醇两种，前者对心血管有保护作用，通常被称为好胆固醇，后者通常被称为坏胆固醇，因为它的增多会增加患心血管病风险。
（4）首次在细菌中发现核糖核酸修复功能。2009年10月，美国伊利诺伊大学香槟分校生物化学系教授黄雷文及其同事，分别在《科学》和美国《国家科学院学报》上发表相关论文称，他们首次在细菌中发现一项新功能：核糖核酸（RNA）修复系统。这是迄今为止发现的第二个RNA修复系统，第一个为噬菌体（可攻击细菌的一种病毒）中的带有2个蛋白的RNA修复系统。此次发现的细菌RNA修复系统的新颖之处在于，在受损的RNA封闭前，一个甲基会附着在该RNA受损点的两个主要羟基之上，使得受损点无法继续开裂，从而达到修复的效果。这一细菌功能的发现，对于保护细胞免遭核糖毒素的侵袭具有重要意义。该毒素，能使蛋白质转译涉及的重要RNA发生开裂，从而导致细胞的死亡。
由于新发现的RNA修复系统中，对甲基负责的酶是细菌中的Hen1的同系物，因此该发现对理解RNA干涉以及动物、植物和其他真核生物的基因表达同样具有相当重要的意义。
他们在《科学》杂志上发表的论文，主要描述RNA修复过程的全部机理。而在美国《国家科学院学报》上发表的论文，则着重解析甲基化反应的化学机理，尤其是细菌中的Hen1内起主导作用的转甲基酶的晶体结构。由于真核态的Hen1能产生同样的化学反应，研究应进一步侧重于理解真核生物中的RNA干涉。
（5）发现细菌具有自制氧气分解甲烷的功能。2010年3月25日，欧洲一个研究小组在《自然》杂志上发表论文称，他们发现细菌一项新功能：它能够在无光照的情况下，用自己制造的氧气，来分解甲烷气体。这一发现，表明在植物首次出现之前，细菌就已开始制造氧气，补上了地球演化过程中“缺失的一环”。
甲烷是一种化学性质相当稳定的气体，跟强酸、强碱等一般不起反应。理论上，真核生物在厌氧条件下，能够利用硝酸盐氧化甲烷。但此前，利用这种反应的生物，无论是在自然环境中，还是在实验室中，都没有被发现。而微生物氧化甲烷的作用，仅被认为在氧气和硫酸盐条件下才能发生。直到2006年，荷兰奈梅亨拉德伯德大学的马克·施特鲁斯与合作者，在对一个微生物群落的研究中才发现，它在完全无氧条件下，能利用硝酸盐脱硝作用氧化甲烷。
现在，荷兰的研究人员，与法国、德国研究人员组成的一个国际研究小组，在进一步研究中发现，在没有现成氧气源，也没有光照的情况下，细菌可以将亚硝酸盐分解为一氧化氮和氧气，然后用生成的氧气来分解甲烷获取能量。
由于作为研究对象的微生物，生长极为缓慢，且在微生物群落中只有少量存在，荷兰研究人员不得不用基因分析的最新方法，即宏基因组方法，来对这些微生物进行研究。他们先分离出水样中的基因片段，然后进行基因的测序和重构。
令研究人员惊讶的是，完整的基因组序列分析表明，还原亚硝酸盐缺少特定的基因，而且这种细菌对氧气有依赖。实验室的实验数据与基因组数据有矛盾。为探明细菌，究竟是如何在亚硝酸盐的帮助下，从稳定的甲烷氧化中获取能量，德国马克斯·普朗克海洋微生物学研究所的研究人员，也加入了研究工作。
通过微型传感器和质谱分析，德国研究人员证实了矛盾的真实性。综合实验结果和基因组数据，研究小组认为，只有当细菌使用特殊途径，生产出氧气来氧化甲烷，才是合适的解释。不过证明，氧气的生成是一个漫长的任务，经过一年多的努力，研究小组终于成功得到实验性的证据：这种微生物，可从两个亚硝酸盐分子中，释放出一氧化氮和氧气，甲烷可随后被氧化。
此前，人们一致认为，地球上最早的产氧光养生物是海藻和蓝藻。它们在大气层从无氧到有氧的转化过程中，起了关键作用。而现在，最新的研究成果，让科学家发现一个新机制的线索。细菌在第一种植物出现在地球上之前就已经存在，细菌在地球演变过程中的作用，将补上地球演化中“缺失的一环”。同时，由于亚硝酸盐通过化肥的使用，而在淡水农业土壤中大量存在，新的研究结果也可为肥料在甲烷循环中的利用提供契机。
二、细菌种类研究的新进展
1.培育出有益或可用的新细菌
（1）培育出降血压乳酸菌种。2005年3月，有关媒体报道，当前世界最大的益生菌供应商，丹麦科汉森公司培育出一种新的能降血压的乳酸菌菌种。这种乳酸菌添加剂酸乳酪和其他食品中，人们吃了就可以起到降血压的作用。目前，该菌种已经通过了动物试验。
据介绍，新菌种比现在的益生菌更具价值，它不仅仅具有改善肠道菌群的功能，还能对现代生活方式病起到特殊的功效。目前，新菌种已被乳制品公司采用。
（2）培育出可部分替代抗生素的新益生菌。2005年7月，哈萨克斯坦微生物学与病毒学研究所一个研究小组，培育出一种新型益生菌，可以部分替代抗生素来对付沙门氏菌和大肠杆菌。
人们通常使用抗生素治疗沙门氏菌和大肠杆菌感染引起的疾病，但抗生素在杀死病菌的同时，也会破坏人体肠道内正常微生物群落的功能，导致对抗生素具有抗药性的病原体数量增加，进一步引发疾病。
哈萨克斯坦研究人员新近合成的益生菌，可以部分替代抗生素来治疗这类病菌感染。这种益生菌利用乳酸菌和丙酸菌培育而成，乳酸菌本身可以杀死沙门氏菌和大肠杆菌，而丙酸菌能够大量合成维生素B₁₂，增强机体抵抗肠道感染的能力，还能增强宿主的免疫能力。
研究人员说，与单种培育的益生菌相比，在两种细菌基础上培育出的益生菌作用范围更广，并且受营养环境的限制更小。实验表明，在使用这种益生菌3小时后，沙门氏菌和大肠杆菌的数量降低到原来的千分之一。
（3）开发出首个可用的人造细菌菌株。2011年9月18日，《自然·化学生物学》杂志上，发表加利福尼亚州萨克生物研究所的一项成果：通过把非天然的人造氨基酸，整合入蛋白质，成功制造出新的人造细菌菌株。这项技术，可广泛应用于药物研发、药物合成、生物燃料等领域。
专家指出，用人工合成方法制造细菌，在药物研发领域拥有巨大的潜力。据此研制出的药物，拥有的生物学功能，将远远超过只包含天然氨基酸的蛋白质。这些分子或许也能作为基础元件，制造从工业溶剂到生物燃料在内的任何产品，帮助解决与石油生产和运输有关的经济和环境问题。
2.发现细菌新变种与新型古生菌
（1）发现含有新限制酶的细菌突变种。2004年9月，俄罗斯科学院西伯利亚分院一个研究小组，在《科学信息》杂志发表研究成果称，他们在贝加尔湖中发现了一些细菌突变种，其体内含有以前未发现的限制性核酸内切酶，能够把进入细菌体内的外来病毒的脱氧核糖核酸（DNA）“切割”开，从而杀死病毒。
限制性核酸内切酶，简称限制酶，最初于20世纪70年代在细菌中被发现。当外源DNA侵入细菌后，各种限制酶能各自识别外源双链DNA上的特定核苷酸序列，将其水解并切割成片段，从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达。正是由于限制酶具有切割DNA的特性，专家在基因工程中利用他们充当切割DNA的“手术刀”。但是由于每种限制酶只能切开DNA链上的特定核苷酸序列，因此目前已知的1500多种限制酶，仍不能满足迅速发展的基因工程的需要，因而科学家不断寻找新的限制酶。