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单词 微生态学
释义

【微生态学】
 

拼译:microecology
 

微生态学是研究微生物群与其宿主(人、动物、植物及微生物)相互关系的科学。微生态学重点研究正常微生物群与其宿主的相互关系,是生态学的微观层次。是细胞水平和分子水平的生态学,是生命科学的一个重要分支。微生态学以现代科学技术为基础,研究微生物群在宿主这一生命环境系统中的发生、演化、组成、结构、功能等,从而指导对疫病的防治和促进宿主的健康。

微生态学产生的背景 微生态学是从无菌动物学、悉生生物学及微生物生态学逐渐发展起来的。微生态学这一术语是1977年由联邦德国Volker Rusch博士首先提出的,并在德国墨尔本建立起世界上第1个微生态学研究所。虽然起步晚,但发展迅速。成为现代生命科学中活跃的前沿学科之一,愈来愈显示其重要性。

从19世纪末到20世纪初,由于交往频繁,促进了世界烈性传染病的大流行。如霍乱、鼠疫、天花、伤寒等,席卷全球,夺取了亿万人的生命。迫使人们不得不集中主要精力去研究病原微生物,结果大部分传染病的病原体被发现了。但是,此时也形成了一种片面的错误的认识,认为微生物主要是有害的。其实,微生物对宿主(人类、动物、植物)在本质上或在主要方面是有益的。

自1945年以来,由于各种抗生素的问世,对防治传染病起到了不可磨灭的贡献,但是在治疗中出现了菌群失调和二重感染。因为抗生素无选择地把有益无益的微生物都杀死,也就是说,在消灭致病菌的同时,也消灭了对人、兽有用的生理性细菌,因而出现菌群失调症和二重感染现象。例如,在正常人的粪便中,约有5%分离到绿脓杆菌,但有些住院病人由于应用抗生素,其分离率高达40%,因绿脓杆菌对一般常用抗生素都有抵抗力,应用抗生素时抑制了肠内大肠杆菌及肠球菌,绿脓杆菌便过量繁殖,在某些条件下可能会引起泌尿道感染或败血症。Sharp曾对住院病人进行了观察,经土霉素治疗五天后,痰内念珠菌带菌率从32%增至61%,说明了土霉素治疗促进了念珠菌的增殖。一般来说,抗生素的抗菌谱愈广,发生菌群失调和二重感染频率愈高。由于抗生素的应用,使那些具有耐药性的潜在的病原微生物得以大量繁殖,不仅破坏了正常微生物群的生态平衡,而且促进了耐药性菌株的增加,抗生素的弊端,提醒了人们对微生态学的研究。

正常微生物群及其与宿主的相互关系 现代技术的发展,如生化技术、荧光技术、电镜技术、气液相色谱、基因工程、生物工程、厌氧菌培养技术及无菌动物的出现等,都大大促进了正常微生物群与宿主相互关系的研究。

正常微生物群是生物宿主(人、动物、植物及微生物)体表和体内的原籍微生物群,是微生物与其宿主在共同的历史进化过程中形成的生态学。正常微生物群对其宿主非但无害,而且是有益的和必要的。例如,豆科植物与根瘤菌、高等植物与真菌之间形成的共生互利现象(菌根),以及牛与瘤胃微生物等等。有关人类方面,瑞典Gustafsson(1985)报道,一个健康成人全身寄居的微生物的重量总计为1271g(其中眼1g,鼻10g,口腔20g,皮肤200g,肺20g,肠1000g,阴道20g),大约100万亿个。而人体自身的细胞仅有10万亿个。就是说,每个人自身的细胞仅为所带全部细胞的10%,而90%的是菌细胞。正常微生物群含有种类繁多的酶系统,参与宿主能量、物质及遗传信息运转等一系列生理过程。因此有人认为,正常微生物群同呼吸、循环系统一样,是宿主的一个重要生理系统。

1.营养作用。动物一般不能直接利用纤维素,因为动物缺乏消化纤维素的酶。但反刍动物能将微生物作为消化剂来分解这些纤维素。瘤胃内生长大量的具有分解纤维素能力的细菌和原生动物。这些正常微生物不仅帮助反刍动物消化草料,而且菌体还是动物蛋白质和维生素的来源之一。其他非反刍兽的纤维素消化主要在盲肠进行,其生化过程大体与瘤胃中相似。另外,哺乳动物肠内一些正常微生物,如双歧杆菌、乳杆菌、真杆菌、大肠杆菌等,能合成多种维生素(如K、B1、B2、B6、B12、菸酸、泛酸、生物素和叶酸等)和蛋白质,供宿主利用。

2.提高防御能力。对高等动物,肠道中厌氧菌占优势,约占90%以上。这些菌在代谢过程中可产生挥发性脂肪酸和乳酸,降低生境内H+浓度与Eh,从而抑制外籍菌的生长和繁殖。同时厌氧菌与粘膜上皮细胞紧密结合,形成一层生物膜,称膜菌群。这层膜对宿主起到了占位性保护作用。如果这层膜遭到抗生素或辐射破坏时,就会因外籍菌的侵入而导致肠首疾病。由于厌氧菌数量大,在营养争夺上处于优势,加之在厌氧条件下繁殖很快,因而限制了兼性菌的生长。此外,厌氧菌产生的H2O2对不能产生过氧化酶的细菌有抑制作用。

3.免疫作用。正常微生物群能刺激宿主建立完备的免疫系统。在检查无菌动物的免疫系统时,发现其淋巴系统、抗体形成系统等均发育不良。如无菌鸡回盲部的淋巴结比普通鸡小4/5。此外,从新生儿免疫系统的发育过程也可看出正常菌群的作用。

微生态学的用途 微生态学不仅是一门理论科学,其研究成果能起到指导实践的作用,而且它能与其它生命科学相配合,揭示生命的奥秘,帮助人们认识疾病的本质。如通过对正常微生物群的定性、定量和定位来检查,就会发现许多微生物由于量上的差别、宿主转换(易主)、定位转移(易位)等原因,使之从不致病转为致病。

微生态学可用于生理学监测。从微生态学观点出发,正常微生物群是动植物及人类个体重要的生理学组成部分,任何个体反应都可能通过正常微生物群的定性、定量及定位表现出来。因此,正常微生物群,正常微生物的代谢产物,以及正常微生物群与其宿主相互作用的反应,都可作为动、植物及人类个体生理功能检测的重要侧面和指标。在医学中,抗生素的应用易引起微生态失调。在应用过程中如不进行监测,将会导致在治疗甲病的过程中引起乙病的发生。在手术疗法、放射疗法、保健措施、中医中药、宇航员的保健监护等方面,要保持正常菌群与其宿主的最佳生态平衡,都必须进行生理学测定。

微生态学为保健医学提供了一些理论基础。人类能够从微生态观点出发,使正常微生物群在内部结构上与其宿主建立起理想的最佳状态的微生态平衡,为提高健康水平和延年益寿的保健医学作出贡献。

(山东省农业科学院畜牧兽医研究所王世荣研究员撰)

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