微生物的多樣性與人類生物安全

司林波

【關鍵詞】微生物 生物安全 生物安全風險 【中圖分類號】Q93 【文獻標識碼】A

微生物無處不在，與人類長期共存。隨著時代的進步和科學技術的發展，人們逐漸認識到，微生物所帶來的風險并未減少，時至今日，我國面臨的微生物安全風險較以往任何時候都更為復雜和多樣，微生物安全問題已經成為無法回避的安全議題。面對微生物安全的新形勢、新任務和新挑戰，習近平總書記在中央全面深化改革委員會第十二次會議上強調：“把生物安全納入國家安全體系，系統規劃國家生物安全風險防控和治理體系建設，全面提高國家生物安全治理能力。”新頒布的《中華人民共和國生物安全法》詳細規定了生物安全的多方面內容，其中絕大部分內容與微生物有關。由此可見，微生物安全問題正在國家層面產生持續的影響并逐漸轉化為國家生物安全風險防控和治理的重要內容。從一定意義上來說，只有正確認識人類與微生物的關系，特別是多樣化的微生物與人類生物安全的多重關系，才能準確推進微生物安全風險防控和治理工作。

人類與微生物的關系

與其他生物相比，微生物的種類極其豐富，普遍存在于地球生態圈與人類社會中。無論是我們生活的外部環境還是人體內部，都存有數目龐大的微生物。它們不僅千姿百態，而且繁殖迅速，給人類的生產和生活帶來了極為深遠且重要的影響。表面上看，微生物與我們人類生活相距甚遠，但事實上，它與人類生活密不可分。這些微生物不僅關乎我們每一個人的生命安全、身體健康，更廣泛存在于食品、醫療保健、工農業生產、環境保護等諸多領域，在給人類帶來有益作用的同時，也會滋生風險。

微生物與人類健康的關系。相關研究顯示，存活于人體內外的細菌個體數量約為1億個左右，而一個普通成年人的人體細胞僅為1000萬個。這不僅僅表明人體的細菌數量是人體細胞數量的10倍，更意味著微生物與人類健康有著緊密聯系。存活于人體口腔、腸道或皮膚的微生物群中，有數百萬的種群不但不會對人類產生任何傷害，反而有助于保護人類免受有害微生物的感染。但仍有相當的有害微生物，例如一些占比不到總量1%的細菌、病毒、真菌和原生動物等可以侵入宿主（人類）并致病，例如感冒、水痘、腺鼠疫、結核病、瘧疾和皮膚癬等。引起疾病的微生物被稱為病原體。此外，國際微生物學會聯合會（International Union of Microbiological Societies）以及微生物學界的研究者們也廣泛認為，有強有力的證據表明，微生物可能會導致某些非傳染性慢性疾病，例如某種形式的癌癥或冠心病。

盡管微生物能夠傳播并導致大量廣為人知的疾病，然而隨著生物技術的發展，通過人為給藥的方式，使得已經死亡或滅活的微生物進入人體，可以刺激免疫系統產生相關微生物抗原的抗體。如疫苗接種就是這種技術的應用。時至今日，疫苗仍然是預防社區性和突發性傳染病最有效的技術手段之一，而近年來疫苗技術的迅猛發展，則意味著微生物技術的發展再一次取得了能夠深度影響人類福祉與進一步保障社會平穩運行的重大突破。

微生物與農業生產的關系。微生物與人類生活關系密切，并無時無刻不在影響著人類的生存環境。微生物在農業生產中扮演著無可比擬的重要角色。在農業生產中，微生物學與相關技術被廣泛地應用于農業實踐當中。利用農業有機廢料，通過微生物發酵工程制取的單細胞蛋白、菌體蛋白或微生物發酵飼料等被廣泛地應用于畜牧業與種植業的生產中。而利用微生物活動代謝作用制成的微生物肥料，不僅為各類基礎農作物與經濟作物提供了充沛的氮、磷、鉀肥料，更降低了化學肥料的用量與其制造過程中產生的資源消耗與環境污染。不僅如此，隨著基因組學和生物防治技術的發展與革新，微生物農藥制劑可以利用其成分中分泌的有效代謝物質殺滅有害昆蟲或農作物致病細菌。微生物農藥的廣泛應用將有利于降低化學農藥的使用份額，從而在防止農作物病蟲害的同時降低對大氣、動植物與土壤的負面作用。此外，各類在市場中受到消費者追捧的食用菌（蘑菇）也是微生物為農業生產作出的重大貢獻之一。

在農業和畜牧業生產中，只有少數類型的微生物能夠將自然界中的氮氣通過固氮酶還原為氮素這一構成生命物質與養分供給的關鍵元素。由微生物參與主導的氮循環在作物和牧草的栽培中扮演著重要角色。當環境中的生物所生產的蛋白質被特定的土壤細菌和真菌分解氨化后，硝化細菌和反硝化細菌能夠將氨或銨離子氧化為硝酸鹽并還原為氮氣。在接下來的步驟中，為了向農業和畜牧業生產過程中提供足夠的氮元素，除了生態圈本身存在的自然固氮系統外，工業固氮法與生物固氮技術發揮著重要作用。尤其是近年來微生物學的發展使得可持續循環且對環境幾乎無負面影響的生物固氮技術在改良經濟作物栽培技術中獲得了相當的成就。近年來，通過研究并篩選不同栽培條件與作物搭配，中國南方大面積的基于紅壤栽培的農作物產量與質量相較以往獲得了顯著的增長。此外，中國農業科學院與全國土壤微生物學界的最新研究表明，基于基因組學的研究使得對已經在中國北方農業產區逐步推廣的聯合固氮菌的進化模型、分子機理與根際間的競爭機制也被進一步地發現與完善。此類微生物學的研究成果都將有力地鞏固、提升中國農業的國際競爭力與國家糧食安全水平。

微生物與工業生產的關系。微生物在工業生產中也發揮著舉足輕重的作用。在生化制藥、化學工業、食品生產領域，微生物學均是相關方向的主要分支學科。微生物藥學和生物化學通過利用分子生物學技術，研究基于微生物資源藥物及化學品的開發、生產與應用。大量的常用藥品和制劑都是以微生物為主體與成分研發的，例如雙歧桿菌乳桿菌三聯活菌片、口服脊灰減毒活疫苗、復方氨基酸注射液等。在食品生產領域，單細胞蛋白類產品廣為人知，例如用作生產啤酒、面包的酵母以及生產各種風味的酸奶所需要的發酵劑（乳酸菌）。盡管微生物在工業生產中起到了眾多的正向影響，但是若在生產流程、工藝或保存流程中發生錯誤或逾過產品保質期，相關的藥品、食品與化學品將對人體和環境產生毒副作用。