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细菌的用途介绍

2022.9.05
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zhaoqisun

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发酵与生物复育

细菌通常与酵母菌及其他种类的真菌一起用于发酵食物,例如在醋的传统制造过程中,就是利用空气中的醋酸菌(Acetobacter)使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素,例如链霉素即是由链霉菌(Steptomyces)所分泌的。  

细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染,称做生物复育(bioremediation)。举例来说,科学家利用嗜甲烷菌(methanotroph)来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。 

细菌发电

生物学家预言,21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电,可以追溯到1910年,英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里,成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年,美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池,其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过,那时的细菌电池发电效率较低。到了20世纪80年代末,细菌发电才有了重大突破,英国化学家让细菌在电池组里分解分子,以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是,在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液,来提高生物系统输送电子的能力。在细菌发电期间,还要往电池里不断地充气,用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混合物。据计算,利用这种细菌电池,每100克糖可获得1352930库仑的电能,其效率可达40%,远远高于使用的电池的效率,而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流,且能持续数月之久。 

利用细菌发电原理,还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液,就可建立一个1000千瓦的细菌发电站,每小时的耗糖量为200千克,发电成本是高了一些,但这是一种不会污染环境的"绿色"电站,更何况技术发展后,完全可以用诸如锯末、秸秆、落叶等废弃的有机物的水解物来代替糖液,因此,细菌发电的前景十分诱人。

各发达国家如八仙过海,各显神通:美国设计出一种综合细菌电池,是由电池里的单细胞藻类首先利用太阳光将二氧化碳和水转化为糖,然后再让细菌利用这些糖来发电;日本将两种细菌放入电池的特制糖浆中,让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸,而让另一种细菌将这些酸类转化成氢气,由氢气进入磷酸燃料电池发电;英国则发明出一种以甲醇为电池液,以醇脱氢酶铂金为电极的细菌电池。 

而且,各种不同的细菌电池相继问世。例如有一种综合细菌电池,先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖,然后再让细菌利用这些糖来发电。还有一种细菌电池则是将两种细菌放入电池的特制糖浆中,让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸,再让另一种细菌将这些酸类转化成氢气,利用氢气进入磷酸燃料电池发电。

人们还惊奇地发现,细菌还具有捕捉太阳能并把它直接转化成电能的"特异功能"。美国科学家在死海和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌,它们含有一种紫色素,在把所接受的大约10%的阳光转化成化学物质时,即可产生电荷。科学家们利用它们制造出一个小型实验性太阳能细菌电池,结果证明是可以用嗜盐性细菌来发电的,用盐代替糖,其成本就大大降低了。由此可见,让细菌为人类供电已不是遥远的设想,而是不久的现实。 

益生菌

益生菌是指有益的细菌或真菌,其中乳酸细菌(Lactic acid bacteria,LAB)是最重要的益生菌,其中包括乳杆菌(Latobacillus)、乳球菌(Lactococcus)、链球菌(Strepto⁃coccus)、肠球菌(Enterococcus)和双歧杆菌(Bifidobacterium)等。双歧杆菌和乳杆菌一直是公认的安全的益生菌,对机体健康没有致病性,具有一定的食用安全性。目前益生菌的分离和筛选主要来源于传统发酵食品、自然环境、动物和人体等,由于外源益生菌的生长环境与人体胃肠道的环境相差甚远,因而许多学者认为理想的益生菌最好来自于人体自身的胃肠道。高全新等研究发现,宿主和肠道菌群之间存在着特异性相互选择的关系,当菌株的来源和使用对象一致时,就会增强菌株对宿主益生功效的特异性和针对性。此外,He等人发现人源益生菌相比外源益生菌,在耐胆汁、耐酸和耐胃液,胃肠道定植和黏附力,抑菌作用等方面的功能性更具优势。因此,相对于其它来源的益生菌,人源益生菌具有安全性高,不容易被人体肠道的免疫系统所排斥,具有遗传稳定性,因而更适合作为人类益生菌来使用。 

目前,益生菌的产值已占据了世界功能性食品市场的65%,而且这一数值仍在不断增长。大量的研究已证实,益生菌除了具有常规的预防和治疗腹泻、调节人体免疫力、预防癌症等功能外,还具有降胆固醇、降血压、抗氧化等功能。而且对人源益生菌的功能特性、益生作用机制、安全性、细胞自身的代谢、与疾病的关系等方面都进行了深入研究。

识别身份

美国科罗拉多大学的科学家开展了一项研究,他们分别从三个人的指尖与他们个人电脑的键盘和鼠标上采集细菌样本,然后又从数量众多的,他们未接触过的键盘、鼠标上采集细菌样本。经过对这些样本的DNA比较,科学家们发现,在三人未接触过的电脑部件上找不到存活于三人双手上的细菌。科学家还发现,在室温条件下,手上的细菌离开人体还可以存活两周左右。另外,细菌繁殖力非常强大,即使我们用杀菌力超强的香皂洗手,它们也能在几小时内“死灰复燃”。

磁性菌的利用

磁性细菌是1975年发现的一种对地磁敏感、沿磁力线游动的细菌。磁性细菌在菌体内合成有约50一100nm的四氧化三铁(Fe3O4)磁性微拉子(磁性细菌粒子),该磁性细菌粒子在菌体内形成称之为磁性体的链。磁性细菌是一种微好氧性、对地磁敏感且沿磁力线游动的细菌。  

磁性细菌对地磁敏感且能识别磁力线的方向,如对其性质巧妙地加以利用,就可做为微磁传感器加以应用。或者将磁性细菌微粒子导入其他细胞,使得可以对细胞进行诱导。


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