它们生存在生命禁区
在人类认识微生物的过程中，在一度被认为是生命禁区的极端环境里，陆续发现了许多微生物以其独特的生理机制及生命行为在繁衍生息，这些微生物被称为极端微生物。科学家相信，极端微生物是这个星球留给人类独特的生物资源和极其珍贵的科研素材。科学界开展关于极端微生物的研究，对于揭示生物圈起源的奥秘，阐明生物多样性形成的机制以及认识生命的极限等，都具有极为重要的科学意义。而极端微生物研究的成果，将大大促进微生物在环境保护、人类健康和生物技术等领域的利用。目前发现的极端微生物主要包括嗜酸菌、嗜盐菌、嗜碱菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌等。由于它们具有特殊的基因结构、生命过程及产物，对人类解决一些重大问题，如生命起源及演化等有很大的帮助。例如把分子生物学和基因组学研究往前推了一步的PCR（聚合酶链式反应）技术，就是因为应用了嗜热微生物的酶而得以实现的，使其能在很短的时间内在体外大量地复制DNA。而PCR技术的发明人穆利斯也因此于1993年获得了诺贝尔化学奖。
极端微生物的应用
目前，许多极端微生物体内的一些酶类已得到广泛的应用，如用嗜碱微生物生产的洗衣粉用酶，每年市场营业额高达6亿美元。科学家指出，极端微生物是亟待研究和开发的领域，如果能够成功研制出应用特性，对节约能源、提高效率将产生重要的影响。譬如说，在工业发酵生产中，由于普通微生物生产的菌株不耐高温，所以需用冷却来降低发酵过程中产生的热量，以确保菌株的活力。如果能够找到合适的嗜热微生物来发酵，则可以避免不必要的资源和效率浪费。
经过科研人员的不懈努力，目前人类已经掌握了极端微生物的部分机理，能够解释一部分问题，但距离全面了解和利用极端微生物还有很长的路要走。研究人员说：“研究的过程就是发现和掌握极端微生物‘脾性’的过程。人类要利用极端微生物，就必须充分认识其‘脾性’。但就目前来看，人们对极端微生物的认识还很肤浅，从科研到大规模应用尚需时日。”
让绿色循环——微生物燃料电池
目前全世界正面临着能源危机，科学家们也正在寻找化石燃料可能的替代能源。美国威斯康星—麦迪逊大学的一个交叉学科研究小组正在研究是否能通过细菌的光合作用产生持续电流的技术。
什么是微生物燃料电池
微生物燃料电池的概念已经提出将近三十年了。当时一个英国研究人员在碳水化合物培养细菌的过程中，连接两个电极时，观测到了微弱的电流。尽管它还只处于实验室研究阶段，但其研究已经逐渐成形，有望成为一种替代能源。
事实上，光合作用细菌可以有效地从它们的食物中分离出能量。微生物可以从有机废物中剥离电子，然后形成电流。利用先进的电子提取技术，可以更有效地进行这个转化过程。
目前，研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中，测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时，先把有机废水通入管中，作为副产品电子向阳极移动，然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中，电子和质子与氧气发生反应形成水。
永不止步的研究
一块微生物燃料电池，理论上最大可以产生1.2伏特电压。但是实际上，它可以像电池一样，把足够多的燃料电池并联和串联起来，产生足够高的电压，成为一种有实际应用的电源。
微生物与人类的代谢工程
微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。
微生物的初级代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动产生的，自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致其死亡。
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物所必需的氨基酸，在视频、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量，就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
微生物的次级代谢产物
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的十分复杂的化学结构、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
微生物在长期的进化过程中，形成了一整套完善的代谢调节系统，以保证各种代谢活动经济而高效地进行。微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。
酶在微生物里的调节
微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制，而诱导酶则是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基础上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。
微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。发生酶活性主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。
上述两种调节方式是同时存在并且密切配合、协调作用的。通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会累积大量的代谢产物。但在工业生产中，人们总希望微生物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就需要对微生物代谢的调节进行人工控制。
火山的微生物“爱吃”甲烷
科学家发现了一种能够分解甲烷的微生物，有望用于“抵御”全球变暖。甲烷是造成温室效应的元凶之一，而单细胞有机物有助于调节通过火山喷发等形式释放出来的甲烷量。
爱吃甲烷的火山微生物
德法联合研究小组在挪威斯匹次卑尔根岛哈康莫斯比泥火山考察时，发现了4种生活在火山口的单细胞生物，其中有一种细菌被证明可在氧气的作用下分解甲烷。经检测，这种细菌可以分解哈康莫斯比泥火山产生甲烷中的40％。另一种细菌群落属于古细菌，是一种不同于细菌和真核细菌的单细胞有机体；第三种是能够利用氧气分解甲烷的细菌；第四种是另外一种古细菌，能够与其他细菌一起利用硫酸盐来分解甲烷。
它们不能“吃掉”所有甲烷
火山所喷发出来的硫酸盐和氧气的上升流限制了嗜甲烷菌的生存环境。因此，最终微生物仅能够分解掉火山喷发出来的40％的甲烷。
海底泥浆火山可能是温室气体甲烷的主要排放来源。其中的一些气体被一种名叫嗜甲烷菌的微生物消耗掉了，但相对来说，很少有微生物能利用甲烷，而且相关的过程也不是很清楚。科学家对巴伦支海中一个泥浆火山周围的水域做了一项研究工作，识别出了3个关键的嗜甲烷菌。研究人员还发现富含硫酸盐和氧气的火山流体的向上流动限制了甲烷氧化的效率，使大部分甲烷能够逃逸到水圈，并有可能逃逸到大气中。
对火山微生物的研究，科学家们一直没有停止过脚步，而海底火山微生物的存在更是令人兴味十足。经研究，海底的活火山口会不断向外喷射出黑色的液体，就像股股的黑色烟雾袅袅上升，科学家们将其称为“黑色烟雾”。这种“黑色烟雾”能为生命提供必需的物质，还能为生命遮挡来自太空的有害射线的辐射，因此它被认定是产生生命的摇篮。此外，他们还认为，这种在极端高温下生活的微生物是最早微生物的后代，是地球上所有生物的源头。
微生物与水质的净化
微生物可分成三大类：土著微生物、外来微生物、基因微生物。它们的作用非常强大，有去碳去氮、杀灭病毒、降解鱼药的毒性和彻底净化等作用。
土著微生物
土著微生物是指在当时当地水源水域中土生土长的微生物，在水中或固着在生物包的填料上形成生物膜，是在自然状态下形成的，如活性污泥。光合细菌也是水中土著菌，它能降解含碳废水，去除率为98%。
外来微生物
外来微生物是指在自然界中，能有效降解水体中碳、氮、磷、硫系污染物的高效菌株。它们生长在土壤中，因为那里有它们所需要的氮、磷、钾及其他必需的营养元素。而自然界的海、淡水原来未受污染，缺乏这些营养元素，就很少有这些细菌生长。对水体来说，它们都是外来菌，如氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、固氮菌和纤维素分解菌，大多是好氧和兼性厌氧菌。
从自然界严格分离筛选出的多种高效广普微生物，再经过互补、共生机制培育，使净水功能倍增。把外来菌接种到生物包上，由于微生物之间的共生、竞争、排斥、偏害、拮抗，会受到土著微生物的攻击，因此需要使用大量的外来菌才能形成优势。一般水体（湖水）每毫升有细菌1000个到100万个，外来菌就应该有10亿到1000亿个。
基因工程菌
研究表明，从环境中分离筛选的菌种，其降解污染物的酶活性有限，要高效、快速地超常发挥，就得用现代基因工程来改造微生物，形成基因工程菌，又称工程微生物。
运用生物工程技术，采用细胞融合、基因重组技术等遗传工程手段，可以将某种降解污染能力强的微生物的降解基因，转入繁殖能力强、适应性好的受体微生物中，构建出高效的具有广谱降解能力的基因工程菌。
净水微生物的优势
首先是杀灭病毒，如枯草杆菌、绿脓杆菌具有分解病毒外壳酶的功能而杀灭病毒。
其次是降解鱼药的毒性，如假单胞菌、放线菌、真菌有降解转化残留化学鱼药的功能。
第三是絮凝作用，如芽孢杆菌、产气杆菌、黄杆杆菌等具有生物絮凝作用，可以将水体中的有机碎屑结合成絮状体，使重金属离子沉淀，很容易被过滤器截流而移出系统外，使水体清澈。