书城科普读物丰富的微观世界——微生物
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第8章 微生物与人体健康(3)

什么是乳酸菌

乳酸菌为益生菌的一种,能够将碳水化合物发酵成乳酸,因而得名。益生菌能够帮助消化,常添加在酸奶里,有助人体肠道健康,因此常被视为健康食品。

人类需要益生菌

在人体肠道内栖息着数百种细菌,其数量超过百万亿个。其中对人体健康有益的叫“益生菌”,以乳酸菌、双歧杆菌等为代表;对人体健康有害的叫“有害菌”,以大肠杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌等为代表。

益生菌是一个庞大的菌群,有害菌也是一个不小的菌群。当益生菌占总数的80%以上时,人体则保持健康状态,否则就是处于亚健康或非健康状态。科学研究结果表明,以乳酸菌为代表的益生菌是人体必不可少的且具有重要生理功能的有益菌,它们数量的多少直接影响到人的健康与否,以及人的寿命长短。

乳酸菌=益生菌=长寿菌

人体肠道内拥有乳酸菌的数量,会随着人的年龄增长而逐渐减少,当人到老年或生病时,乳酸菌数量可能下降100至1000倍,直到临终时完全消失。在正常情况下,健康人体内的乳酸菌比病人多50倍,长寿老人体内的乳酸菌比普通老人多60倍。因此,人体内乳酸菌数量的实际状况,已经成为检验人们是否健康长寿的重要指标。

不过现在,由于广谱和强力抗生素的广泛应用,使人体肠道内以乳酸菌为主的益生菌遭到严重破坏,人体抵抗力逐步下降,导致疾病越治越多,健康受到极大的威胁。所以,有意增加人体肠道内乳酸菌的数量就显得非常重要。目前,国际上公认的乳酸菌被认为是最安全的菌种,也是最具代表性的肠内益生菌,这也完全符合诺贝尔得奖者生物学家梅契尼柯夫“长寿学说”的结论,即乳酸菌=益生菌=长寿菌。

细菌“吃”细菌

——抗生素的发现

自从德国乡村医生劳伯·柯赫成为第一个猎获病菌的人以后,细菌这个名字就常常和疾病联系在一起。因为人和动植物的许多传染病都是由细菌作祟引起的,所以人们对它总有一种厌恶和恐惧的感觉。其实,危害人类的细菌只是一小部分,大多数细菌不仅能和我们和平共处,还能为人类造福。

细菌立下的汗马功劳

地球上每年都有大量动植物死亡,千万年过去了,这些动植物的遗体到哪里去了呢?这就是细菌和其他微生物的功劳。它们能把地球上一切生物的残躯“吃”个精光,同时转化成植物能够利用的养料,为促进自然界的物质循环立下了汗马功劳。许多细菌在工农业生产上也起着重要的作用。

什么是抗生素

抗生素主要是指微生物所产生的能抑制或杀死其他微生物的化学物质,如青霉素、金霉素、春雷霉累、庆大霉素等。从某些高等植物和动物组织中也可提取出抗生素。有些抗生素,如氯霉素和环丝氨酸,目前主要采用化学合成方法进行生产。改变抗生素的化学结构,可以获得性能较好的新抗生素,如半合成的新型青霉素。在医学上,广泛地应用抗生素以治疗许多微生物感染性疾病和某些癌症等;在畜牧兽医学方面,有些抗生素不仅用来防治某些传染病,还可用以促进家禽、家畜的生长;在农林业方面,有些抗生素可用以防治植物的微生物性病害;在食品工业上,有些抗生素则可用作某些食品的保存剂。

细菌的“外衣”

多数细菌是不会运动的,只是由于它们微小而且身体轻巧,所以能借助风力、水流或黏附在空气中的尘埃和飞禽走兽身上云游四方。也有一些细菌身上长有鞭毛,好像鱼的尾巴,能在水中扭来摆去。有的细菌一丝不挂;有的却穿着特别的“衣服”,这就是包围在细胞壁外面的一层松散的黏液性物质,称为荚膜。它既是细菌的养料贮存库,又可作为“盔甲”,起着保护层的作用。对病菌来说,荚膜还与致病力密切相关,比如有荚膜的肺炎球菌能使人得肺炎,一旦细菌失去了荚膜,就如同解除了武装,也就失去了致病力。

当细菌遇到干燥、高温、缺氧或化学药品等恶劣环境时,它们还能使出一个绝招,就是将身体中的水分几乎全部脱去,从而使细胞凝聚成椭圆形的休眠体,这时,它就成了芽孢。芽孢在干燥条件下能存活几十年仍保有活力,一旦环境变得适宜,芽孢就会吸水膨胀,又成为一个有活力的菌体。单个细菌是无色透明的,为了便于鉴别,就需要给它们染上颜色。

给细菌穿上“迷彩服”

1884年,丹麦科学家革兰姆创造了一种复染法,就是先用结晶紫液加碘液染色,再用酒精脱色,然后用稀复红液染色。经过这样的处理,可以把细菌分成两大类,凡能染成紫色的,叫革兰氏阳性菌;凡被染成红色的,叫革兰氏阴性菌。这两类细菌在生活习性和细胞组成上有很大差别,医生常依据细菌的革兰氏染色来选用药物,诊治疾病。为纪念革兰姆,复染法又称革兰氏染色法。

细菌家族的成员,如果固定在一个地方生长繁殖,就能形成用肉眼看得见的小群体,叫菌落。菌落带有各种绚丽的色彩,如绿脓杆菌的菌落是绿色的,葡萄球菌的菌落是金黄色的。细菌菌落的形状、大小、厚薄和颜色等特点,是鉴别各种菌种的依据之一。

抗生素的发现

现在一说到抗生素,可能没有人不知道。比如有人得了肺炎,医生用青霉素或者其他抗生素就可以很快将其治好;如果某个地方的伤口发炎了,只要用了抗生素,伤口的愈合时间也会缩短很多。的确,人类能够战胜大多数的疾病,尤其是与具有感染作用的致病微生物作斗争,都是抗生素发挥了重要的作用。曾有人估计,抗生素的发明使全人类的平均寿命增加了10岁。

很久以前,抗生素被称为抗菌素,它不仅能杀灭细菌,并且对于霉菌、支原体、衣原体等其他致病微生物也具有很好的抑制和杀灭作用,直到最近几年才被改称为抗生素。通俗地讲,抗生素就是用于治疗各种细菌感染或抑制致病微生物感染的药物。

那么,抗生素最初又是如何被人们发现并变成了造福人类的药品呢?

首先是青霉素的发现。1929年,英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时,偶然间发现了从空气中落在培养基上的青霉菌长出的菌落附近没有生长细菌,他便认为是青霉菌产生某种化学物质抑制了细菌的生长。就这样,这种化学物质便被称为青霉素,这就是最早的抗生素。后来在二战期间,弗莱明和另外两位科学家经过艰苦的努力,终于提取出了青霉素并制成了抵抗细菌感染的药品。由于在战争期间,防止战伤感染的药品是非常重要且稀缺的战略物资,所以,美国把青霉素的问世放在与研制原子弹同等重要的地位上。1943年,关于青霉素的消息传到了中国,当时还在抗日后方从事科学研究工作的微生物学家朱既明,经过努力研究后也从长霉的皮革上分离到了青霉菌,并且同样用这种青霉菌制造出了青霉素。到了1947年,美国微生物学家瓦克斯曼又在放线菌中发现并制成了治疗结核病的链霉素。

从1929年到现在,半个多世纪过去了,科学家已经发现了近万种抗生素,不过它们之中的绝大多数毒性太大,真正适合作为治疗人类或牲畜传染病的药品其实连百种都不到。再后来人们发现,并不是所有的抗生素都具有相同的抵抗功能,有的能够抑制寄生虫生长;有的能够除草;有的可以用来治疗心血管病;还有的可以抑制人体的免疫反应,这一点被广泛应用于手术中的器官移植一项。

在半个多世纪的时间里,抗生素挽救了无数病人的生命,不过抗生素的广泛使用也产生了一些严重的问题。例如有人因为长期使用链霉素而丧失了听力;有的病人因为长期使用抗生素,不仅杀死了有害细菌,而且也杀死了人体中有益的细菌,结果病人的体质和抵抗力反而越来越弱。更糟糕的是,重复使用一种抗生素可能会使致病菌产生抗药性,反而影响治疗。因此,医生在开处方时,在对是否需要使用抗生素的选择上也越来越谨慎了。

药“高”一尺还是菌“高”一丈

科学家研究发现,一种耐抗生素细菌可通过改变基因构成的方式躲避多种抗生素作用,并首次详细描述了该机制的作用过程。该研究被认为是药物研发的关键步骤,有助于开发出能对付“超级细菌”的新药。

抗生素是怎样杀毒的

在过去的几十年里,已经有近200种抗生素先后诞生,所有抗菌药对细菌都有明确的对付方式。而抗生素的发明和大量制造使它成为人类抵御细菌感染类疾病的主要武器。一时间许多曾经导致人们死亡的疾病变得不再可怕。

如青霉素就是通过抑制细菌细胞壁的合成而起到杀菌的效果;而其他一些抗生素则是通过抑制细菌蛋白质的合成、核酸的复制以及干扰细菌代谢途径等方式杀灭细菌的。

学会伪装的细菌

抗生素有针对性的攻击,也给了细菌生存的机遇。有些细菌学会了改变自己,让抗生素认为自己不是它要消灭的敌人,从而逃过一劫。一些细菌经过长期的繁衍和进化,对某些外界的不良环境具有天然的抗性,而它们中的耐药基因恰恰可以抵御某些抗生素的抑制作用。某些细菌具有非渗透性的细胞膜,或者缺乏某些抗生素的作用位点,因而对抗生素具备固有的抵抗性。

“超级细菌”就是利用其基因对抗生素的降解作用而形成了超强耐药性,从而使绝大部分抗菌药失效。

医院居然是“超级细菌”的集中营

研究发现,在医院内感染金黄色葡萄球菌的几率是在院外感染的170万倍。医院为何是炼就“超级细菌”的熔炉?原因是,被病菌感染的病人到医院了,医生用抗生素给他们治病,病人的内环境对细菌来说,立刻恶劣起来。

各种各样的病人汇集到医院,总有人携带着对某种抗生素有抗药性的细菌,病人间可能交叉感染,为细菌“邻里互助”,而到医院的病人机体抵抗力本来就弱,于是,抗药菌不断地升级换代,一个个“超级细菌”就诞生了。

科学家研究了丹麦的95名个体和美国的154名个体。他们发现,根据肠道中大量出现的细菌种类,可分成三类,也就是说,每个人都属于这三种肠道类型中的一种。科学家们尚不清楚为什么不同人会有不同的肠道类型,他们推测,这种差异可能在于人的免疫系统如何区分好细菌和坏细菌,或者与细胞释放废物的不同方式有关。

如同血型一样,这些肠道类型与年龄、性别、种族和身体质量指数无关。但是他们也发现,老年人的肠道似乎有着更多分解碳水化合物的微生物基因,这可能是因为随着我们的年龄越来越大,我们处理营养物质可能没那么高效,因此,为了生存,细菌必须承担起这项任务。