文档介绍：微生物学科战略研究报告
微生物学科发展战略
第一节微生物学的战略地位
微生物(anisms)指形体微小、结构简单、通常不为肉眼所见的生物,它们通常以单个细胞或细胞簇形式存在。微生物种类繁多,包括细菌、古菌、真菌、立克次氏体、支原体、衣原体及单细胞藻类等细胞生物,也包含病毒等非细胞生物。微生物细胞通常能够独立完成生命过程,因此,与动物、植物体内的细胞不同,后者在自然界不能独立生存,而只能作为多细胞生物的一部分存在。尽管形体微小,微生物在地球与生命的演化过程中发挥了重要的作用。作为地球上最早的居民,微生物与地球共进化,改变地球环境,推动了繁茂多样的生命形式的发生与发展。与动植物相比,在今天的地球上,微生物分布最广,多样性最为丰富,生物量最大。
微生物学(Microbiology)是研究各类微生物形态结构、生理生化、遗传分化、分类进化、相互作用以及与动植物、人类和环境相互作用的科学,是生命科学的一个重要分支学科。由其研究内涵可见,微生物学具有突出的学科交叉及综合的特点,与生命科学中的生物化学、遗传学、分子生物学、细胞生物学、结构生物学、组学、生物信息学、生命起源与进化、生物医学等学科密切交融,与化学、计算数学、地球科学等非生命学科也联系紧密。
生命科学部微生物学科资助以微生物为研究对象的基础研究,主要资助范围包括:微生物形态结构、微生物分类与进化、微生物生态、微生物群体行为、微生物代谢与生理生化、微生物遗传与分化、微
生物表观遗传学、微生物合成生物学、微生物与宿主及环境的相互作用、病原微生物的致病及耐药机制等。鼓励针对上述领域的重大科学问题,以模式微生物、重要应用微生物和病原微生物为材料,开展系统、延续的基础生物学研究;鼓励发展和使用新技术、新方法(如单细胞、单分子操作以及大数据运用);鼓励学科交叉(如与地球科学的交叉)。
微生物学与生命科学
微生物是最简单的生命体,因而在现代生命科学研究中作为模式材料,用于探索和揭示生命活动的基本规律。关于生命活动基本规律的许多知识以及现代生物学中的许多方法均来源于对微生物的研究。例如,利用酵母菌无细胞制剂进行的酒精发酵研究,不但阐明了生物体内的糖酵解途径,而且催生了生物化学领域的酶学研究;肺炎双球菌的转化试验,证明了DNA是遗传物质;而DNA双螺旋结构的确定,遗传密码的揭示,以及中心法则的建立,从研究思路到实验方法都与微生物学有密切的关系;大肠杆菌乳糖操纵子的研究,为基因表达调控的研究提供了理论指导和可借鉴的思路;RNA逆转录酶、限制性内切核酸酶、Taq DNA聚合酶等的发现,以DNA重组技术、PCR技术为标志的分子生物学的兴起和发展,都是首先以微生物为研究材料实现的;DNA测序最先也是在噬菌体基因组上完成,而酵母双杂交技术等为功能基因组学研究提供了重要手段;已成热点的合成生物学研究也以微生物为主要研究对象,基于支原体的人工合成细胞已经诞生;近来广受关注的TALENs、CRISPR-Cas9等基因组编辑技术也源自微生物的研究。由此可见,微生物学的发展催生了生命科学的一批新兴领域, 推动了生命科学的蓬勃发展,丰富了人类对于生命现象本质的认识。
、微生物学与生物技术
生物技术(Biotechnology)是应用生命科学研究成果,通过人工设计,对生物体或生物的成分进行改造和利用的技术。在生物技术中,微生物的地位特殊而至关重要,可以说,生物技术的发展在很大程度上依赖于微生物学的进步。从传统的食品发酵技术,到现代的抗生素生产,微生物生理学与遗传学的研究均发挥了重要作用,提供了理论依据和技术支撑。同样,微生物生态学、微生物群体行为等的研究也为环境生物技术及农业生物技术的发展提供了支持。自上世纪50年代DNA双螺旋结构发现以来,分子生物学迅速发展,彻底革新了传统的生物技术,使以利用和改造微生物为主要手段的发酵工程技术,逐步发展成为基于重组DNA技术的酶工程、代谢工程等技术,并在进入组学时代后,进一步发展成为以基因组设计和创造为主要手段的合成生物学技术。生物技术的新成果已经越来越多地出现在日常生活中,影响和改变着人们的生活质量和方式。例如,利用大肠杆菌蛋白质表达系统,大量生产胰岛素等药物蛋白,保障和促进了人类健康。又如,通过改造能够合成大分子聚合物的微生物,使得利用微生物合成生物可降解塑料成为可能,为应对环境问题提供了新的解决方案。因此,微生物学研究促进了生物技术的发展,而生物技术在国民经济和社会发展中的重要地位又是微生物学进步的不竭动力。
、微生物学与人类健康
在自然界为数众多的微生物中,有极少数直接威胁着人类健康。人类与传染病的斗争正是与这些病原微生物的斗争。历史上,传染病曾给人类带来一次又一次的巨大灾难。罗马帝国和我国明朝的灭亡都与鼠疫的流行有关;1918-1919年的