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荷兰发行微生物学100年邮票

    2011年6月27日,荷兰发行微生物学100年邮票一套6枚,邮票主题分别是:biodiesel/ algae生物柴油/藻类(四爿藻)(图1)、biogas /archaebacteria沼气/古细菌(甲烷八叠球菌属)(图2)、kaas/ melkzuurbacterie干酪/乳酸菌(乳酸乳球菌)(图3)、groenbemesting/ bacterie绿肥/细菌(根瘤菌)(图4)、penicilline/ schimmel青霉素/诗密尔组真菌(青霉)(图5)和dezinfectie/ bacteria virus消毒/细菌病毒(噬菌体)(图6)。6枚邮票的面值均为1欧元。荷兰邮政还相应发行了6枚极限片。
    第1枚邮票(生物柴油/藻类):利用海藻或工程微藻等藻类生物质生产生物柴油及生物质油, 为生物能源特别是生物柴油产业开辟了一条新的技术路径, 能有效解决生物燃料产业的原料瓶颈, 为生物燃料产业的健康、稳定、持续发展提供了新的发展道路。
    第2枚邮票(沼气/古细菌):产甲烷古菌可将无机或有机化合物厌氧转化成甲烷和二氧化碳,在沼气发酵、有机废弃物处理和全球大气中的甲烷释放等过程中起着重要作用。甲烷的生物合成是自然界碳素循环的关键链条,同时它又是导致全球变暖的第二大温室气体,其重要性不言而喻。


    第3枚邮票(干酪/乳酸菌):干酪是由牛奶经发酵制成的一种营养价值很高的食品。据历史推断,干酪作为食品已有9000年历史了。《圣经》上记载,干酪最早是从亚洲流传到欧洲,在罗马盛世传遍欧洲大地。在中世纪修道院的记录中系统地提到了干酪的制备方法,可见僧侣们为干酪制造业做出了很大的贡献。到了十九世纪中期,美国农场上开始出现了制造干酪的作坊,农场主们将过剩的牛奶制成了大批干酪以备保存。第一家干酪工厂是由杰西•维廉于1958年在美国纽约建成。乳酸乳球菌是乳制品发酵工业中重要的发酵剂,也是最为常用的诱导表达型宿主菌,具有重要的经济价值,是颇受关注的一种乳酸菌。
    第4枚邮票(绿肥/细菌):绿肥(green manure)是用作肥料的绿色植物体。绿肥是一种养分完全的生物肥源。种绿肥不仅是增辟肥源的有效方法,对改良土壤也有很大作用。根瘤菌是与豆科植物共生,形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。在固氮酶的作用下,根瘤中的类菌体将分子态氮转化为氨态氮,与此同时,每个根瘤就是一座微型氮肥厂,源源不断地把氮输送给植株利用。。豆科作物周围的土著根瘤菌数量很少,难以满足作物生长的需要。世界上的豆科作物都需要人工接种根瘤菌剂,根瘤菌剂给农作物生产的氮肥不会有环境污染,不需长途运输,使用过程中没有氮流失,而人工施用化学氮肥流失率往往大于50%。
    第5枚邮票(青霉素/诗密尔组真菌):青霉素是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素,是由青霉菌中提炼出的抗生素。青霉素是人类最早发现的抗生素,1928年英国伦敦大学圣玛莉医学院(现属伦敦帝国学院)细菌学教授弗莱明在实验室中发现青霉菌具有杀菌作用,1938年由麻省理工学院的钱恩、弗洛里及希特利(Norman Heatley,1911-2004)领导的团队提炼出来。弗莱明因此与钱恩和弗洛里共同获得了1945年诺贝尔生理医学奖。
    第6枚邮票(消毒/细菌病毒):细菌病毒(bacterial virus)是以细菌为宿主的病毒。细菌病毒的污染可能给发酵工业(如食品工业、抗生素工业等)造成很大损失,因此,消毒和防治这种污染是一项重要的工作。从这枚邮票的主题来看,好像细菌病毒只会给人类带来麻烦,一无是处似的。其实,噬菌体在促进了病毒学、分子生物学、遗传学的发展起着非常重要的作用。这也是世界上第一枚噬菌体邮票。下面着重说明噬菌体在病毒学、分子生物学、遗传学的发展所起的作用。
    噬菌体是在1907年和1909年分别由Twort和D.Herelle各自独立发现。噬菌体(bacteriophage, phage)是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒总称,因部分能引起宿主菌的裂解,故称为噬菌体。本世纪初在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。噬菌体具有病毒的一些特性:个体微小。噬菌体基因组含有许多个基因,但所有已知的噬菌体都是细菌细胞中利用细菌的核糖体、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖。一旦离开了宿主细胞,噬菌体既不能生长,也不能复制。
    噬菌体有严格的宿主特异性,只寄居在易感宿主菌体内,故可利用噬菌体进行细菌的流行病学鉴定与分型,以追查传染源。由于噬菌体结构简单、基因数少,是分子生物学与基因工程的良好实验系统。
    因为噬菌体主要由蛋白质外壳和核酸组成,所以,可以根据蛋白质外壳或核酸的结构特点对噬菌体进行分类。                                           (图6)
    迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的二十面体,这是因为正多面体是多面体里最简单的结构,搭建起来最容易,所以病毒喜欢采用正多面体的结构。而正多面体一共又只有五种,分别是正4, 6, 8, 12, 20面体,其中正20面体是最接近球形的,也就是在体积相同的情况下,需要更少的材料,更为节省。
    由于噬菌体可以将基因插入宿主DNA内的特性,使得它成为了重要的分子和遗传学研究工具。利用噬菌体,可以设计很多精巧的实验。下面,举出一项噬菌体应用的最具代表性的例子。
    1、证明DNA是遗传物质:1952年赫尔希(Hershey)和沙斯(Chase)两人利用噬菌体证明了DNA的遗传功能,为最终确立DNA是主要的遗传物质奠定了基础。他们把宿主细菌分别培养在含有硫35和磷32的培养基中,宿主细菌在生长过程中,就分别被硫35和磷32所标记。然后,赫尔希等人用T2噬菌体分别去侵染被同位素硫35和磷32标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖,裂解后释放出很多子代噬菌体,在这些子代噬菌体中,前者被硫35所标记,后者被磷32所标记。接着,他们用被硫35和磷32标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌,然后测定宿主细胞的同位素标记。当用硫35标记的噬菌体侵染细菌时,测定结果显示,宿主细胞内很少有同位素标记,而大多数硫35标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面;当用磷32标记的噬菌体感染细菌时,测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素磷32,而大多数放射性同位素磷32在宿主细胞内。以上实验表明,噬菌体在侵染细菌时,进入细菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质在细菌的外面。可见,在噬菌体的生活史中,只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。因此,DNA是遗传物质。
    2、在原苏联、中欧和法国,噬菌体都曾用作抗生素的替代品,作为医疗用品的时间超过90年。它们被看作是对于许多细菌的多重耐药性(英语:Multiple drug resistance)菌株可能的治疗。在1958年,我国第一位细菌学博士余贺教授,就利用噬菌体成功治疗了绿脓杆菌对烧伤病人的感染,成为微生物学界的一段佳话。这件事情还被拍成了一部名为《春满人间》的电影。
    3、噬菌体展示技术:1985年,Smith G P第一次将外源基因插入丝状噬菌体f1的基因Ⅲ,使目的基因编码的多肽以融合蛋白的形式展示在噬菌体表面,从而创建了噬菌体展示技术。该技术的主要特点是将特定分子的基因型和表型统一在同一病毒颗粒内,即在噬菌体表面展示特定蛋白质,而在噬菌体核心DNA中则含有该蛋白的结构基因。这项技术把基因表达产物与亲和筛选结合起来,可以利用适当的靶蛋白将目的蛋白或多肽挑选出来。近年来,随着噬菌体展示技术的日益完善,该技术在众多基础和应用研究领域产生的影响已日渐明显。
    4、 重组DNA技术:噬菌体主主要有双链噬菌体和单链丝状噬菌体两大类。双链噬菌体为λ类噬菌体,单链丝状噬菌体有M13、f1、fd噬菌体。 重组DNA技术中常用的噬菌体克隆载体主要有λ类噬菌体和M13噬菌体。λ 噬菌体是迄今为止研究得最为详尽的一种大肠杆菌双链DNA噬菌体。已经定位的λ 噬菌体基因至少有61个,其中一半左右参与了噬菌体生命周期的活动,我们称这类基因为λ 噬菌体的必要基因;另一部分基因,当它们被外源基因取代之后,并不影响噬菌体的生命功能,我们称这类基因为λ 噬菌体的非必要的基因。由外源基因取代非必要基因所形成的重组DNA,可以随着寄主大肠杆菌细胞一起复制和增殖,而且在其溶原周期中,它们的DNA是整合在大肠杆菌的染色体DNA上,成为大肠杆菌的一个组成部分。这是λ 噬菌体赖以发展作为基因克隆载体的一种重要特性。
    5、噬菌体的危害:噬菌体污染给发酵工业带来了严重危害,特别是在乳制品、L-谷氨酸、2-酮基-D-葡萄糖酸、抗生素工业等产品的生产中,噬菌体污染仍是导致发酵异常的主要原因。因此,建立有效的噬菌体防治策略显得尤为重要。  


 


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