正文 第11章 人類對微生物的利用(3 / 3)

大名鼎鼎的酵母菌是生產乙醇的主角。在缺氧的條件下,它能夠開動體內的一套特殊裝置——酶係統,把碳水化合物轉變成乙醇。近些年來人們又陸續發現,微生物王國中能夠製造乙醇的菌種還不少,比如有一種叫酵單孢菌的,它的本領比酵母菌還高,不僅發酵速度快,生產效率高,而且能更充分地利用原料,產出的乙醇要比酵母菌高出8倍多,成為更為理想的乙醇製造者。

在相當長的一段時間裏,甘蔗、甜菜、甜高粱等糖料作物和木薯、馬鈴薯、玉米等澱粉作物是微生物用來生產乙醇的主要原料,現在人們找到了一種廉價的原料,這就是纖維素。

纖維素在自然界裏大量存在,它也是碳水化合物,而且,許多綠色植物及其副產品,如樹枝樹葉、稻草糠殼等等,幾乎有一半成分是纖維素,用它們作原料可以說是取之不盡,用之不竭。當然,用纖維素作原料對酵母菌來說,將產生極大的困難,也就是說很難施展它的發酵本領。不過,從牛、羊等牲畜所以能吸收纖維素的研究中,人們早就發現,微生物中的球菌、杆菌、粘菌和一些真菌、放線菌,會分泌出一種能催化纖維素分解的酶,叫纖維素酶。用這種纖維素酶先把纖維素分解成單個葡萄糖分子,然後酵母菌就能把葡萄糖發酵變成乙醇了。更令人讚歎不已的是,有一種叫嗜熱梭菌的微生物,它們居然能一邊“吃”纖維素,一邊就“拉”出乙醇來,這樣就更簡單了。在日本和韓國等地,利用木黴和酵母菌協同作戰,也成功地用纖維素生產出了乙醇。

微生物利用纖維素作原料生產乙醇,為乙醇登上新能源的寶座鋪平了道路。有人把乙醇稱為“綠色的汽油”,因為這些原料都來自綠色植物。

14.吃汞大亨——假單孢杆菌

20世紀50年代初,日本水俁地區發生了一種病,這種病非常奇怪。患者開始感到手腳發麻,接著聽覺視覺逐漸衰退,最後神經失常,身體像弓一樣彎曲變形,痛苦而死。人們按地名把它稱為“水俁病”,因為當時誰也搞不清楚這是什麼病。經過醫學工作者幾年的努力,這個怪病的謎底終於揭開了:原來當地工廠排出的含汞廢水汙染了水俁灣,使那裏的魚蝦含汞量大大增加,人吃了這些魚蝦後,汞也隨之進入人體,當汞在人體內的含量積累到一定程度時,就會嚴重地破壞人的大腦和神經係統,產生可怕的中毒症狀,直到致人死亡。

人們曾試圖用物理的方法和化學的方法來製服汞化物,但效果都不太理想,因為汞化合物是一種極難對付的汙染物。最後還是請來了神通廣大的微生物。

在微生物王國裏生長著一批專吃汞的勇士,例如有一種名叫假單孢杆菌的,就是一員驍將。它們到了含汞的廢水中,不但安然無恙,而且還能把汞吃到肚子裏,經過體內的一套特殊的酶係統,把汞離子轉化成金屬汞,這樣,既能達到汙水淨化的目的,人們還可以想辦法把它們體內的金屬汞回收利用,可謂一舉兩得。

隨著工業的迅速發展,當今世界的城市人口的高度集中,大量的工業廢水和生活汙水便傾瀉到了江河湖海中。各種各樣的汙染物,使美麗的自然環境受到了嚴重的損害。而微生物王國中有不少成員,如為數眾多的細菌、酵母菌、黴菌和一些原生動物,事實上早已充當著淨化汙水的尖兵。它們“吃進”肚子裏許許多多的汙染物,通過各種酶係統的作用,有的汙染物被氧化成簡單的無機物,同時放出能量,供微生物生命活動的需要;有的汙染物被轉化、吸收,成為微生物生長繁殖所需要的營養物。正是經過它們的辛勤勞動,使得大量的有毒物質被清除了,又髒又臭的汙水變清了。有的還能變廢為寶,從汙水中回收出貴重的工業原料;有的把有害的汙水變成可以灌溉農田的肥料,化害為利。

15.藥壇新秀——幹擾素

你一定聽說過幹擾素吧?顧名思義,幹擾素是一種能起幹擾作用的物質。

美國的兩位科學家艾薩克斯和林登曼在1957年首先發現,當病毒感染人體後,受到病毒入侵的細胞會產生和釋放出一種蛋白質進行“自衛反擊”,幹擾和抑製病毒的“為非作歹”。這種蛋白質被稱為幹擾素。

這一發現使全世界的科學界受到極大地震動。許多國家的科研機構不惜將大筆資金投入研究。實驗證明,用幹擾素治療病毒引起的感冒、水痘、角膜炎、肝炎、麻疹等都有很好的療效。尤其令人震驚的是,幹擾素對癌細胞也有抑製作用。有些科學工作者還發現,幹擾素能喚起整個機體的防禦係統,對人體的免疫能力有刺激作用,提高機體的機能和作用,警覺地進入“戰備狀態”,從而大大地增強身體的抵抗力。有人預言,幹擾素可能將是未來時代藥品的新秀。

雖然幹擾素有如此神效,但是它的提取工作很困難,非常複雜。因為幹擾素隻有在受到病毒入侵的細胞中才能產生,而且數量極少。1979年芬蘭紅十字會和赫爾辛基衛生實驗用了4.5萬升(1升相當於一立方分米)人血,才煞費苦心地提煉到0.4克幹擾素。據法國醫療單位計算,醫治一位癌症病人需要花費5萬多法郎,治療一個感冒病患者需要花費1萬法郎。這樣看來,幹擾素可以說是世界上最昂貴的藥品之一了。

那麼,幹擾素可不可以從其他的動物血液中提取呢?實驗表明不行。因為幹擾素有很強的專一性,人體用的幹擾素隻能從人體細胞中取得,把從別的動物身上取得的幹擾素用到人身上,數量再多也沒有效果。人們正在積極尋找新的辦法。前不久,美國和瑞士的科學工作者分別宣布,他們已經采用基因工程的辦法,把人幹擾素基因移植到大腸杆菌細胞裏去,使大腸杆菌在新移植來的基因的指導下,合成我們所需要的物質——人幹擾素。

我們知道,微生物的一個特點就是繁殖快,而大腸杆菌在這方麵更是首屈一指。它一般20~30分鍾就能繁殖一代,24小時可繁殖70多代。而且大腸杆菌的食料簡單,來源豐富,培養並不困難。因此,用它們來生產幹擾素,不僅產量高,而且價格低廉,一旦付諸實施,微生物又將為人類的健康事業作出新的貢獻。

16.未來能源——微生物電池

現在,人類生活中的主要能源是煤炭、石油、天然氣。隨著人類社會的發展和生活水平的提高,需要消耗的能量日益增多。可是這些大自然恩賜的能源物質是通過千萬年的地殼變化而逐漸積累起來的,數量雖多,但畢竟有限。因此,人們終將麵臨發生能源危機的一天。

當然,人們獲取能源的途徑有很多。例如太陽能就是一個巨大的能源,此外像地熱、水力、原子核裂變都可以放出大量的熱能。試驗研究表明,利用微生物發電,向人們展示出美好的前景。

電池種類有很多,這個家族中的後起之秀是燃料電池。一般電池是由正極、負極、電解質三部分構成,燃料電池也是這樣:讓燃料在負極的一頭發生化學反應,失去電子;讓氧化劑在正極的一頭發生反應,得到從負極經過導線跑過來的電子。同普通電池一樣,這時候導線裏就有電流通過。

燃料電池可以用氫、聯氨、甲烷、甲醇、甲醛、乙烷等作燃料,以氧氣、雙氧水、空氣等為氧化劑。現在我們可以利用微生物的生命活動產生的所謂“電極活性物質”作為電池燃料,然後通過類似於燃料電池的辦法,把化學能轉換成電能,成為微生物電池。

氫、甲酸、氨等等是作為微生物電池的主要電極活性物質。目前,人們已經發現了不少能夠產氫的細菌,其中屬於化能異養菌的有30多種,它們能夠發酵糖類、醇類、有機酸等有機物,吸收其中的化學能來滿足自身生命活動的需要,同時把另一部分的能量以氫氣的形式釋放出來。有了這種氫作燃料,就可以製造出氫氧型的微生物電池來。

隨著宇宙飛船的升天,相信我們中的大部分人都想過這樣一個問題:在密閉的宇宙飛船裏,宇航員排出的尿怎麼辦?美國宇航局設計了一種巧妙的方案:用微生物中的芽孢杆菌來處理尿,產生出氨氣,以氨作電極活性物質,就得到了微生物電池,這樣既處理了尿,又得到了電能。一般在宇航條件下,每人每天排出22克尿,能得到47瓦電力。同樣的道理,也可以讓微生物從廢水的有機物當中取得營養物質和能源,生產出電池所需要的燃料。

雖然微生物電池目前還處在試驗研究的階段,但它預示著不久的將來,通過科學家的努力,微生物電池將給人類提供更多的能源。

17.去汙能手——蛋白酶

自從加酶洗衣粉這種新穎洗滌劑問世,人們再也不用為衣服上沾有各種汙漬煩惱了,不論是血漬、汗漬或食漬、油漬,隻要使用這種洗滌劑,便可洗得幹幹淨淨。

加酶洗衣粉這種獨特的洗滌能力,來自它所含有的蛋白酶。

蛋白酶是至今發現的2000多種酶中的一種。我們知道,酶不需要什麼特殊的設備和條件,在常溫常壓下就能使許多複雜的化學反應迅速完成,效率比普通催化劑高出千萬倍,因此它是一種具有非凡功能的生物催化劑。當然,各種酶都有各自的催化對象,其中,蛋白酶的專長則是能夠水解蛋白質。有人做過試驗,1克胃蛋白酶在2小時內,就能溶解50千克煮熟的雞蛋白。

和其他許多酶一樣,人們首先是從動植物體內提取蛋白酶,然後再把它用到生產、生活中去。但是用這種方法不但成本高、產量低,而且還受到動植物來源的限製,使酶的應用大受影響。直到人們發現,動植物體內的許多酶種都可以在小小的微生物體內找到,比如加酶洗衣粉用的蛋白酶,便是一種短小芽孢杆菌產生的,這才打開了新局麵。因為微生物的特點是繁殖快,產量高,生產原料來源豐富,大量培養並不困難,當然也不受地區、季節、氣候的限製,這就為酶的大規模生產和應用創造了有利條件。

有很多微生物能夠生產蛋白酶。大家族中的許多成員如放線菌、細菌和黴菌等,在生長繁殖和新陳代謝過程中都能產生蛋白酶,我們分別把它們稱為放線菌蛋白酶、細菌蛋白酶和黴菌蛋白酶。如按它們作用的最適酸堿度,又可分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶。

用量最多的微生物酶之一是蛋白酶。從工農業生產到日常生活,從醫學衛生到飲料食品,到處都有它們的蹤跡。比如豬、牛、羊皮製革時,首先要除去皮上的毛,然後才能進行加工鞣製成革。過去一直沿用灰堿法脫毛,操作繁重,工序複雜,是有名的髒、累、臭行業。自采用酶法脫毛,隻要用少量蛋白酶就能破壞毛囊,使毛脫落,大大簡化了工序,改善了勞動條件,還使原來汙染環境、對農作物有害的廢水,變成了很好的肥料。蛋白酶還可以使皮纖維進一步鬆散,除去皮纖維中的可溶性蛋白,給鞣製創造更為有利的條件。

現在,微生物為我們提供的酶已有好幾十種,已成為生產酶製劑的寶庫,在很多方麵取代了動植物酶製劑的生產。