陌生专业里横冲直撞尝试听懂微生物语言

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  当初选择跨专业,我就是想尝试看看能否碰撞出不同的火花,而这个前提,是必须对新专业有全面深入的认识。
  从零开始认识一个近乎全新的领域,这个过程不算轻松,在写这篇文章的前一天,我的实验已经经历了近两个月的失败。每天早上五点起来,我便奔向实验室,查阅文献,向课题组的同事讨教,遗憾的是大家都分析不出失败的原因,于是,我只好借鉴文献中他人的经验,一次次修改实验方案,昨天实验终于有了结果。长时间在黑暗中穿行的人,才更能明白曙光的意义。
  我庆幸自己选择了跨专业,也享受那种在陌生领域里“横冲直撞”的感觉,感受着新的专业知识带来的惊喜,胡适先生有一句话特别符合我的心境:“怕什么真理无穷,进一寸有一寸的欢喜。”随着我对微生物的了解,这样的欢喜越来越多。

初入微生物领域,惊喜


  与植物化学研究相比,微生物研究是滞后的。我们国家很早就将植物入药,前人积累了丰富的经验,一本本医书古籍上,记载了种种草药的性味归经和功效。后人则在此基础上,寻找其发挥某种疗效的主要活性成分,将这一种或一类具有很强活性的化合物进行分离纯化后,进一步做体外或者体内的活性药理实验。更深入的则会研究该化合物在体内是如何发挥作用的,将其研究彻底。
  微生物研究起步晚,是因为在列文虎克发明显微镜之前,没有人知道原来我们身边还有很多肉眼看不到的生命,并且无处不在,种类繁多、数量庞大。后来又有了基因测序技术,微生物的DNA或者RNA的碱基排列情况就非常明了了。如今又有了相关软件,通过分析微生物的遗传物质碱基排列,就可以预测出微生物可能合成的化合物。
  通过近半年的了解,我发现相对植物研究来说,微生物研究有着非常明显的优势。
  植物的生长周期不会太短,周期长的有好几年,植物才能长成并适用于科学研究,短的也得几个月。读硕士时我研究的植物,老师每年都得在六七月就开始购买,因为中草药讲究采收季节,某一个时节的某种植物,其体内积累的有效活性成分比较高,在这个时节采收更有利于研究。我本科研究的植物,早春还未发芽,因此别人都开始实验的时候,我只能看文献。和同学聊天,对方问:“你的实验做得怎么样了?”我只能回一句:“没开始呢,研究对象都还没长出来。”
  微生物则不一样,如今我经常用到的大肠杆菌,只要加入合适的培养基,在适宜的温度下进行培养,大约半个小时就会分裂出下一代。只要将培养瓶放到摇床上摇一个晚上,第二天就能收集到很多大肠杆菌,足够用于进一步的实验研究。对于微生物合成的化合物,一般培养三天,所收集到的化合物就足够用于科研分析了。
细菌固体培养基培养
待检测样品
细菌次级代谢产物

  微生物研究的另一个明显优势,就是微生物的遗传信息相对于植物或者人类来说太少了。
  基因庞大带来的好处就是某个基因的突变带来的影响很小,甚至可能压根就没有影响。像金银花,医书中记载它有清热解毒的作用,多年之后,我们依然能对现在栽培的金银花进行研究,因为其发挥主要作用的成分肯定还在。
  微生物就不一样了,它们有些只有一条DNA或RNA作为遗传物质,在这上面发生碱基的突变,可能会導致微生物合成的化合物种类发生改变,甚至可能对环境做出一系列反应。“细菌耐药性”我们非常熟悉,科研人员在努力寻找各种抗生素,去应对各种由细菌引起的疾病,但是用过一段时间之后,会发现效果没有一开始那么好,再进一步研究,发现原来细菌出现了耐药性,这是因为它们的遗传信息真的太少了,很容易就能对环境作出改变。当我们使用抗生素时,其实是在人为参与,对细菌进行了“适者生存”的选择,那些刚好发生突变产生了耐药性的细菌,被选择了下来。
  比对植物和微生物,我们会发现植物更稳定且保守。假设先人发现某种微生物可入药,那么多年后,也许这种微生物已经找不到踪迹了,也许还存在,但它们体内的遗传信息早就发生了变化,已经不能合成早前可治疗某种疾病的活性成分了。
  微生物的这种快速变化是一把双刃剑,让我们又爱又恨。比如它会让细菌产生我们不喜欢的耐药性,但在有些方面,它却让细菌给我们带来惊喜。有科学家专门对垃圾场中废弃塑料袋周边的微生物进行研究,发现有一种新的微生物,它进化出了一项新技能,它能将塑料袋作为能量来源。
  目前对微生物初步的认识,让我产生了很多新奇的甚至有些天马行空的想法,开阔了我的研究思路,是我跨专业的初步欢喜。

读懂微生物的语言


  人类有非常成熟的语言系统,动物也会发出各种声音用于信息的传递,跨专业后我才发现,其实微生物也有自己的语言。如何读懂它们的语言,是一项挑战,但一旦读懂了,就会给人类带来不可估量的益处。
  我目前研究的细菌,它产生的很多化合物里,有一些叫信号分子,这是细菌用于信息传递和交流的物质。细菌通过释放或者接收这些信号分子,完成它们的各项生命活动。
  前几天,我听了一个纳米物理学博士作的一个关于人体内细菌的语言的报告。日常生病了,我们总是在出现一些不舒服的症状之后,才会去医院进行检查,然后或打针或吃药以恢复健康。但有些疾病,是有遗传性的,我们可以进行预测。但是如今的监测手段,严格来说,还是相对滞后的,也就是当医学检测到该种疾病的时候,其实已经有点严重了,尤其一些来势汹汹的癌症,给医生和病人的时间不多。
  这个纳米物理学博士在介绍自己的研究时提到,她在医院里对一名有遗传病史的病人进行研究,监控病人体内的化合物种类以及含量变化。经过一段时间的监测后,她发现该病人体内某种化学物质含量逐渐上升,但是医生在做检查的时候,没发现病人的身体有任何异常。
  又过了几个月,被监测的化合物含量不断升高,病人肺部出现纤维状,而在该博士结束博士研究后不久,病人不幸去世了。该博士解释说,体内的微生物不会闲着,它们在不停地“说话”,通过信号分子交换各种信息,它们会在合适的时机大量繁殖,“建立自己的军队”,并在某一时刻,对人的身体发起进攻。如果我们能发现它们用于交换信息的物质,同时能监测这些物质的含量变化,就能在微生物攻击人体之前进行防御。当然这样的研究还有很长的路要走,需要大量的科学家去探索。
  通过查阅文献,我了解到一些植物在受到害虫侵袭时,会释放化学物质作为求救信号。这些化学物质在植物体内是怎样合成的,将来龙去脉了解清楚后,是否可以对植物表达有效成分进行调控,在分子水平的基础上,去提高植物对有效化学成分的合成,这也是我了解了微生物相关知识之后才开始的思考。
  对微生物领域的学习还在进行中,以后还会遇到各种各样的挫折,但是对于不同领域的认知,确实能有效地拓宽我的视野,给我带来全新的思考,期待接下来的博士课题研究会再有新的发现与惊喜。
  责任编辑:徐玲玲
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