地球是由一个个小的生态系统组成的超级巨大的生态系统。任何一个生态系统，都是由非生物成分和生物成分组成的。其中生物成分主要是由生产者、消费者和分解者构成。

生产者主要是植物：通过光合作用不仅为本身的生存、生长和繁殖提供营养物质和能量，而且它制造的有机物也是消费者和分解者唯一的能量来源

消费者主要是动物：摄食植物已制造好的有机物质，通过消化、吸收并合成自身所需的有机物质

分解者主要是具有分解能力的细菌等微生物：主要功能与光合作用相反，把复杂的有机物质分解为简单的无机物。

我们人类作为生态系统中的消费者，与生产者和分解者的关系可谓密不可分，息息相关。今天科技君想要分享一下人类和细菌的那些事儿。

一、细菌未被发现之前，已是危害人类生命健康的恶魔 在我国主要体现在先哲对传染性疾病的认识和预防。

如张仲景传中所载：“仲景宗族二百余口,自建安以来,未及十稔,死者三之二,维时大疫流行,而伤寒死者居其七,乃著《伤寒卒病论》十卷行于世。可见当时伤寒等诸热性传染性疾病何等的猖獗。

明代吴又可写出了我国第一部温病专著《温疫论》,首次提出具有强大传染作的“戾气”、“疠气”等病名。

清代是我国传染性疾病防治最为成熟时期,前后有吴鞠通著《温病条辩》、陈平伯著《外感温病论》、薛生白著《湿热病篇》、王孟英著《温过经纬》、叶天士著《外感温热篇》……

以上之概述足以说明我国先哲对传染性疾病防治所做出的巨大贡献,但也揭示了传统的防治对烈性传染性疾病的局限与无奈。

在国外，十四世纪时期饥饿、战争、瘟疫这些妖魔侵袭了欧、亚、非大地,特别是“黑色妖魔”----鼠疫,肆虐着欧洲及欧洲以外的大陆

黑色妖魔使许多昔日繁华的大城市变成了一个个寂静的坟场,往日车水马龙的街道变得杳无人迹。这个黑色的妖魔在全世界迅速漫游,从一个国家传到另一个国家,从一个城市发展到另一个城市,从一片农村蔓延到另一片农村。繁荣的城市一夜之间变得凄凉、恐怖,大片大片的农田变的荒凉。

当时这个“黑色妖魔”在欧洲的流行夺走了大约二千五百万人的生命。这是多么可怖的一幕,这个人类历史上空前阴森凄惨、耸人听闻的浩劫,给人们留下了至今难以抹去的记忆。

在当时,除鼠疫以外,白喉、霍乱、天花、伤寒……许许多多的传染病都在猖獗的吞噬着无数宝贵的生命。

二、细菌的发现和研究进程 谁是这些疾病传播的黑手？这些杀人妖魔究竟藏在那里？科学家、医生一代又一代付出了艰苦而顽强的努力,终于揭开了一个又一个千古之迷。

揭开细菌这微小的世界秘密的第一位功臣首归于荷兰人列文、虎克。出生于1632年荷兰德夫特的他，如饥似渴的自学了许多科学书籍,他学会了磨制玻璃眼镜片的工艺。最终他用第一架能放大三百倍的显微镜,第一次看到了此前从未看到过的世界,从此这些被肉眼所不能看到的微小生命被命名为“微生物”。

微生物的发现给人类科学的发展揭开了新的篇章,微生物对人类健康究竟能产生何种影响直到列文、虎克研制的显微镜问世100年后才开始有人研究。

1822年出生于法国的巴斯德,认真的研究了啤酒变酸、桑蚕大批死亡的机密,揭示这些当时视为不可思议的现象是细菌活动的结果,从此细菌对人类生活的影响发生了革命性的变化。

与巴斯德同一时代的德国细菌学家柯赫在显微镜的帮助下对微生物加深了认识,他创造性的发明了细菌的固体培养方法、大胆采用染色技术对细菌进行染色,增加了细菌的分辨率,这使日后对细菌的深化研究大开了方便之门。

1822年经柯赫艰苦不懈的努力肯定了结核病的真凶是结核杆菌；

1822年后德国细菌学家伽夫基确定了霍乱的病因；

1884年德国细菌学家吕弗来解开了白喉病的疑团；

1884年伤寒杆菌、破伤风杆菌真面目被揭示；

1886年德国医生弗兰克找到了肺炎珠菌；

1887年脑膜炎双珠菌被公布于世；

但是,人类与细菌的战斗关键性的突破是三大战役。第一战役是六0六的问世。打响第一战役的功臣应首推德国犹太人医学家、生物学家“幻想医师”欧立希。欧立希与他的忠实助手日本人秦佐八郎经过606次的试验终于找到了只杀伤被受试动物感染的微生物对受试动物没有伤害作用的新药物＿胂凡纳明，它对当时因螺旋体感染而患梅毒病的病人有着神奇的疗效。

遗憾的是,六0六这种药物毒性太大,它在问世之后不久,就暴露出了它的不少缺点,现代这种药物只存在药品研究历史档案之中。

第二战役是磺胺类药物的出现。1936年德国医生杜马克向细菌发起了第二次战役。他采用小白鼠作为受试动物,经过一次又一次的试验,一次又一次的失败,一次又一次的研究,终于试验室内所研制的一种黄白色粉末可以把受试动物从死亡的边缘挽救回来。杜马克将这种新的物质根据其化学结构定名为“磺胺”

磺胺药物被广泛应用以来,使无数在死亡线上挣扎,被细菌威胁的病人得到拯救。但是,磺胺类药物有着它自身的弱点,它对因链球菌所感染的疾病有很好的疗效,然而对于另一些凶恶的细菌所感染的疾病它却无能为力,再者细菌又极易对磺胺类药物产生耐药,使磺胺失去它强大的战斗作用。自二次世界大战爆发以来,数以万计的战士不是死于敌人的枪炮之下,而是被细菌夺去了宝贵的生命。形势所迫,需要研制更多,更好的有效抗菌药物,投入到新的战斗中去。

第三战役是青霉素的发现。人类对细菌的第三战役发起于1928年英国中部的伯利汉城,领导这次战役的是英国人细菌学家弗来明。

1929年的一天早晨,弗来明和平日一样认真观察他培养碟内培养的细菌,他无意中发现培养葡萄球菌碟子里的葡萄球溶化了,由空气中飞来的一种绿色霉菌繁茂的生长着。这对细菌学家本是司空见惯的事情,本可以不屑一顾,但弗来明多了一个反思,这有可能是一种非常强大的杀菌物质,才能使这些顽固的葡萄球菌被杀死。

他和他的两位助手李雷和克拉多克不是停留在理论的思索之中,而是立即将这种绿色的东西进行培养、提炼。经精心培养、提炼的新东西经过试验,发现具有强大的阻止葡萄球菌繁殖的能力,同时又证实这种新的东西是人类有史以来从未发现过的,对细菌最具有杀伤力的新物质。

11年后弗来明发表过的论文引起了英籍病理学家法劳来的重视,法劳来夜以继日的工作,经过无数次的培养提纯,终于在7941年生产较为理想的青霉素样品。

自青霉素被发现以来,相继而被发现种研制成功的抗生素如雨后春笋般涌现了出来,如链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、庆大霉素等等。

这些抗菌素的临床应用使往日猖獗一时的传染及感染性疾病得到了明显的控制。抗菌素对人类的功绩卓越,为了人类的健康研制抗菌素的科学家将永远镌刻在不朽的纪念碑上。

三、耐药超级细菌 正当人们庆贺,战胜传染性疾病喜讯一个接一个宣布的时候,地球上又出现了许许多多前所未有的,传染性更强的传染性疾病,如：1976年7月在非洲的苏丹和扎伊尔,突然爆发了前所未闻过“绿猴热”怪病,继而又是始发于非洲的“艾滋病”,这些疾病已夺去了地球上2000余万人的生命,至目前为止,全世界的科学工作者对它仍然一筹莫展,尚未有找到良好的对策。

同时，由于生态的变化,抗生素乱用及滥用,微生物在组织结构上也在不断的发生着变异,新的微生物也就不断的出现，比如：超级细菌（superbug）

是泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌，它的准确称呼应该是“多重耐药性细菌”。这类细菌能对抗生素有强大的抵抗作用，能逃避被杀灭的危险。

目前引起特别关注的超级细菌主要有：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐多药肺炎链球菌（MDRSP）、万古霉素肠球菌（VRE）、多重耐药性结核杆菌（MDR-TB）、多重耐药鲍曼不动杆菌（MRAB）以及最新发现的携带有NDM-1基因的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌等等。由于大部分抗生素对其不起作用，超级细菌对人类健康已造成极大的危害。

根据《抗菌药物耐药性报告》显示，超级细菌每年会导致约70万人死亡。如果未来超级细菌的抵抗性继续进一步发展恶化，细菌感染导致的死亡人数每年可能会增加到1000万人。目前，超级细菌已经开始打败了最强的一线抗生素多粘菌素，这种抗生素目前用于治疗感染耐药细菌的患者。

四、抗菌前沿新材料 1、合成高分子聚合物复合材料来治疗多种超级细菌

近日，来自IBM Research以及新加坡生物工程和纳米技术研究所（IBN）的团队创建了一类新的合成高分子聚合物复合材料，并希望可以治疗五种致命的耐药细菌。

IBM制造的合成高分子聚合物复合材料称为胍官能化聚碳酸酯的聚合物，该物质可以通过与细菌细胞结合，然后通过细胞膜转运到细胞质中发挥治疗作用。一旦该合成物进入细胞内，它们会引起细胞内容物（如蛋白质和基因）沉淀或以固体形式沉积，最终杀死细菌细胞，达到治愈的目的。

研究人员在感染了五种不同超级细菌（包括大肠杆菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA）的小鼠以及全身系统性感染的小鼠中测试了该药物的疗效。经过合成高分子聚合物复合材料治疗后的小鼠体内显示，相关细菌得到了消除，细菌感染的现象也得到了有效地治疗，并且仅存在“可忽略”的毒性副作用。这一系列的研究发现发表在了Nature Communications杂志上。

2、新型介孔抗菌材料磷酸锆

介孔磷酸锆属于纳米金属离子抗菌剂，其抗菌过程可以分为4个阶段：同微生物接触，同细胞膜相互作用并引起膜的透化，胞内杀死阶段，微生物死亡。

锆离子同微生物接触是抑菌或杀菌过程的一个必要条件。锆离子与细胞膜接触后破坏了细胞膜的完整性同时造成内容物的泄露。这是介孔磷酸锆发挥抗菌作用最重要的过程之一。

微生物细胞膜的通透性可能允许锆离子进入细胞内部与重要功能分子反应。锆离子可能使DNA不再随机分布在核区，而是在核区浓缩成紧张态，破坏了DNA分子的复制能力，从而影响遗传物质正常的复制及生物体的繁殖；

可能通过影响细胞的信号转导而使微生物不能正常地存活；可能通过产生自由基，进一步氧化细胞外膜使微生物死亡；极微小的粒径，可以进入微生物并与细胞中酶蛋白的巯基结合，使一些含巯基基团的酶失去性；等等。

总之，无论是破坏膜结构还是干扰内部代谢活动，或者几种效应相互作用，微生物的生长繁殖受到抑制，甚至完整的生命结构不复存在了，都会造成微生物的死亡

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