世界上第一台光學顯微鏡發明於1590年間，它開啟了人類從未觀察到的另一大片天地。利用它，虎克（Robert Hooke）觀察了各種植物的標本，其中描述他觀察到切薄的軟木塞片中有很多蜂巢狀的格子，這些格子就是現在我們現在所稱的細胞。慢慢的技術進步，續而發現細菌、黴菌、病毒等，同時也了解到這些小單位的功能。現在我們已經能夠對這些小單位做部分的控制，利用它們來改善我們的生活。

 

細菌的工業運用

在工業上，我們知道細菌具有生長快速及基因操控容易的優點，是個絕佳的操作平台。運用的方式分為代工生產及直接使用。

 

代工生產講的事是利用基因轉殖或生理調控，讓細菌生產我們生活中所使用的原料，像是用於清潔劑中的蛋白酶及脂肪酶，平價營養補充品中的維生素，保養品或醫療器中使用的玻尿酸，食品添加劑中的風味劑、天然色素等都是用細菌幫我們生產。另外像油脂轉化成甘油及生質柴油，澱粉及纖維素轉化成生質酒精的過程也需要數種不同的酵素協助。

 

目前工業上使用最廣菌種的是枯草桿菌(Bacillus)。以各種 Bacillus 屬細菌醱酵生產之酵素，佔全世界酵素產量百分之五十以上，根據統計每年的產值已超過所有酵素總產值 (USD$ 700-800 million) 的一半以上。

 

細菌的醫學生產應用

細菌除工業以外醫學上也有運用，我們可以將人的基因加以修飾，送入我們熟悉的菌體內（如大腸桿菌），讓細菌認識並且大量表現（生產）此一基因上所紀錄的物質（蛋白質），供人們當藥物使用。

 

全球第一家公開上市的基因技術公司Genentech，就是利用這個觀念，透過大腸桿菌生產人類所需要的蛋白質，他們最成功的產品是胰島素和生長荷爾蒙。早年胰島素的來源，都是從動物身上去萃取而來（例如豬、牛），而動物的胰島素跟人類有一定的差異，無法發揮最佳功效，同時又有引發過敏的風險，所以療效受限。而基因轉殖生產出的胰島素結構上跟人的一模一樣，大大提升治療的效果，也降低了生產成本。

 

細菌在新藥研發的角色

但細菌並無法滿足所有的需求，因為細菌結構簡單，許多複雜的分子它是沒有能力合成的，如抗體。而抗體生產已成為新藥開發、檢驗試劑使用、科學研究的關鍵。現今大都採用融合瘤細胞來生產單株抗體。

 

融合瘤細胞(Hybridoma)是指由 cancer cell及 B cell 所融合而成的細胞，主要是用於單株抗體的生產。最常用的 cancer cell是老鼠的 myeloma cell，與經免疫反應已分化為漿細胞的B cell (plasma B cell)。二者加以融合，這樣的細胞擁有B-Cell不斷分泌抗體，並維持癌細胞不死化的特殊機能。

 

一九九七年第一件單株抗體藥──Rituximab，成功通過美國FDA許可上市。迄今全世界研究中心及生物科技公司，為治療不同的癌症和其他疾病，都積極的策劃並研發單株抗體用藥。國內如亞諾法、普生、晶宇、睿嘉等許多生技公司都有自我研製單抗的能力，其中亞諾法還是擁有全球最大抗體庫的公司。

 

另一個新亮點是基因重組疫苗。現行的疫苗多來自於減毒或死亡的病原體，這樣的疫苗安全性不佳，有著病原體回復毒力，或是產生過敏的風險。這類的疫苗屬於預防性的，必須在感染前使用才有保護效力，並沒有治療能力。新一代的基因重組疫苗由於不包含病原體的遺傳物質，所以不會復活。生產過程利用細菌或是細胞發酵，不用雞蛋或其他動物，大大降低過敏風險，最重要的是某些狀態下的新疫苗是具有治療能力。如台大醫學院研究的HPV疫苗，瑞寶公司推出的豬藍耳病疫苗都是這一型的新疫苗。

 

益生菌的使用

除了利用細菌來加工作為工業與醫學生產，細菌的直接運用部分就更廣了，最為人們所熟知的就是益生菌了。

 

例如菲德氏菌它於嬰兒出生時即存在於腸道中，如果餵食母奶，嬰兒體內的比菲德氏菌可佔百分之九十五以上的優勢，因此餵母乳的嬰兒比較不容易拉肚子。LP-33可以做到免疫調節，降低過敏反應。雙歧桿菌可以結抗牙菌斑，抑制蛀牙的產生等等。

 

除了我們比較熟悉跟人體有關的益生菌，另外還有環境改良生物製劑，如光合細菌(Photosynthetic Bacteria)簡稱PSB，可利用於廢水處理的技術上。它能以水中的有機物汙染物作為光合作用中碳與氮的來源，消化後產生氧氣或固化含氮、碳等污染物。在廢水處理中，可以快速有效降低廢水的生化需氧量(BOD)與化學需氧量(COD)，污水處理能力遠超過以往的技術。

 

水產養殖中適度地添加光合菌，除了可以改善水質，降低有毒物質含量外，更可將水中的有機物消化利用，減少有機物的濃度穩定水色，同時形成水中的優勢菌。優勢菌數量一多就可以抑制其它病原菌的產生，疾病的發生率就會大幅降低了。如台灣的鰻魚與對蝦，以及其他淡水高經濟魚類，已大量使用光合細菌來提高養殖的效率。

而添加了光合菌水產養殖池中消化代謝後的廢泥，還可以當做有機肥料，因為光合細菌也可以改善連作障礙的土壤，且對植物病原性細菌及病原性病毒有顯著的抑制效果。尤其是水稻在幼穗形成期，使用光合細菌可促進稻米粒數。另外土地改良還可以使用枯草桿菌，由於其具有耐熱耐乾旱等能力，會產生60種以上不同對植物病原真菌和細菌具有拮抗作用的抗生素，使枯草桿菌成為在進行生物防治及促進植物生長時所使用的重要菌種。

 

結語

微生物產品已經成為我們生活的一部分，種類、功能及數量還會不斷的增加。不久的將來說不一定加入車中的生質柴油，或是氫燃料都可能由微生物來生產，藻類蛋白將可能取代肉類蛋白，化學電池將會消失由微生物電池取代，家中垃圾自行發酵處理，我們吃的食品是細菌先幫我們消化過的…，相信微物特攻隊將徹底改變我們的生活。