20世紀(jì)90年代以后，海洋微生物學(xué)研究逐步進(jìn)入到工程化研究時(shí)期。研究人員從海洋微生物中發(fā)現(xiàn)了大量具有特殊生理活性的天然化合物，如抗生素、生物毒素、酶抑制劑、酶、多糖、氨基酸、不飽和脂肪酸、維生素、色素以及具有抗病毒、抗腫瘤活性的物質(zhì)等，對(duì)其工程化研究和應(yīng)用的工作也如火如荼地展開了。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，眾多的海洋微生物可產(chǎn)生抗生素，其中包括鏈霉菌屬（Streptomyces）、別單胞菌屬（Alteromonas）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、微球菌屬（Micrococcus）、著色菌屬（Chromatium）、欽氏菌屬（Chainia）、芽孢桿菌屬（Bacillus）等菌及許多未定菌，產(chǎn)生的抗生素包括吡咯類、酯類、糖苷、醌類、縮肽類、萜類和生物堿類等，有些結(jié)構(gòu)類型從未在陸生菌中見過。日本發(fā)現(xiàn)約27%種屬的海洋微生物具有抗菌活性。有人發(fā)現(xiàn)，海洋微生物中14.1%的細(xì)菌、44.0%的放線菌、11.5%的真菌都具有不同程度的拮抗性。海洋動(dòng)植物體內(nèi)也含有多種以共生或互生方式生活的微生物。蘇聯(lián)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，20%～50%的海鞘、海參體內(nèi)的微生物可產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性和殺菌活性的化合物。有人估計(jì)，海綿中的共生微生物約占海綿體積的40%，可從中獲取多種生物活性物質(zhì)。例如，Kobayashi M.等從海綿體內(nèi)分離出一株弧菌，能夠產(chǎn)生一種新型的吲哚三聚體抗生素trisindoline；分離自海綿Stylotello agminata的水溶性六環(huán)二胍抗生素palaúamine，對(duì)鏈球菌、桿菌的作用明顯。Ayer等從貽貝組織勻漿液中分離到木霉屬真菌，能產(chǎn)生有抗菌活性的多肽類物質(zhì)peptaibols。

海洋微生物產(chǎn)生的抗病毒、抗腫瘤物質(zhì)也得到了廣泛深入的研究。Custafson等從海洋細(xì)菌中分離出一種大環(huán)內(nèi)酯類化合物madolactin，具有抗菌、抗病毒及抗癌作用。日本從海藻上分離到一株濕潤黃桿菌（Flavobacterium uliginosum），能產(chǎn)生對(duì)小鼠肉瘤180有明顯抑制作用的胞外多糖marinactam（MACT），其作用機(jī)制主要是激活巨噬細(xì)胞。分離自日本3000多米深海底底泥的Alteromonas haloplanktis在含有沙丁魚和魷魚粉的海水培養(yǎng)基中產(chǎn)生活性物質(zhì)—一種離子載體類產(chǎn)物bisucaberin，該產(chǎn)物在很小劑量（10mg/mL）的情況下，與巨噬細(xì)胞、纖維肉瘤1023等腫瘤細(xì)胞一起培養(yǎng)時(shí)，溶瘤細(xì)胞作用明顯。另外，海綿中存在有復(fù)雜的微生物群落，海綿中的抗癌物質(zhì)是由海綿中共生或共棲的細(xì)菌所產(chǎn)生的，已報(bào)道從這些細(xì)菌中可以分離出抗白血病、鼻咽癌的活性成分；從海魚胃內(nèi)容物、?？w內(nèi)等也分離出能夠產(chǎn)生抗腫瘤成分的鏈霉菌。

除分離出藥物先導(dǎo)化合物以外，海洋微生物還是開發(fā)新型酶制劑、生物材料等的重要來源。研究工作者已經(jīng)從海洋微生物中發(fā)現(xiàn)了幾丁質(zhì)酶、褐藻膠裂合酶、瓊膠酶、卡拉膠酶等海洋多糖降解酶，以及低溫蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶等。海洋生態(tài)環(huán)境差異很大，有高溫的深海熱液噴口，有低溫的南北兩極，此外海底還有一些高酸堿的區(qū)域，加之深海的靜壓，使這些極端環(huán)境微生物能夠產(chǎn)生出不同于陸地微生物的特有酶類。

隨著海洋資源得到逐漸深入的開發(fā)和利用，許多海洋毒素得到分離和純化。由于海洋毒素毒性較大，真正應(yīng)用到臨床醫(yī)藥上的尚不多，但實(shí)驗(yàn)證明，海洋毒素具有廣闊的應(yīng)用前景和開發(fā)價(jià)值。過去人們從海綿、海藻、海洋動(dòng)物體內(nèi)提取的毒素，已發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分的真正來源是海洋微生物，如河鲀毒素、?？舅?、石房蛤毒素、辛駿河毒素等。

此外，利用海洋微生物處理海洋環(huán)境污染也取得了很大的進(jìn)展，特別是在海洋石油污染的生物修復(fù)方面，國外在20世紀(jì)40年代就開展了細(xì)菌降解油污的研究，我國這方面的研究始于20世紀(jì)70年代末期。研究表明，在海洋中存在著大量能夠降解石油的微生物，它們的種類組成和土壤、淡水中降解石油微生物有很大不同。已報(bào)道能夠降解海洋石油污染物的微生物有200多種，分屬于70個(gè)屬，其中細(xì)菌有40個(gè)屬。能夠降解石油烴的細(xì)菌有假單胞菌屬（Pseudomonas）、弧菌屬（Vibrio）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、氣單胞菌屬（Aeromonas）、無色桿菌屬（Achromobacter）、產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）、腸桿菌科（Enterobacteriaceae）、棒桿菌屬（Coryhebacterium）、節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、微球菌屬（Micrococcus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）、諾卡氏菌屬（Nocardia）等。能夠降解石油烴的酵母菌有假絲酵母屬（Candida）、紅酵母屬（Rhodotorula）、畢赤酵母屬（Pichia）等。海洋中能夠降解石油烴的霉菌數(shù)量要少于細(xì)菌和酵母菌，主要有青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）、鐮孢霉屬（Fusarium）等。20世紀(jì)80年代末美國在Exxon Vadez 油輪石油泄漏的生物修復(fù)項(xiàng)目中，短時(shí)間內(nèi)清除了污染，治理了環(huán)境，是生物修復(fù)成功應(yīng)用的開端，同時(shí)也開創(chuàng)了生物修復(fù)在治理海洋污染物中的應(yīng)用。

自20世紀(jì)70年代以來，人們將目光進(jìn)一步投向廣闊大洋的深水和海底及沉積物或巖石中、下層的地殼圈，并成為海洋生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的焦點(diǎn)之一。一系列成果的取得使人們認(rèn)識(shí)到海底廣闊領(lǐng)域—由表層沉積物幾米到表面下800m的沉積物中均有生物存在。對(duì)這一范圍的探索及對(duì)一些跡象的推斷，使人們大膽地提出了海底深部生物圈（Subseafloor deep biosphere，縮寫為SFDB）這一概念，并使該生物圈年齡可上溯到1500萬年前。SFDB是深海微生物學(xué)研究的主要內(nèi)容和領(lǐng)域之一。它的重中之重是由深海（洋）地學(xué)和深海（洋）微生物學(xué)等生物學(xué)科相交叉而形成的邊緣科學(xué)，即深海（洋）地微生物學(xué)（deep sea geomicrobiology）。迄今相關(guān)研究及其前景吸引并推動(dòng)多學(xué)科學(xué)者的熱烈參與。

海洋微生物作為一種重要的生物資源，在研究與開發(fā)生物活性物質(zhì)和海洋藥物方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)：① 來源于海洋的微生物具有特異的遺傳和代謝特性，容易產(chǎn)生新的活性物質(zhì)；② 來源于陸地的海洋微生物經(jīng)過長期的環(huán)境適應(yīng)過程，其生理和代謝特征也發(fā)生了明顯的變化，因而能夠產(chǎn)生陸地微生物所不能產(chǎn)生的新型活性物質(zhì)；③ 海洋微生物往往與海洋動(dòng)植物存在共生或共棲關(guān)系，為提高宿主在海洋環(huán)境中的適應(yīng)性和生存力，常常產(chǎn)生抑制宿主競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的次生物質(zhì)，這類微生物產(chǎn)生抗生素的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非附生海洋微生物和陸地微生物；④ 與海洋動(dòng)植物相比，海洋微生物具有生長周期短、代謝易于控制、菌種易于選育及可通過大規(guī)模發(fā)酵實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)；⑤ 海洋微生物的開發(fā)不至于導(dǎo)致海洋生態(tài)環(huán)境失衡，更具有自然資源的可持續(xù)利用性。

雖然海洋微生物學(xué)的研究歷史較短，而以海洋微生物天然產(chǎn)物開發(fā)為主體的海洋微生物工程的研究仍處于起步階段，但是近年來已經(jīng)成為世界各國開發(fā)的熱點(diǎn)，有關(guān)海洋微生物及其代謝產(chǎn)物在活性天然產(chǎn)物利用、食品工程、新能源開發(fā)、生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域的研究報(bào)道層出不窮，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。海洋微生物資源非常豐富，但是國內(nèi)外在海洋微生物工程領(lǐng)域的總體研究水平尚存在不足，相信隨著細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、基因工程、分離工程等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，海洋微生物工程領(lǐng)域的研究一定會(huì)取得迅猛發(fā)展，為藍(lán)色經(jīng)濟(jì)建設(shè)產(chǎn)生強(qiáng)勁的助推力。

【注釋】

[1]本章由牟海津編寫。