微生物毒素是一類由微生物合成并釋放到寄主生物體內或生態環境中殺傷其他生物的有毒物質。根據這一定義，微生物毒素應該包括殺傷人、動物、植物和微生物由微生物合成的有毒物質。

然而，根據傳統，總是把殺傷微生物的這類有毒物質從毒素中劃分出去，稱作抗菌素，僅將毒傷人和動植物的微生物產物稱作微生物毒素。 各類微生物，包括病毒、細菌、真菌、藻類和原生動物等，都會合成微生物毒素。微生物毒素種類繁多、結構多樣、功能各異。目前已發現的細菌毒素有220 多種，真菌毒素不下200種。藻類和線蟲毒素多種。
此外，還發現病毒也可編碼微生物毒素。一般來說，細菌毒素大多為多肽和脂多糖類大分子化合物，而真菌毒素大多為一些小分子化合物。藻類與原生動物的毒素則有多肽，也有小分子毒素依照毒素的細胞學特性，又可將它們分為內毒素和外毒素。
內毒素是細胞壁的組成成分，只有當細胞破裂或溶解時才可釋放出來。外毒素則是在細胞生長期間從完整細胞中釋放出來的代謝產物。一般來說，外毒素有著比內毒素更強的毒性。
微生物千姿百態，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結構發生不良變化。當然有些微生物是有益的，它們可用來生產如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必須通過顯微鏡放大約1000 倍才能看到。比如中等大小的細菌，1000個疊加在一起只有句號那么大。

微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發霉腐爛，但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青霉菌抑制其它細菌的生長中發現了青霉素，這對醫藥界來講是一個劃時代的發現。后來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰中挽救了無數人的生命。
一些微生物被廣應用于工業發酵，生產乙醇、食品及各種酶制劑等；一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等，并且可再生資源的潛力極大，稱為環保微生物。
還有一些能在極端環境中生存的微生物，例如：高溫、低溫、高鹽、高堿以及高輻射等普通生命體不能生存的環境，依然存在著一部分微生物等等。看上去，我們發現的微生物已經很多，但實際上由于培養方式等技術手段的限制，人類現今發現的微生物還只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
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