⑴ 科學家發現改寫人類生命的微生物「暗物質」，未來將產生深遠影響
人體是大約39萬億微生物的家園，它們的數量比我們自身擁有的細胞還要多。
科學家最近在人體微生物群中，發現了全新的生命形式——CPR細菌。它們看起來是如此的陌生，是科學家以前從未遇到過的。
更重要的是，這些正在改寫人類生命之樹的微生物「暗物質」，可能會對我們的 健康 產生深遠影響。
法國巴黎皮埃爾和瑪麗居里大學的進化生物學家埃里克·巴普泰斯特正在尋找某種新的生命形式，一種與我們以往所知完全不同的生命形式。
他認為，奇特的生命形式並不一定遠在天邊——只有在火星土壤中或月球海洋中才能找到，它們可能近在眼前，就存在於我們的身體里，只是它們像暗物質一樣，一直沒有被發現。
「生物學總是充滿了驚喜。」巴普泰斯特說，「我們並沒能對世界上所有DNA進行徹底的普查取樣，因此，尋找和發現稀有奇特生物仍然大有可為。」
也許有人會認為，巴普泰斯特的努力將徒勞無益，畢竟，我們已經進入了2010年代，而不是1710年代，生物學家要在地球上再次發現新的生命分支已並非易事，更不用說是在我們熟悉的人體環境中了。
然而，他們錯了。
微生物是生命催化劑
人體是大約39萬億微生物的家園，比我們人體自身擁有的30萬億細胞還要多。僅在我們的皮膚表面，每平方厘米就生存有約10億個微生物。
今年早些時候的一項研究發現，多達2000種不同的微生物物種在人類腸道內繁衍生息。
多年來在我們的認知里，細菌都是有害的，因此我們一直都很討厭這些微生物。但現在我們知道，我們身體里的許多微生物實際上是我們的「盟友」，它們與我們的 健康 息息相關。得益於新的科學技術，我們現在能夠前所未有地看到這個人體「動物園」的細節詳情。
幾十年前，微生物學家還只能在實驗室里培養微生物，來確定它們的身份、研究它們的作用。但大多數微生物無法通過這種方式培養和分析，這極大地限制了我們對微生物王國的了解進程。
如今，我們可以利用宏基因組學測序來解決這個問題，一些新技術可以根據微生物的DNA來確定其身份，只需要少量人類排泄物的樣本就行，而不需要在培養皿中培養細菌。
一旦確定了微生物的DNA片段，我們就可以通過計算機軟體，用這些片段來重建某種細菌的整個基因組。研究人員用這個方法，幾乎每個月都能發現那些生活在我們體內或身體表面的新的未知微生物。
這些新發現偶然還會給我們帶來意想不到的驚喜。美國加州大學伯克利分校的吉莉安·班菲爾德和紐約康奈爾大學的露絲·萊伊幾年前發現了一種生存在人體腸道內的全新微生物群，這種新發現的微生物是藍藻菌的近親。藍藻菌是對復雜生命進化至關重要的一種微生物，研究小組以希臘神話黑暗水域女神的名字將這種新發現的微生物命名為 「美萊娜菌」。
藍藻菌是已知唯一一種能進行產出氧氣的光合作用的有機生物體。
植物能進行光合作用，正是因為它們的細胞中結合了這種藍藻菌。藍藻菌的這種演化改變了地球大氣的組成，從而為復雜生命的誕生鋪平了道路。但藍藻菌是如何進化的，至今仍是一個謎，主要是因為我們一直沒能找到與它相關的微生物。
美萊娜菌填補了這一空白。微生物學家和地質學家為此提出，產生氧氣的光合作用是在地球生命進化相對較晚的時間段里出現的。
更重要的是，美萊娜菌對於人體 健康 起著十分重要的作用。2018年的一項研究揭示，帕金森病患者腸道中的美萊娜菌數量比 健康 人要少得多。美萊娜菌在與藍藻菌的競爭中佔了上風，從而起到了保護我們的作用。
CPR細菌：第四種生命形式
地球上已知的三種生命形式為：真核細胞生物（包括我們熟悉的動植物以及微小的原生動物）、原核生物（單細胞生物體，包括細菌）和古生菌。
隨著研究的深入，研究人員猜測，我們的身體里有可能還生存著第四種全新的生命形式。
我們的身體里生活著許多看起來像細菌一樣的微生物，但實際上它們屬於「古生菌」。古生菌通常只存在於一些極端環境中，如溫泉和海底熱液口。人體一度被認為不是這種簡單生物體合適的棲息地，但去年一個研究小組在報告中稱，在人體闌尾和鼻腔通道中發現了大量的這種古生菌。
巴普泰斯特和他的同事對人體排泄物樣本進行基因測序後發現了不同尋常的DNA，提供了第四種神秘生命形式存在的線索。
早在2010年，一個研究小組在人類口腔微生物組里發現了屬於罕見細菌TM7和SR1的基因物質。幾年前，科學家在泥炭沼澤和河流沉積物中也分別發現了TM7和SR1。
2013年，一個研究小組從一個污水處理場收集到了TM7的完整基因組。由班菲爾德領導的另一個研究小組也從地下水中獲得了TM7和SR1的完整基因組。他們發現，這種生物體的基因組小得令人驚訝，大約只有大腸桿菌基因組的四分之一大小，如此小的基因組似乎缺少獨立生命存在必不可少的一些基因，這也許意味著這些微生物可能只有在與其他細胞共生的生態環境下才能生存下來。
科學家發現新生命形式：較大細菌邊上是新發現的超小細菌
近年來，研究人員不斷獲得更多關於這些奇特微生物的信息。2015年，班菲爾德的研究小組在電子顯微鏡下發現，這些微生物小得令人難以置信，單個細胞的長度只有幾百納米（1納米即1毫微米，為十億分之一米）。令生物學家驚訝的是，它們雖很小，但仍然擁有細胞的正常功能。
在此之後，研究人員有了更多意想不到的好消息。班菲爾德和她的同事對近800種細菌（包括TM7和SR1）的小基因組進行了研究分析後發現， 這些細菌都屬於新生命樹圖譜中的一個神秘分支，叫做候選門輻射類群（簡稱CPR） 。據班菲爾德和她的同事猜測，CPR可能佔了細菌多樣性的一半之多。
我們體內似乎生存著一些非比尋常的微生物。「這是我們剛剛才認識到的新的生命形式，一種擁有極小基因組的超小細菌。」華盛頓大學的傑弗瑞·麥克林說。這種可能被定義為第四種生命形式的CPR細菌，更新了我們對生命樹圖譜的認識，也將對我們了解人體微生物產生深遠影響。
事實上，人體內已經發現了三種CPR細菌，即分別在人體口腔、腸道和陰道內發現的TM7，SR1和GN02。如今我們知道，在尼安德特人體內也存在這些微生物。研究人員從4.8萬年前尼安德特人牙齒礦物質沉澱物中，發現了幾種CPR細菌菌株，其中包括我們稱為TM7x的CPR細菌。
這些細菌在我們體內到底幹了些什麼呢？真相開始浮出水面，但並不是什麼好消息。
CPR細菌在微生物群落中所佔比例通常不超過1%，但某些疾病患者的體內，它們的數量會激增，包括炎症性腸道疾病。在嚴重牙齦疾病患者中，20%的人的口腔細菌群落中含有CPR細菌。但這些神秘的微生物真是導致這些 健康 隱患的罪魁禍首嗎？為回答這個問題，哈佛大學福賽斯研究所的麥克林等研究人員決定進一步觀察它們的行為。
麥克林領導的研究小組對從人體口腔中獲取的TM7細菌進行培養，以便在顯微鏡下對這種微生物的生物學機制和行為進行仔細觀察。迄今為止，TM7x菌株是唯一成功培養的CPR細菌。
細菌的共生機制及與疾病的關系
也許正是因為被CPR微生物寄生，才讓某些細菌擁有了避免被免疫系統發現的能力。但目前這還只是一種推測，未經實驗證實。
CPR細菌的培養不那麼容易。麥克林和他的研究小組發現，TM7x菌株似乎只能和一種口腔細菌「齲齒放線菌」放在一起才能培養。顯微鏡下的培養物研究顯示了這兩種微生物的共生關系：微小的TM7x細胞寄生於較大的齲齒放線菌上。
微生物的這種寄生機制在大自然中並不罕見，但人體內一種細菌寄生在另一種細菌身上，則是首次被發現。
麥克林等人有證據表明TM7x能夠殺死齲齒放線菌細胞，但它們的這種寄生關系卻奇怪而復雜。有意思的是，當齲齒放線菌被TM7x寄生時，它們同時也獲得了一種新的能力：避免被我們體內的免疫系統檢測到。
這也許可以解釋CPR細菌和一些疾病之間的關系，包括牙齦炎和腸道炎症等。
「CPR的發現是一個大驚喜，」巴普泰斯特說，這一發現可能具有重要意義。畢竟，我們剛剛才發現體內有一些微生物屬於之前未知的一種生命分支，誰又能知道我們體內是否還潛伏著更多其他未知生命形式呢？
但巴普泰斯特同時指出，我們要面對的現實是，要確認這些生命形式的存在並非易事，而且需要時間。「發現新的生命形式比在已知生命形式中找到更多物種更困難，這將是一個漫長的 探索 過程。」他說。
「微生物叢林」的生態系統
在我們的身體表面和體內，生活著多樣化的細菌群落，它們的種類和數量之多，超乎我們想像。它們就像是一個細菌叢林，交互作用並形成一個復雜的生態系統。
這種交互作用在三種主要生命形式中進行：真核生命、原核生物和古生菌。研究表明，在我們的腸道內，真核微生物假絲酵母幫助分解飲食中攝入的澱粉，釋放瘤胃球菌發酵的單糖，然後通過細菌發酵產生甲烷短桿菌——一種在人體排泄物中大量繁殖的古生菌。
「這些細菌產生的副產品和廢物成為其他微生物的營養來源，這個生態系統只有通過細菌相互之間的依賴關系才起作用。」美國加州大學伯克利分校的吉莉安·班菲爾德說。
這種相互依存關系有時也會觸發疾病。例如，當口腔細菌被奇怪的微小細菌寄生時，它們似乎會聯合起來一起躲避免疫系統的監控，從而導致疾病。但人體微生物也能起到對 健康 有益的作用。例如，口腔里的白色念珠酵母菌可引起令人討厭的感染，但通過與具核梭桿菌的交互作用，酵母菌就能保持相對良性狀態，不會對免疫細胞構成太大殺傷力。
對微生物的交互作用了解得越多，對於因微生物病原體導致的疾病就能找到更多的治療方法。抗生素曾對人類 健康 起到了巨大作用，但同時也是一把雙刃劍。「它們往往不分敵我，會殺死體內大多數細菌，而不僅僅是我們要對付的致病菌。」哈佛大學福賽斯研究所的微生物學家說。
我們或許可以破壞特定病原體與微生物群落中其他物種之間的重要生態相互作用，來對付特定目標。微生物學家的設想是，利用與病原體共存的微生物群的力量，來對某種特定疾病進行治療。
作者：宇辰 編譯
*文匯獨家稿件，轉載請註明出處。
⑵ 怎麼分析微生物群落結構和多樣性
微生物群落的種群多樣性一直是微生物生態學和環境學科研究的重點。近幾年來，微生物群落結構成為研究的熱點。首先，群落結構決定了生態功能的特性和強弱。其次，群落結構的高穩定性是實現生態功能的重要因素。再次，群落結構變化是標記環境變化的重要方面。因此，通過對目標環境微生物群落的種群結構和多樣性進行解析並研究其動態變化，可以為優化群落結構、調節群落功能和發現新的重要微生物功能類群提供可靠的依據。
從年代上來看，微生物群落結構和多樣性解析技術的發展可以分為三個階段。20世紀70年代以前主要依賴傳統的培養分離方法，依靠形態學、培養特徵、生理生化特性的比較進行分類鑒定和計數，對環境微生物群落結構及多樣性的認識是不全面和有選擇性的，方法的分辨水平低。在70和80年代，研究人員通過對微生物化學成分的分析總結出了一些規律性的結論，從而建立了一些微生物分類和定量的方法即生物標記物方法，對環境微生物群落結構及多樣性的認識進入到較客觀的層次上。在80和90年代，現代分子生物學技術以DNA為目標物，通過rRNA基因測序技術和基因指紋圖譜等方法，比較精確地揭示了微生物種類和遺傳的多樣性，並給出了關於群落結構的直觀信息。
1 傳統培養分離方法
傳統培養分離方法是最早的認識微生物群落結構和多樣性的方法，自1880年發明以來一直到
現在仍被廣泛使用。傳統培養分離方法是將定量樣品接種於培養基中，在一定的溫度下培養一定的時間，然後對生長的菌落計數和計算含量，並通過在顯微鏡下觀察其形態構造，結合培養分離過程生理生化特性的觀察鑒定種屬分類特性。培養分離方法採用配比簡單的營養基質和固定的培養溫度，還忽略了氣候變化和生物相互作用的影響，這種人工環境與原生境的偏差使得可培養的種類大大減少(僅占環境微生物總數的0.1%～10%[1])。而且，此方法繁瑣耗時，不能用於監測種群結構的動態變化。
2 群落水平生理學指紋方法(CLPP)
通常認為微生物所含的酶與其豐度或活性是密切相關的。酶分子對於所催化的生化反應特異性很高，不同的酶參與不同的生化反應。如果某一微生物群落中含有特定的酶可催化利用某特定的基質，則這種酶-底物可作為此群落的生物標記分子之一，標記了某種群的存在。由Garlan和Mills[2]於1991年提出的群落水平生理學指紋方法(CLPP)是通過檢測微生物樣品對底物利用模式來反映種群組成的酶活性分析方法。具體而言，CLPP分析方法就是通過檢測微生物樣品對多種不同的單一碳源基質的利用能力，來確定那些基質可以作為能源，從而產生對基質利用的生理代謝指紋。由BIOLOG公司開發的BIOLOG氧化還原技術，使得CLPP方法快速方便。商業供應的BIOLOG微平板分兩種：GN和MT，二者都含有96個微井，每一
128 生態環境 第14卷第1期（2005年1月）
微井平板的干膜上都含有培養基和氧化還原染料四唑[3]。其中，BIOLOG的GN微平板含有95種不同碳源和一個無碳源的對照井，而MT微平板只含有培養基和氧化還原染料，允許自由地檢測不同的碳源基質[3]。檢測的方法是：將處理的微生物樣品加入每一個微井中，在一定的溫度下溫育一定的時間(一般為12 h)，在溫育過程中，氧化還原染料被呼吸路徑產生的NADH還原，顏色變化的速率取決於呼吸速率，最終檢測一定波長下的吸光率進行能源碳的利用種類及其利用程度的分析[4]。
BIOLOG方法能夠有效地評價土壤和其它環境區系的微生物群落結構[3~6]。其優點是操作相對簡單快速，而且少數碳源即能區別碳素利用模式的差別[5]。然而，BIOLOG體系僅能鑒定快速生長的微生物，而且，測試盤內近中性的緩沖體系、高濃度的碳源及有生物毒性的指示劑紅四氮唑(TTC)使得測試結果的誤差進一步增大。姚槐應[5]的研究表明，應根據測試對象的特點（例如pH，碳源利用類型及利用能力）改進BIOLOG體系，並且，有必要研究更好的指示劑來取代TTC。
3 生物標記物方法
生物標記物(Biomakers)通常是微生物細胞的生化組成成分，其總量通常與相應生物量呈正相關。由於特定結構的標記物標志著特定類型的微生物，因此一些生物標記物的組成模式(種類、數量和相對比例)可作為指紋估價微生物群落結構。由於分類的依據是從混合微生物群落中提取的生化組成成分，潛在地包括所有的物種，因而具有一定的客觀性。並且分析簡便快速，適於定性甚至半定量地檢測微生物體系的動態變化。20世紀80年代以來常用於研究微生物群落結構的生物標記物方法包括：醌指紋法(Quinones Profiling)、脂肪酸譜圖法(PLFAs和WCFA-FAMEs)。測定時，首先使用合適的提取劑提取環境微生物樣品中的這些化合物並加以純化，然後用合適的溶劑製成合適的樣品用GC或LC檢測，最後用統計方法對得到的生物標記物譜圖進行定性定量分析。
3.1 醌指紋法(Quinones Profiling)
呼吸醌廣泛存在於微生物的細胞膜中，是細胞膜的組成成分，在電子傳遞鏈中起重要作用[7]。醌的含量與土壤和活性污泥的生物量呈良好的線性關系的研究表明，醌含量可用作微生物量的標記[8]。有兩類主要的呼吸醌：泛醌(ubiquinone, UQ)即輔酶Q和甲基萘醌(menaquinone,MK)即維生素K[9]。醌可以按分子結構在類(UQ和MK)的基礎上依據側鏈含異戊二烯單元的數目和側鏈上使雙鍵飽和的
氫原子數進一步區分。研究表明，每一種微生物都含有一種占優勢的醌[7]，而且，不同的微生物含有不同種類和分子結構的醌[9]。因此，醌的多樣性可定量表徵微生物的多樣性，醌譜圖（即醌指紋）的變化可表徵群落結構的變化。
用醌指紋法描述微生物群落的參數[7]有：(1)醌的類型和不同類型的醌的數目；(2)占優勢的醌及其摩爾分數含量；(3)總的泛醌和總的甲基萘醌的摩爾分數之比；(4)醌的多樣性和均勻性；(5)醌的總量等。對兩個不同的群落，由上述分析所得數據可以計算出另一個參數____非相似性指數(D)，用於定量比較兩個群落結構的差異。
醌指紋法具有簡單快速的特點，近幾年來廣泛用於各種環境微生物樣品(如土壤，活性污泥和其它水生環境群落)的分析。
考察了醌指紋法分析活性污泥群落的分析精度，證明此方法是一種可靠的分析方法。然而，醌指紋法也存在一定的局限性，它不能反映具體哪個屬或哪個種的變化。 3.2 脂肪酸譜圖法(PLFAs、WCFA-FAMEs和其它方法)
從微生物細胞提取的脂肪類生化組分是重要的生物量標記物，例如，極脂(磷脂)、中性脂類(甘油二酯)可分別作為活性和非活性生物量的標記物[10]。更重要的是，提取脂類的分解產物____具有不同分子結構的混合的長鏈脂肪酸，隱含了微生物的類型信息，其組成模式可作為種群組成的標記。多種脂肪酸譜圖法廣泛用於土壤、堆肥和水環境微生物群落結構的分型和動態監測[11~13]。
常用的脂肪酸譜圖法可分為兩種：磷脂脂肪酸(PLFAs)譜圖法和全細胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)譜圖法[14]。二者分析的對象實質上都是脂肪酸甲酯，不同之處在於提取脂肪酸的來源不同。磷脂脂肪酸(PLFAs)譜圖法提取的脂肪酸主要來源於微生物細胞膜磷脂即來源於活細胞，全細胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)譜圖法提取的脂肪酸來源於環境微生物樣品中的所有可甲基化的脂類即來源於所有的細胞（包括活細胞和死細胞）。因此，磷脂脂肪酸(PLFAs)譜圖法的優點在於准確，可靠；全細胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)譜圖法的優點在於提取簡捷，所需樣品量少。對多個環境微生物樣品分析而言，先用WCFA-FAMEs譜圖法預先篩選再用PLFAs法進行分析是提高效率的較佳選擇。
脂肪酸譜圖分析包括兩種形式：一種是脂肪酸，採用GC分析儀達到分離不同結構的分子的目的；另一種是脂肪酸甲基化產物____脂肪酸甲酯，採用GC-MS分析儀進行不同分子的分離和鑒定。
⑶ 人體有多少種微生物
大約200種，其中約80種生活在人的口腔里。我們的身體是一座微生物工廠，每天生產出一千億到一百萬億個細菌。在每平方厘米腸子表面上生活著一百億微生物，而在每平方厘米皮膚表面生活著一千萬個細菌。
在人的牙齒、咽喉和消化道里細菌的數量最多，數量超過皮膚表面一千倍。
⑷ 人體內有多少微生物
：細菌、真菌以及一些小型的原生生物、顯微藻類等在內的一大類生物群體以及病毒，它個體微小、種類繁多、與人類關系密切，
科學家們稱，寄居在人身上的微生物約有200多種，其中有80種寄居在人們的口中。人的身體在某種意義上來說是一個各類車間俱全的微生物加工廠。我們的身體每年能產出1000億至10億個微生物。在我們的腸子上，每一平方厘米的地方就聚居著達100億個微生物；在皮膚上，每平方厘米的地方聚居著達1000萬個微生物。同時，我們的牙齒、喉嚨和食道則更是微生物泛濫的樂園，這些部位積聚的微生物要比皮膚表面高數千倍。此外，我們的身體上還寄居著無數的依靠食用死皮膚細胞為生的對人體健康無甚大礙的蟎蟲。下面來看一下我們身體幾個微生物主要聚集的部位
一、口腔
人類的口腔存在200多種微生物。比如糞大腸桿菌，它們是導致牙病和口氣的罪魁禍首！還有導致齲齒的變形鏈球菌，引起皰疹病的皰疹病毒。人類出生時，口腔是無菌的，但在幾小時到一天之內，口腔內即可出現一些菌群，據研究，在一個成人口腔中，唾液中的細菌至少是由三十多種菌屬組成，這些細菌大多數來自舌背表面，少數來自其他部位的口腔粘膜。在牙菌斑及牙齦溝中，菌計數為2X1011個／克濕重菌斑。在正常情況下，口腔微生物與宿主口腔處於生態平衡狀態。但由於體內、外環境因素的影響，可導致口腔內微生物菌群失調。正常口腔微生物若出現生態失調的變化，將出現種種口腔疾病，齲牙和牙周病就是口腔生態失調最常見的疾病。
二、皮膚
可能以下的情況像是恐怖片中的場景，但人類必須面對現實，這些都是真的：當我們關掉燈上床安歇時，我們的臉上立刻開始了一場盛大的宴會。細小而有八條腿的蜘蛛的遠親們——蠕形蟎，從我們的皮膚中爬出來，它們從這根毛發跳到另一根毛發以尋求配偶。就這樣，
早晨到來的時候，它們又頭朝下鑽進我們的皮膚中。
大約每四個人中就有一個人身上寄居著這種蠕形蟎。這些蠕形蟎寄居在他或她的睫毛和皮膚里。你可能通過與帶有該種寄生物的人親密接觸，甚至只是共用一條毛巾就能被傳染上。一旦這些微生物跑到你身上，它們就會吸附在毛發的基部或毛孔中。它們主要以皮脂腺分泌出的油脂為營養。盡管在顯微鏡下這些傢伙看起來是如此的面目可憎，但科學家尚沒有找到根除它們的辦法。此外，人身上腋窩處生活著大量的金黃色葡萄球菌，它們消化人體的汗液，
並產生出一種帶臭味的化學物質，這就是我們所熟知的體味(某些人身上嚴重些即為狐臭)
。而皮膚癬菌會大量聚集在人類的腳趾，特別是腳趾間，它們吃掉我們腳上的死皮膚，並導致發癢，形成足癬。
除了這些，人身上還有多種引發各種皮膚病的真菌。
三、腸道
人體內大約有100萬億個微生物，而其中大部分分布在腸道中，腸道中許多微生物是有益的，它們幫助人體處理復雜的化合物，還可以生成氨基酸和維生素，
因此腸道微生物的種類和數量與身體健康有著密切關系，甚至被認為對人的生命非常關鍵。腸道微生物幫助人從食物中攝取能量，腸道微生物群落的變化還可能與腸道疾病或肥胖症有關。
哈佛大學的基因組學家布魯斯·比倫提出這樣一種說法，我們身體中90%的細胞是細菌，或者說細菌的數量是人體細胞數量的9倍。這些細菌對人類來說大部分都有特定的功能，是正常生活不可或缺的。「我們不是個體，而是一群生物的集合體。我們人類體內的微生物，絕大多數對我們來說還是有益的。正確看待他們的價值，不斷的研究與發現，才是人類對於體內微生物的正確的態度。