⑴ 科学家发现改写人类生命的微生物“暗物质”，未来将产生深远影响
人体是大约39万亿微生物的家园，它们的数量比我们自身拥有的细胞还要多。
科学家最近在人体微生物群中，发现了全新的生命形式——CPR细菌。它们看起来是如此的陌生，是科学家以前从未遇到过的。
更重要的是，这些正在改写人类生命之树的微生物“暗物质”，可能会对我们的 健康 产生深远影响。
法国巴黎皮埃尔和玛丽居里大学的进化生物学家埃里克·巴普泰斯特正在寻找某种新的生命形式，一种与我们以往所知完全不同的生命形式。
他认为，奇特的生命形式并不一定远在天边——只有在火星土壤中或月球海洋中才能找到，它们可能近在眼前，就存在于我们的身体里，只是它们像暗物质一样，一直没有被发现。
“生物学总是充满了惊喜。”巴普泰斯特说，“我们并没能对世界上所有DNA进行彻底的普查取样，因此，寻找和发现稀有奇特生物仍然大有可为。”
也许有人会认为，巴普泰斯特的努力将徒劳无益，毕竟，我们已经进入了2010年代，而不是1710年代，生物学家要在地球上再次发现新的生命分支已并非易事，更不用说是在我们熟悉的人体环境中了。
然而，他们错了。
微生物是生命催化剂
人体是大约39万亿微生物的家园，比我们人体自身拥有的30万亿细胞还要多。仅在我们的皮肤表面，每平方厘米就生存有约10亿个微生物。
今年早些时候的一项研究发现，多达2000种不同的微生物物种在人类肠道内繁衍生息。
多年来在我们的认知里，细菌都是有害的，因此我们一直都很讨厌这些微生物。但现在我们知道，我们身体里的许多微生物实际上是我们的“盟友”，它们与我们的 健康 息息相关。得益于新的科学技术，我们现在能够前所未有地看到这个人体“动物园”的细节详情。
几十年前，微生物学家还只能在实验室里培养微生物，来确定它们的身份、研究它们的作用。但大多数微生物无法通过这种方式培养和分析，这极大地限制了我们对微生物王国的了解进程。
如今，我们可以利用宏基因组学测序来解决这个问题，一些新技术可以根据微生物的DNA来确定其身份，只需要少量人类排泄物的样本就行，而不需要在培养皿中培养细菌。
一旦确定了微生物的DNA片段，我们就可以通过计算机软件，用这些片段来重建某种细菌的整个基因组。研究人员用这个方法，几乎每个月都能发现那些生活在我们体内或身体表面的新的未知微生物。
这些新发现偶然还会给我们带来意想不到的惊喜。美国加州大学伯克利分校的吉莉安·班菲尔德和纽约康奈尔大学的露丝·莱伊几年前发现了一种生存在人体肠道内的全新微生物群，这种新发现的微生物是蓝藻菌的近亲。蓝藻菌是对复杂生命进化至关重要的一种微生物，研究小组以希腊神话黑暗水域女神的名字将这种新发现的微生物命名为 “美莱娜菌”。
蓝藻菌是已知唯一一种能进行产出氧气的光合作用的有机生物体。
植物能进行光合作用，正是因为它们的细胞中结合了这种蓝藻菌。蓝藻菌的这种演化改变了地球大气的组成，从而为复杂生命的诞生铺平了道路。但蓝藻菌是如何进化的，至今仍是一个谜，主要是因为我们一直没能找到与它相关的微生物。
美莱娜菌填补了这一空白。微生物学家和地质学家为此提出，产生氧气的光合作用是在地球生命进化相对较晚的时间段里出现的。
更重要的是，美莱娜菌对于人体 健康 起着十分重要的作用。2018年的一项研究揭示，帕金森病患者肠道中的美莱娜菌数量比 健康 人要少得多。美莱娜菌在与蓝藻菌的竞争中占了上风，从而起到了保护我们的作用。
CPR细菌：第四种生命形式
地球上已知的三种生命形式为：真核细胞生物（包括我们熟悉的动植物以及微小的原生动物）、原核生物（单细胞生物体，包括细菌）和古生菌。
随着研究的深入，研究人员猜测，我们的身体里有可能还生存着第四种全新的生命形式。
我们的身体里生活着许多看起来像细菌一样的微生物，但实际上它们属于“古生菌”。古生菌通常只存在于一些极端环境中，如温泉和海底热液口。人体一度被认为不是这种简单生物体合适的栖息地，但去年一个研究小组在报告中称，在人体阑尾和鼻腔通道中发现了大量的这种古生菌。
巴普泰斯特和他的同事对人体排泄物样本进行基因测序后发现了不同寻常的DNA，提供了第四种神秘生命形式存在的线索。
早在2010年，一个研究小组在人类口腔微生物组里发现了属于罕见细菌TM7和SR1的基因物质。几年前，科学家在泥炭沼泽和河流沉积物中也分别发现了TM7和SR1。
2013年，一个研究小组从一个污水处理场收集到了TM7的完整基因组。由班菲尔德领导的另一个研究小组也从地下水中获得了TM7和SR1的完整基因组。他们发现，这种生物体的基因组小得令人惊讶，大约只有大肠杆菌基因组的四分之一大小，如此小的基因组似乎缺少独立生命存在必不可少的一些基因，这也许意味着这些微生物可能只有在与其他细胞共生的生态环境下才能生存下来。
科学家发现新生命形式：较大细菌边上是新发现的超小细菌
近年来，研究人员不断获得更多关于这些奇特微生物的信息。2015年，班菲尔德的研究小组在电子显微镜下发现，这些微生物小得令人难以置信，单个细胞的长度只有几百纳米（1纳米即1毫微米，为十亿分之一米）。令生物学家惊讶的是，它们虽很小，但仍然拥有细胞的正常功能。
在此之后，研究人员有了更多意想不到的好消息。班菲尔德和她的同事对近800种细菌（包括TM7和SR1）的小基因组进行了研究分析后发现， 这些细菌都属于新生命树图谱中的一个神秘分支，叫做候选门辐射类群（简称CPR） 。据班菲尔德和她的同事猜测，CPR可能占了细菌多样性的一半之多。
我们体内似乎生存着一些非比寻常的微生物。“这是我们刚刚才认识到的新的生命形式，一种拥有极小基因组的超小细菌。”华盛顿大学的杰弗瑞·麦克林说。这种可能被定义为第四种生命形式的CPR细菌，更新了我们对生命树图谱的认识，也将对我们了解人体微生物产生深远影响。
事实上，人体内已经发现了三种CPR细菌，即分别在人体口腔、肠道和阴道内发现的TM7，SR1和GN02。如今我们知道，在尼安德特人体内也存在这些微生物。研究人员从4.8万年前尼安德特人牙齿矿物质沉淀物中，发现了几种CPR细菌菌株，其中包括我们称为TM7x的CPR细菌。
这些细菌在我们体内到底干了些什么呢？真相开始浮出水面，但并不是什么好消息。
CPR细菌在微生物群落中所占比例通常不超过1%，但某些疾病患者的体内，它们的数量会激增，包括炎症性肠道疾病。在严重牙龈疾病患者中，20%的人的口腔细菌群落中含有CPR细菌。但这些神秘的微生物真是导致这些 健康 隐患的罪魁祸首吗？为回答这个问题，哈佛大学福赛斯研究所的麦克林等研究人员决定进一步观察它们的行为。
麦克林领导的研究小组对从人体口腔中获取的TM7细菌进行培养，以便在显微镜下对这种微生物的生物学机制和行为进行仔细观察。迄今为止，TM7x菌株是唯一成功培养的CPR细菌。
细菌的共生机制及与疾病的关系
也许正是因为被CPR微生物寄生，才让某些细菌拥有了避免被免疫系统发现的能力。但目前这还只是一种推测，未经实验证实。
CPR细菌的培养不那么容易。麦克林和他的研究小组发现，TM7x菌株似乎只能和一种口腔细菌“龋齿放线菌”放在一起才能培养。显微镜下的培养物研究显示了这两种微生物的共生关系：微小的TM7x细胞寄生于较大的龋齿放线菌上。
微生物的这种寄生机制在大自然中并不罕见，但人体内一种细菌寄生在另一种细菌身上，则是首次被发现。
麦克林等人有证据表明TM7x能够杀死龋齿放线菌细胞，但它们的这种寄生关系却奇怪而复杂。有意思的是，当龋齿放线菌被TM7x寄生时，它们同时也获得了一种新的能力：避免被我们体内的免疫系统检测到。
这也许可以解释CPR细菌和一些疾病之间的关系，包括牙龈炎和肠道炎症等。
“CPR的发现是一个大惊喜，”巴普泰斯特说，这一发现可能具有重要意义。毕竟，我们刚刚才发现体内有一些微生物属于之前未知的一种生命分支，谁又能知道我们体内是否还潜伏着更多其他未知生命形式呢？
但巴普泰斯特同时指出，我们要面对的现实是，要确认这些生命形式的存在并非易事，而且需要时间。“发现新的生命形式比在已知生命形式中找到更多物种更困难，这将是一个漫长的 探索 过程。”他说。
“微生物丛林”的生态系统
在我们的身体表面和体内，生活着多样化的细菌群落，它们的种类和数量之多，超乎我们想象。它们就像是一个细菌丛林，交互作用并形成一个复杂的生态系统。
这种交互作用在三种主要生命形式中进行：真核生命、原核生物和古生菌。研究表明，在我们的肠道内，真核微生物假丝酵母帮助分解饮食中摄入的淀粉，释放瘤胃球菌发酵的单糖，然后通过细菌发酵产生甲烷短杆菌——一种在人体排泄物中大量繁殖的古生菌。
“这些细菌产生的副产品和废物成为其他微生物的营养来源，这个生态系统只有通过细菌相互之间的依赖关系才起作用。”美国加州大学伯克利分校的吉莉安·班菲尔德说。
这种相互依存关系有时也会触发疾病。例如，当口腔细菌被奇怪的微小细菌寄生时，它们似乎会联合起来一起躲避免疫系统的监控，从而导致疾病。但人体微生物也能起到对 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讨厌的感染，但通过与具核梭杆菌的交互作用，酵母菌就能保持相对良性状态，不会对免疫细胞构成太大杀伤力。
对微生物的交互作用了解得越多，对于因微生物病原体导致的疾病就能找到更多的治疗方法。抗生素曾对人类 健康 起到了巨大作用，但同时也是一把双刃剑。“它们往往不分敌我，会杀死体内大多数细菌，而不仅仅是我们要对付的致病菌。”哈佛大学福赛斯研究所的微生物学家说。
我们或许可以破坏特定病原体与微生物群落中其他物种之间的重要生态相互作用，来对付特定目标。微生物学家的设想是，利用与病原体共存的微生物群的力量，来对某种特定疾病进行治疗。
作者：宇辰 编译
*文汇独家稿件，转载请注明出处。
⑵ 怎么分析微生物群落结构和多样性
微生物群落的种群多样性一直是微生物生态学和环境学科研究的重点。近几年来，微生物群落结构成为研究的热点。首先，群落结构决定了生态功能的特性和强弱。其次，群落结构的高稳定性是实现生态功能的重要因素。再次，群落结构变化是标记环境变化的重要方面。因此，通过对目标环境微生物群落的种群结构和多样性进行解析并研究其动态变化，可以为优化群落结构、调节群落功能和发现新的重要微生物功能类群提供可靠的依据。
从年代上来看，微生物群落结构和多样性解析技术的发展可以分为三个阶段。20世纪70年代以前主要依赖传统的培养分离方法，依靠形态学、培养特征、生理生化特性的比较进行分类鉴定和计数，对环境微生物群落结构及多样性的认识是不全面和有选择性的，方法的分辨水平低。在70和80年代，研究人员通过对微生物化学成分的分析总结出了一些规律性的结论，从而建立了一些微生物分类和定量的方法即生物标记物方法，对环境微生物群落结构及多样性的认识进入到较客观的层次上。在80和90年代，现代分子生物学技术以DNA为目标物，通过rRNA基因测序技术和基因指纹图谱等方法，比较精确地揭示了微生物种类和遗传的多样性，并给出了关于群落结构的直观信息。
1 传统培养分离方法
传统培养分离方法是最早的认识微生物群落结构和多样性的方法，自1880年发明以来一直到
现在仍被广泛使用。传统培养分离方法是将定量样品接种于培养基中，在一定的温度下培养一定的时间，然后对生长的菌落计数和计算含量，并通过在显微镜下观察其形态构造，结合培养分离过程生理生化特性的观察鉴定种属分类特性。培养分离方法采用配比简单的营养基质和固定的培养温度，还忽略了气候变化和生物相互作用的影响，这种人工环境与原生境的偏差使得可培养的种类大大减少(仅占环境微生物总数的0.1%～10%[1])。而且，此方法繁琐耗时，不能用于监测种群结构的动态变化。
2 群落水平生理学指纹方法(CLPP)
通常认为微生物所含的酶与其丰度或活性是密切相关的。酶分子对于所催化的生化反应特异性很高，不同的酶参与不同的生化反应。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质，则这种酶-底物可作为此群落的生物标记分子之一，标记了某种群的存在。由Garlan和Mills[2]于1991年提出的群落水平生理学指纹方法(CLPP)是通过检测微生物样品对底物利用模式来反映种群组成的酶活性分析方法。具体而言，CLPP分析方法就是通过检测微生物样品对多种不同的单一碳源基质的利用能力，来确定那些基质可以作为能源，从而产生对基质利用的生理代谢指纹。由BIOLOG公司开发的BIOLOG氧化还原技术，使得CLPP方法快速方便。商业供应的BIOLOG微平板分两种：GN和MT，二者都含有96个微井，每一
128 生态环境 第14卷第1期（2005年1月）
微井平板的干膜上都含有培养基和氧化还原染料四唑[3]。其中，BIOLOG的GN微平板含有95种不同碳源和一个无碳源的对照井，而MT微平板只含有培养基和氧化还原染料，允许自由地检测不同的碳源基质[3]。检测的方法是：将处理的微生物样品加入每一个微井中，在一定的温度下温育一定的时间(一般为12 h)，在温育过程中，氧化还原染料被呼吸路径产生的NADH还原，颜色变化的速率取决于呼吸速率，最终检测一定波长下的吸光率进行能源碳的利用种类及其利用程度的分析[4]。
BIOLOG方法能够有效地评价土壤和其它环境区系的微生物群落结构[3~6]。其优点是操作相对简单快速，而且少数碳源即能区别碳素利用模式的差别[5]。然而，BIOLOG体系仅能鉴定快速生长的微生物，而且，测试盘内近中性的缓冲体系、高浓度的碳源及有生物毒性的指示剂红四氮唑(TTC)使得测试结果的误差进一步增大。姚槐应[5]的研究表明，应根据测试对象的特点（例如pH，碳源利用类型及利用能力）改进BIOLOG体系，并且，有必要研究更好的指示剂来取代TTC。
3 生物标记物方法
生物标记物(Biomakers)通常是微生物细胞的生化组成成分，其总量通常与相应生物量呈正相关。由于特定结构的标记物标志着特定类型的微生物，因此一些生物标记物的组成模式(种类、数量和相对比例)可作为指纹估价微生物群落结构。由于分类的依据是从混合微生物群落中提取的生化组成成分，潜在地包括所有的物种，因而具有一定的客观性。并且分析简便快速，适于定性甚至半定量地检测微生物体系的动态变化。20世纪80年代以来常用于研究微生物群落结构的生物标记物方法包括：醌指纹法(Quinones Profiling)、脂肪酸谱图法(PLFAs和WCFA-FAMEs)。测定时，首先使用合适的提取剂提取环境微生物样品中的这些化合物并加以纯化，然后用合适的溶剂制成合适的样品用GC或LC检测，最后用统计方法对得到的生物标记物谱图进行定性定量分析。
3.1 醌指纹法(Quinones Profiling)
呼吸醌广泛存在于微生物的细胞膜中，是细胞膜的组成成分，在电子传递链中起重要作用[7]。醌的含量与土壤和活性污泥的生物量呈良好的线性关系的研究表明，醌含量可用作微生物量的标记[8]。有两类主要的呼吸醌：泛醌(ubiquinone, UQ)即辅酶Q和甲基萘醌(menaquinone,MK)即维生素K[9]。醌可以按分子结构在类(UQ和MK)的基础上依据侧链含异戊二烯单元的数目和侧链上使双键饱和的
氢原子数进一步区分。研究表明，每一种微生物都含有一种占优势的醌[7]，而且，不同的微生物含有不同种类和分子结构的醌[9]。因此，醌的多样性可定量表征微生物的多样性，醌谱图（即醌指纹）的变化可表征群落结构的变化。
用醌指纹法描述微生物群落的参数[7]有：(1)醌的类型和不同类型的醌的数目；(2)占优势的醌及其摩尔分数含量；(3)总的泛醌和总的甲基萘醌的摩尔分数之比；(4)醌的多样性和均匀性；(5)醌的总量等。对两个不同的群落，由上述分析所得数据可以计算出另一个参数____非相似性指数(D)，用于定量比较两个群落结构的差异。
醌指纹法具有简单快速的特点，近几年来广泛用于各种环境微生物样品(如土壤，活性污泥和其它水生环境群落)的分析。
考察了醌指纹法分析活性污泥群落的分析精度，证明此方法是一种可靠的分析方法。然而，醌指纹法也存在一定的局限性，它不能反映具体哪个属或哪个种的变化。 3.2 脂肪酸谱图法(PLFAs、WCFA-FAMEs和其它方法)
从微生物细胞提取的脂肪类生化组分是重要的生物量标记物，例如，极脂(磷脂)、中性脂类(甘油二酯)可分别作为活性和非活性生物量的标记物[10]。更重要的是，提取脂类的分解产物____具有不同分子结构的混合的长链脂肪酸，隐含了微生物的类型信息，其组成模式可作为种群组成的标记。多种脂肪酸谱图法广泛用于土壤、堆肥和水环境微生物群落结构的分型和动态监测[11~13]。
常用的脂肪酸谱图法可分为两种：磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法和全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法[14]。二者分析的对象实质上都是脂肪酸甲酯，不同之处在于提取脂肪酸的来源不同。磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法提取的脂肪酸主要来源于微生物细胞膜磷脂即来源于活细胞，全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法提取的脂肪酸来源于环境微生物样品中的所有可甲基化的脂类即来源于所有的细胞（包括活细胞和死细胞）。因此，磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图法的优点在于准确，可靠；全细胞脂肪酸甲酯(WCFA-FAMEs)谱图法的优点在于提取简捷，所需样品量少。对多个环境微生物样品分析而言，先用WCFA-FAMEs谱图法预先筛选再用PLFAs法进行分析是提高效率的较佳选择。
脂肪酸谱图分析包括两种形式：一种是脂肪酸，采用GC分析仪达到分离不同结构的分子的目的；另一种是脂肪酸甲基化产物____脂肪酸甲酯，采用GC-MS分析仪进行不同分子的分离和鉴定。
⑶ 人体有多少种微生物
大约200种，其中约80种生活在人的口腔里。我们的身体是一座微生物工厂，每天生产出一千亿到一百万亿个细菌。在每平方厘米肠子表面上生活着一百亿微生物，而在每平方厘米皮肤表面生活着一千万个细菌。
在人的牙齿、咽喉和消化道里细菌的数量最多，数量超过皮肤表面一千倍。
⑷ 人体内有多少微生物
：细菌、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体以及病毒，它个体微小、种类繁多、与人类关系密切，
科学家们称，寄居在人身上的微生物约有200多种，其中有80种寄居在人们的口中。人的身体在某种意义上来说是一个各类车间俱全的微生物加工厂。我们的身体每年能产出1000亿至10亿个微生物。在我们的肠子上，每一平方厘米的地方就聚居着达100亿个微生物；在皮肤上，每平方厘米的地方聚居着达1000万个微生物。同时，我们的牙齿、喉咙和食道则更是微生物泛滥的乐园，这些部位积聚的微生物要比皮肤表面高数千倍。此外，我们的身体上还寄居着无数的依靠食用死皮肤细胞为生的对人体健康无甚大碍的螨虫。下面来看一下我们身体几个微生物主要聚集的部位
一、口腔
人类的口腔存在200多种微生物。比如粪大肠杆菌，它们是导致牙病和口气的罪魁祸首！还有导致龋齿的变形链球菌，引起疱疹病的疱疹病毒。人类出生时，口腔是无菌的，但在几小时到一天之内，口腔内即可出现一些菌群，据研究，在一个成人口腔中，唾液中的细菌至少是由三十多种菌属组成，这些细菌大多数来自舌背表面，少数来自其他部位的口腔粘膜。在牙菌斑及牙龈沟中，菌计数为2X1011个／克湿重菌斑。在正常情况下，口腔微生物与宿主口腔处于生态平衡状态。但由于体内、外环境因素的影响，可导致口腔内微生物菌群失调。正常口腔微生物若出现生态失调的变化，将出现种种口腔疾病，龋牙和牙周病就是口腔生态失调最常见的疾病。
二、皮肤
可能以下的情况像是恐怖片中的场景，但人类必须面对现实，这些都是真的：当我们关掉灯上床安歇时，我们的脸上立刻开始了一场盛大的宴会。细小而有八条腿的蜘蛛的远亲们——蠕形螨，从我们的皮肤中爬出来，它们从这根毛发跳到另一根毛发以寻求配偶。就这样，
早晨到来的时候，它们又头朝下钻进我们的皮肤中。
大约每四个人中就有一个人身上寄居着这种蠕形螨。这些蠕形螨寄居在他或她的睫毛和皮肤里。你可能通过与带有该种寄生物的人亲密接触，甚至只是共用一条毛巾就能被传染上。一旦这些微生物跑到你身上，它们就会吸附在毛发的基部或毛孔中。它们主要以皮脂腺分泌出的油脂为营养。尽管在显微镜下这些家伙看起来是如此的面目可憎，但科学家尚没有找到根除它们的办法。此外，人身上腋窝处生活着大量的金黄色葡萄球菌，它们消化人体的汗液，
并产生出一种带臭味的化学物质，这就是我们所熟知的体味(某些人身上严重些即为狐臭)
。而皮肤癣菌会大量聚集在人类的脚趾，特别是脚趾间，它们吃掉我们脚上的死皮肤，并导致发痒，形成足癣。
除了这些，人身上还有多种引发各种皮肤病的真菌。
三、肠道
人体内大约有100万亿个微生物，而其中大部分分布在肠道中，肠道中许多微生物是有益的，它们帮助人体处理复杂的化合物，还可以生成氨基酸和维生素，
因此肠道微生物的种类和数量与身体健康有着密切关系，甚至被认为对人的生命非常关键。肠道微生物帮助人从食物中摄取能量，肠道微生物群落的变化还可能与肠道疾病或肥胖症有关。
哈佛大学的基因组学家布鲁斯·比伦提出这样一种说法，我们身体中90%的细胞是细菌，或者说细菌的数量是人体细胞数量的9倍。这些细菌对人类来说大部分都有特定的功能，是正常生活不可或缺的。“我们不是个体，而是一群生物的集合体。我们人类体内的微生物，绝大多数对我们来说还是有益的。正确看待他们的价值，不断的研究与发现，才是人类对于体内微生物的正确的态度。