微生物

微生物是植物生活的重要组成部分。

呼吸允许微生物通过电子转移到氧气或替代接受器如NO3−来最大化从营养物质中提取的能量（三磷酸腺苷）。

新菌株的移民，以及快速和短视的微生物进化，对贪婪生长但伤害宿主的共生体构成了持续的威胁，包括病原体和“作弊者”基因型，它们投资于自己的生长而不是使宿主受益。

新菌株的迁移，以及快速而短视的微生物进化，构成了共生体贪婪生长却伤害宿主的持续威胁。

为了进一步限制反向进化，宿主控制可以针对微生物的进化受限特征。

该工作得到了陈义华研究员团队、微生物资源与大数据中心的支持和帮助。

在实践中，影响微生物行为的机制也可能改变丰度和组成（图4B）。

除了监测微生物细胞的成分外，植物（27）和动物（28,29）的免疫系统还监测微生物组的代谢输出。

中国科学院微生物研究所刘宏伟研究员团队与刘双江研究员团队紧密合作，提出挖掘关键、核心肠道微生物的新策略。

当灵芝遇上肠道菌群：科学家发现灵芝活性衍生物抗脂肪肝新机制中国生物技术网发布时间：08-1215:24中国科学院微生物研究所

申请中国发明专利两项，充分体现了中科院微生物研究所学科综合优势。

刘宏伟/刘双江组CellReports发表肠道解木糖拟杆菌抗脂肪肝机制中国生物技术网发布时间：08-1209:11中国科学院微生物研究所

动物和植物免疫之间的相似之处令人瞩目：两者都使用多样化的模式识别受体（PRRs），这些受体结合许多相同的常见微生物特征（20,21），或识别病原体毒力对宿主细胞功能的影响（22）。

宿主PRRs与常见微生物特征的结合，称为病原相关分子模式（PAMPs）或微生物相关分子模式（MAMPs）（20,21），驱动一系列反应，这些反应可以重塑微生物组并帮助维持正常的宿主-微生物组关系（21,24）。

图1挖掘关键、核心肠道微生物的新策略

但在团队研究的有些树种中，木材中的微生物多样性与它生长的泥土中的微生物多样性重叠度低至3%。

佛罗里达大学的植物病理学家SamuelMartins说，这需要更多地了解木材中生活的微生物的功能，这是一个挑战，因为很少有微生物能在培养皿中生长。

一个谜题是木材中生活的微生物的起源。

但是关于健康木材内部生活的微生物知之甚少，而这些木材构成了巨大的生物量。

论文作者之一、深圳湾实验室助理研究员史燕妮介绍，研究团队总结了微生物天然产物在跨物种中互作取得的突破性发现。

该文章强调了微生物天然产物的本质功能，并提出了从“

与此一致的是，由于细菌种内替换事件，人类微生物组中的微生物基因型随时间变化（121,145），但对宿主的功能效应可能不会。

基于特征的歧视的一个显著例外是适应性免疫（39），它通过独特的化学签名识别微生物的基因型。

我们的微生物组是宿主控制和共生体进化之间永久紧张的结果，我们可以利用宿主的进化能力来调节微生物群来预防和治疗疾病。

应用包括诊断作用——其中宿主生理和控制的标志物在条件和个体之间可能比微生物组成更相似（28）（方框2）——但也用于预防和治疗疾病。

即使在正常情况下，肠道转运也可以降低微生物密度，这在小肠中很明显，那里的转运速度快，共生体密度低（64）。

强烈的竞争互动也可能破坏微生物组的稳定性，并在降低共生体生长速率时导致灭绝（113）。

该综述总结了研发团队获得的阶段性研究成果，并梳理了人体及其他陆地海洋动植物等生态位中，微生物活性天然产物的挖掘过程、生态功能及其在疾病治疗中的潜在价值，提出了基于“

事实上，宿主控制机制对复杂微生物群的力量表明，其中许多微生物群将提供治疗靶点来重塑微生物组，从而改善健康。

宿主控制机制对复杂微生物组的力量表明，许多宿主因素将提供重新塑造微生物组以改善健康的治疗目标。

生态互动还影响微生物组的生产力（91,113）和对病原体入侵的抵抗力（114），以及微生物群落如何响应如抗生素治疗这样的扰动（生态稳定性）。

换句话说，锰抗氧化剂越多，微生物对强烈辐射的抵抗力就越强。

先天免疫激活在健康的微生物组中具有重要功能，并与抗微生物肽表达相关（30），其中敲除关键抗微生物RegIIIγ，一种分泌的抗菌凝集素，导致微生物组侵犯小鼠的上皮层（31）。

该文章总结道，目前已从人类微生物中发现抗生素、蛋白质合成抑制剂以及蛋白酶抑制剂，包括了与抗癌药物阿霉素和硼替佐米结构相似的类药物分子；

因此，可以将宿主控制机制定义为那些至少部分为了抑制微生物组中有害或自私行为并促进宿主利益而进化的机制（3）（图1）。

一些抗微生物肽还能改变共生体的行为：哺乳动物抗微生物肽Y在小鼠肠道中抑制真菌念珠菌的菌丝（和侵入性）形态。

这些微生物群具有防止感染、提供营养、促进免疫发育甚至影响认知的能力，对健康至关重要。

同样，哺乳动物肠道中产生的胆汁酸可以强烈影响微生物的代谢，以阻止感染（66）。

它包括先天免疫，这是进化上古老的，检测微生物和感染的保守特征，以及适应性免疫，仅存在于有颌脊椎动物中，可以在宿主的生命周期内生成新的受体以识别特定的微生物菌株。

植物缺乏移动的免疫细胞和吞噬细胞，但包括程序性细胞死亡和抗微生物产品在内的机制同样用于限制和停止侵入性感染（21）。

一个生物的微生物群（microbiota），凭借其抵御感染、提供营养、促进免疫发展乃至影响认知能力的能力，对于健康功能至关重要。

在果蝇中，通过RNA干扰失调先天免疫会改变肠道中的共生体群落，导致一种肠道微生物占主导地位并增加宿主死亡率（46）。

此外，尽管粘附到密集粘液可能增加靠近上皮层的微生物密度，但理论工作预测，宿主可以通过增加粘液产生速率来保留从粘膜上剥离这些粘性共生体的能力（59）。

除了调节微生物组的组成，宿主可以直接影响常驻共生体的行为，以增加它从中获得的好处（图4C）。

另外，在人体内，微生物群落在消化食物、提供营养、调节免疫、保护胃肠道等关键生理过程中扮演着重要角色。

例如，人类的阴道微生物组在哺乳动物中是不寻常的，因为它由维持低保护性pH值的乳酸杆菌主导，这可能是通过宿主提供糖原来实现的（65）。

例如，婴儿早期接触各种微生物可以促进免疫系统的成熟，减少过敏性疾病的发生。

营养吸收：某些微生物能够帮助人体分解食物中的复杂物质，促进营养物质的吸收。

(D)生理学：宿主以强烈影响其共生体的方式控制其微生物组的生理学，例如通过逆流血流限制氧气，促进微生物发酵。

在某些微生物组中，氧气控制是至关重要的，它促进复杂碳水化合物和其他底物的发酵（28）。

相比之下，如北极熊这样的食肉动物拥有更简单的肠道形态，较不利于促进微生物发酵（150,151）。

这一过程创造了促进微生物发酵的条件（13,71），并限制了有害的兼性厌氧细菌和其他负面健康结果（28,71）。

例如，在细菌感染后，小鼠增加了胆汁酸牛磺酸的产生，这不仅将微生物组的组成向能够进行牛磺酸代谢的微生物物种转变（伙伴选择），还促进了那些能够进行该代谢的微生物的牛磺酸代谢（伙伴操纵）（图4）。

另一个有趣的可能是宿主可以操纵微生物组中细菌的细胞间信号传递以促进合作表型。

在人类结肠中，肠上皮细胞消耗这些产品，从而也消耗氧气并生成正反馈循环以进一步促进微生物发酵。

因此，人类微生物组等例子可以被概念化为“束缚的生态系统”，其中共生体在不同的生态群落中相互作用，这些群落受到宿主控制的强烈影响。

这些机制使宿主能够塑造微生物组的生态学和进化，并产生有益于宿主的微生物性状的自然选择。

宿主控制机制对复杂微生物组的力量表明，许多宿主因素将提供重新塑造微生物组以改善健康的治疗目标。

除了移民控制，宿主还可以通过影响已建立微生物的数量来获益（图4B）。

该综述总结了研发团队获得的阶段性研究成果，并梳理了人体及其他陆地海洋动植物等生态位中，微生物活性天然产物的挖掘过程、生态功能及其在疾病治疗中的潜在价值，提出了基于“

如果微生物的快速进化能够产生对微生物组内有益性状的自然选择，那么它就可以成为宿主控制的机会。

微生物组（microbiome）定义为微生物群加上相关的宿主因素，其众多潜在益处可以促成一种观点，即人类在他们的肠道内寄居着一个本质上有益的生态系统，主要由饮食调节。

因此，可以将宿主控制机制定义为那些至少部分为了抑制微生物组中有害或自私行为并促进宿主利益而进化的机制（3）（图1）。

人们对微生物组为其宿主提供的好处非常感兴趣。

事实上，宿主控制机制对复杂微生物群的力量表明，其中许多微生物群将提供治疗靶点来重塑微生物组，从而改善健康。

TLR信号传导在建立宿主与微生物组之间的关系中发挥关键作用，关键的TLR信号组件的遗传缺陷导致针对微生物组的异常适应性免疫（24）和由常见的微生物组成分驱动的侵袭性疾病（26）。