微生物组（Microbiome）

微生物组是指特定环境（如人体肠道、土壤、海洋）中所有微生物（细菌、古菌、真菌、病毒等）及其遗传物质、代谢产物和生态功能的集合。它与宿主或环境相互作用，参与营养代谢、免疫调节、疾病防御及生态系统物质循环，是生命健康和环境稳定的重要调控者。

1. 主要成员

细菌：占主导地位（如肠道中的拟杆菌门、厚壁菌门）。

古菌：参与极端环境代谢（如产甲烷菌）。

真菌：分解复杂有机物（如酵母、霉菌）。

病毒（噬菌体为主）：调控宿主微生物群落结构。

2. 功能机制

营养代谢：

分解宿主无法消化的多糖（如膳食纤维→短链脂肪酸）。

合成必需维生素（如维生素K、B12）。

免疫调控：

训练宿主免疫系统（如Treg细胞分化），抑制病原体定植。

共生与拮抗：

通过竞争营养、分泌抗菌肽维持微生物群落平衡。

3. 宿主-微生物互作

肠-脑轴：微生物代谢物（如5-HT前体）通过迷走神经影响情绪与认知。

皮肤屏障：表皮葡萄球菌抑制金黄色葡萄球菌感染。

1. 医学与健康

疾病治疗：

粪菌移植（FMT）：治疗复发性艰难梭菌感染（有效率＞90%）。

益生菌/益生元：乳酸菌调节肠道菌群，缓解腹泻或肠易激综合征（IBS）。

癌症免疫治疗：

特定菌群（如双歧杆菌）增强PD-1抑制剂抗肿瘤效果。

代谢疾病：

调控菌群改善胰岛素抵抗（如阿克曼菌增加胰岛素敏感性）。

2. 农业与食品

土壤健康：

固氮菌（如根瘤菌）减少化肥使用，促进作物生长。

拮抗菌（如枯草芽孢杆菌）防治植物病害。

食品发酵：

乳酸菌发酵生产酸奶、泡菜，延长保质期并提升营养价值。

3. 环境修复

生物降解：

石油降解菌（如假单胞菌）清理原油污染。

塑料降解菌（如Ideonella sakaiensis）分解PET塑料。

污水处理：

活性污泥微生物降解有机污染物，净化水体。

4. 工业生物技术

生物燃料：

产乙醇菌群（如工程化酵母）转化纤维素为生物乙醇。

化学品合成：

微生物组工程生产丁酸、丙酸等工业原料。

精准调控技术：

开发噬菌体疗法靶向清除致病菌（如耐药大肠杆菌）。

合成微生物组：

设计人工菌群组合（如SynCom）实现特定功能（如固氮或解毒）。

大数据与AI整合：

宏基因组学结合机器学习预测菌群-宿主互作机制。