人類微生物組

人類微生物組

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該圖描繪了人類皮膚微生物群，以及各種細菌的相對患病率
的人類微生物是所有的聚集微生物群駐留在或人體組織和內生物流體與它們所在的相應解剖部位沿，[1]包括皮膚，乳腺，胎盤，精液，子宮，卵巢卵泡，肺，唾液，口腔粘膜，結膜，膽道和胃腸道。人類微生物群的類型包括細菌，古細菌，真菌，原生生物和病毒。雖然是微型動物也可以生活在人體上，因此通常不包括在此定義中。在基因組學的背景下，術語“ 人類微生物組 ” 有時用於指代駐留微生物的集體基因組。[2]然而，術語“ 人類基因組”具有相同的含義。[1]
人類被許多微生物定殖。傳統的估計是，平均人類居住的非人類細胞數量是人類細胞的十倍，但最近的估計已將該比率降低到3：1或什至幾乎相同。[3] [4] [5] [6]某些定居於人類的微生物是共生的，這意味著它們共存而不會對人類造成傷害。別人有互惠與人類宿主的關係。[2]：700 [7]相反，某些非致病性微生物會通過其產生的代謝產物（例如三甲胺）損害人體宿主，人體通過FMO3介導的氧化轉化為三甲胺N-氧化物。[8] [9]某些微生物會執行已知對人類宿主有用的任務，但大多數微生物的作用尚不清楚。那些預期存在且在正常情況下不會引起疾病的細菌有時被視為正常菌群或正常菌群。[2]
在人類微生物組項目承擔了測序人類微生物的基因組中，尤其側重於微生物，通常棲息於皮膚，口，鼻，消化道和陰道的項目。[2]它在2012年發布初始結果時達到了一個里程碑。[10]

術語[ 編輯]

儘管被廣泛稱為植物區系或 微生物區系，但這在技​​術上卻是用詞不當，因為根系植物群一詞與植物有關，而生物群係指特定生態系統中生物的總集合。最近，使用了更合適的術語“ 微生物群”，儘管它的使用並未掩蓋關於細菌和其他微生物的根深蒂固的用途和對菌群的認可。在不同的文獻中都使用了這兩個術語。[7]

相對數字[ 編輯]

截至2014年，流行媒體和科學文獻中經常報導，人體中的微生物細胞數量是人體細胞的10倍；該數字是基於以下估計：人的微生物組包含約100萬億個細菌細胞，成年人通常擁有約10萬億個人細胞。[3] 2014年，美國微生物學會發布了一個常見問題解答，其中強調微生物細胞的數量和人體細胞的數量均為估計值，並指出，最近的研究得出了有關人體細胞數量的新估計，大約37.2萬億，這意味著，如果最初估計的100萬億細菌細胞是正確的，則微生物與人類細胞的比例接近3：1。[3] [4]在2016年，另一個小組發布了該比率的新估計值，該比率大約為1：1（1.3：1，“在70公斤體重的標準男性人群中，不確定性為25％，差異為53％ ”）。[5] [6]

研究[ 編輯]

主條目：人類微生物組計劃
流程圖說明瞭如何在DNA水平上研究人類微生物組。
闡明人類微生物組的問題實質上是確定包括細菌，真核生物和病毒在內的微生物群落的成員。[11]這主要是使用基於DNA的研究完成的，儘管也進行了基於RNA，蛋白質和代謝物的研究。[11] [12]基於DNA的微生物組研究通常可以歸類為靶向擴增子研究或更近期的散彈槍 宏基因組研究。前者專注於特定的已知標記基因，主要在分類學上提供信息，而後者是一種完整的宏基因組學方法，也可用於研究該社區的功能潛力。[11]人類微生物組研究（而非其他宏基因組學研究）所面臨的挑戰之一是避免在研究中包含宿主DNA。[13]
除了簡單地闡明人類微生物組的組成之外，涉及人類微生物組的主要問題之一是是否存在“核心”，即是否存在大多數人類共享的一部分社區。[14] [15]如果有核心，則有可能將某些社區組成與疾病狀態相關聯，這是人類微生物組計劃的目標之一。已知人類微生物組（例如腸道微生物群）在單個受試者內以及在不同個體之間都是高度可變的，這種現像也在小鼠中觀察到。[7]
2012年6月13日，美國國家衛生研究院主任弗朗西斯·柯林斯宣布了人類微生物組計劃（HMP）的一個重要里程碑。[10]公告中附有在《自然》[16] [17]上發表的一系列協調文章以及公共科學圖書館的幾本期刊（PLoS）。通過使用基因組測序技術對健康人類的正常微生物組成進行作圖，HMP的研究人員創建了參考數據庫以及人類正常微生物變異的邊界。從242名美國健康志願者中，從15位（男性）至18位（女性）身體部位（例如嘴，鼻子，皮膚，下腸（凳子）和陰道）的組織中收集了5,000多個樣本。用DNA測序儀分析了所有的DNA，包括人類和微生物。通過鑑定細菌特異性核醣體RNA，16S rRNA提取微生物基因組數據。研究人員計算出，超過10,000種微生物物種佔據了人類生態系統，他們已經鑑定出81-99％的屬。

gun彈槍測序[ 編輯]

通常很難在細菌，古細菌和病毒的實驗室群落中進行培養，因此測序技術也可以用於宏基因組學。實際上，對特定微生物菌株的功能和特性的全面了解為治療發現和人類健康提供了巨大的潛力。[18]

樣品採集和DNA提取[ 編輯]

重點是收集一定數量的微生物生物量，該量足以進行測序並最大程度地減少樣品污染。因此，可以使用富集技術。特別是，DNA提取方法必須對每種細菌菌株都有好處，而不要具有易於裂解的細菌的基因組。機械裂解通常比化學裂解更可取，在製備文庫時，珠子跳動可能會導致DNA丟失。[18]

庫的準備和測序[ 編輯]

使用最多的平台是Illumina，Ion Torrent，Oxford Nanopore MinION和Pacific Bioscience Sequel，儘管Illumina平台因其廣泛的可用性，高產量和準確性而被認為是最有吸引力的選擇。沒有關於正確使用樣品量的指示。[18]

元基因組裝配[ 編輯]

使用了從頭方法；但是，它提出了一些需要克服的困難。在覆蓋範圍取決於每個基因組的豐度的特定團體; 如果測序深度不足以避免缺口形成，則低豐度基因組可能會發生斷裂。幸運的是，有特定於基因組的彙編器可以幫助您，因為，如果存在數百種菌株，則需要將測序深度增加到最大。[18]

重疊群分箱[ 編輯]

既不從該基因組的每個重疊群導出，也沒有提出的基因組的數量與樣品中是已知的先驗 ; 此步驟的目的是將重疊群分為物種。執行這種分析的方法可以是有監督的（具有已知序列的數據庫）或無監督的（直接在收集的數據中搜索重疊群）。但是，這兩種方法都需要一種度量標準來定義特定重疊群和必須放置該重疊群的組之間的相似性得分，以及將相似性轉換為組中分配的算法。[18]

處理後的分析[ 編輯]

統計分析對於驗證所得結果至關重要（ANOVA可用於確定組之間的差異）；如果將其與圖形工具配合使用，則結果易於可視化和理解。[18]
一旦組裝了一個基因組，就可以推斷出微生物組的功能潛力。這種類型的分析的計算挑戰比單個基因組更大，這是因為通常後基因組組裝者的質量較差，並且許多回收的基因不完整或片段化。在基因鑑定步驟之後，可通過將靶基因與直系同源物數據庫進行多重比對，將數據用於進行功能註釋。[19]

標記基因分析[ 編輯]

這是一種利用引物靶向特定遺傳區域並能夠確定微生物系統發育的技術。遺傳區域的特徵是高度可變的區域，可以進行詳細的鑑定。它由保守區界定，該保守區用作PCR中所用引物的結合位點。用於表徵細菌和古細菌的主要基因是16S rRNA基因，而真菌鑑定則是基於內部轉錄間隔物 （它的）。該技術快速且成本不高，並且能夠獲得微生物樣品的低分辨率分類。最適合可能被宿主DNA污染的樣品。所有DNA序列之間的引物親和力都不同，這可能會導致擴增反應過程中出現偏差。實際上，低豐度樣品容易出現擴增過度錯誤，因為在增加PCR循環的情況下，其他污染微生物的含量過高。因此，優化引物選擇可以幫助減少此類錯誤，儘管需要完全了解樣品中存在的微生物及其相對豐度。[20]
標記基因分析會受到引物選擇的影響；在這種分析中，最好使用經過良好驗證的協議（例如“ 地球微生物組計劃”中使用的協議）。標記基因擴增子分析的第一件事是消除測序錯誤。許多測序平台都是非常可靠的，但是大多數明顯的序列多樣性仍然是由於測序過程中的錯誤所致。為了減少這種現象，第一種方法是將序列聚類為操作分類單位（OTU）：此過程將相似的序列（通常採用97％的相似性閾值）合併為一個可以在後續分析步驟中使用的功能；但是，此方法將丟棄SNP因為它們將被群集到一個OTU中。另一種方法是寡聚分析（Oligotyping），它包括來自16s rRNA測序的位置特異性信息，以檢測微小的核苷酸變異以及區分密切相關的不同類群。這些方法的輸出是DNA序列表以及每個樣品而不是OTU的不同序列計數。[20]
分析中的另一個重要步驟是為數據中的微生物序列分配一個分類名稱。這可以使用機器學習方法來完成，該方法可以達到大約80％的屬水平精度。其他流行的分析軟件包使用與參考數據庫的精確匹配為分類分類提供支持，並且應提供更高的特異性，但靈敏度較差。未分類的微生物應進一步檢查細胞器序列。[20]

系統發育分析[ 編輯]

利用系統發育推斷的許多方法都將16SRNA基因用於古細菌和細菌，將18SRNA基因用於真核生物。系統發育比較方法（PCS）是基於微生物之間多個性狀的比較。原理是：它們之間有著密切的聯繫，它們共有的特質也就越多。通常，PCS與系統發育廣義最小二乘（PGLS）或其他統計分析結合使用可獲得更顯著的結果。在微生物組研究中，先祖狀態重建被用於為特徵未知的分類單元估算特徵值。這通常是使用PICRUSt來執行的，後者依賴於可用的​​數據庫。系統發育的研究人員根據研究類型選擇變量：通過選擇一些具有重要生物學信息的變量，可以減小要分析的數據量。[21]
系統發育感知距離通常使用UniFrac或類似工具（例如Soresen指數或Rao D）執行，以量化不同社區之間的差異。所有這些方法都受到水平基因傳輸（HGT）的負面影響，因為它會產生錯誤並導致遠處物種的相關性。有多種減少HGT負面影響的方法：使用多個基因或計算機工具來評估假定的HGT事件的可能性。[21]

類型[ 編輯]

細菌[ 編輯]

微生物（例如細菌和酵母菌）種群居住在人體各個部位的皮膚和粘膜表面。它們的作用構成正常，健康的人類生理學的一部分，但是，如果微生物數量超出其典型範圍（通常是由於免疫系統受損）或微生物繁殖（例如，由於不良的衛生或傷害），則通常沒有定殖的身體區域或無菌（例如血液，下呼吸道或腹腔）可能會導致疾病（分別引起菌血症/敗血症，肺炎和腹膜炎）。[ 需要醫學引用 ]
人類微生物組計劃發現，個體擁有成千上萬種細菌，不同的身體部位具有自己獨特的群落。皮膚和陰道部位的多樣性要比嘴和腸小，它們的豐富性最大。人體上給定部位的細菌組成因人而異，不僅在類型上而且在數量上也不同。在整個口腔中發現的同一物種的細菌具有多種亞型，它們傾向於在口腔中居住明顯不同的位置。甚至以前認為很容易理解的人類腸道中的腸型，也來自具有模糊分類群邊界的廣泛社區。[22] [23]
據估計，500到1000 種細菌生活在人體腸道內，但屬於短短門類：厚壁菌門和擬桿菌佔主導地位，但也有變形桿菌，Verrumicrobia，放線菌，Fusobacteria和藍藻。[24]
許多種類的細菌，如放線菌粘性和氏放線菌，住了口，在那裡他們被稱為粘性物質的一部分牌匾。如果未通過刷牙將其清除，則會硬化成牙結石（也稱為牙垢）。相同的細菌還分泌溶解牙齒琺瑯質的酸，導致牙齒腐爛。
該陰道菌群由不同的主要是乳酸菌種。人們一直認為，這些物種的最常見的是嗜酸乳桿菌，但後來被證明L. iners其實最為常見，其次是捲曲乳桿菌。其他乳酸桿菌在陰道內發現的簡氏乳桿菌，屬德彼利和氏乳桿菌。陰道菌群紊亂可導致感染，例如細菌性陰道病或念珠菌病（“酵母菌感染”）。

古細菌[ 編輯]

古細菌存在於人的腸道中，但是與該器官中細菌的多樣性不同，古細菌種類的數量卻受到更多限制。[25]占主導地位的群體是產甲烷菌，特別是史密斯甲烷微桿菌和斯塔曼甲烷菌。[26]但是，產甲烷菌的定殖是可變的，只有大約50％的人類容易檢測到這些生物。[27]
截至2007年，尚無明確的古細菌病原體實例，[28] [29]，儘管有人提出了某些產甲烷菌與人類牙周疾病之間的關係。[30]

真菌[ 編輯]

另請參閱：真菌（人）
真菌，特別是酵母，存在於人類腸道中。[31] [32] [33] [34]對這些念珠菌的研究最為深入，因為它們能夠在免疫功能低下甚至在健康宿主中成為致病菌。[32] [33] [34]酵母也存在於皮膚上，例如馬拉色菌屬[31]，它們在其中消耗皮脂腺分泌的油脂。[35] [36]

病毒[ 編輯]

另請參閱：人類病毒
病毒，尤其是細菌病毒（噬菌體），定居在各個身體部位。這些定植的部位包括皮膚，[37]腸，[38]肺，[39]和口腔。[40]病毒群落與某些疾病有關，並不能簡單地反映細菌群落。[41] [42] [43]

解剖區域[ 編輯]

主條目：人類菌群清單

皮膚[ 編輯]

主條目：皮膚菌群
一項針對十個健康人類的二十個皮膚部位的研究發現，十九個細菌門中有205個已鑑定屬，其中大多數序列分配給四個門：放線菌（51.8％），硬毛菌（24.4％），變形桿菌（16.5％）和擬桿菌（ 6.3％）。[44]在健康的人類皮膚上存在大量真菌屬，並且隨身體部位的不同而變化。但是，在病理情況下，某些屬往往在患病區域占主導地位。[31]例如，馬拉色黴菌是顯性過敏性皮炎和頂孢黴是頭皮屑患病的頭皮佔主導地位。[31]
皮膚是阻止病原微生物入侵的屏障。人的皮膚包含微生物，其駐留在皮膚內或皮膚上，並且可以是居住的或短暫的。人體中的微生物種類與皮膚類型有關。大多數微生物駐留在皮膚的表層細胞上，或者更喜歡與腺體結合。這些腺體（例如油腺或汗腺）為微生物提供了水，氨基酸和脂肪酸。另外，與油腺相關的常駐細菌通常是革蘭氏陽性的，並且可以致病。[2]

結膜[ 編輯]

結膜中通常存在少量細菌和真菌。[31] [45]細菌種類包括革蘭氏陽性球菌（例如葡萄球菌和鏈球菌），革蘭氏陰性球菌和球菌（例如嗜血桿菌和奈瑟球菌）也存在。[45]真菌屬包括念珠菌，曲霉和青黴菌。[31]所述的淚腺連續分泌，保持濕潤結膜，而間歇閃爍潤滑結膜和沖走異物。眼淚含有殺菌劑，例如溶菌酶，因此微生物很難在溶菌酶中存活並沉降在上皮表面。

胃腸道[ 編輯]

人體胃腸 菌群的色氨酸代謝（
）
上圖包含可點擊的鏈接
該圖顯示了腸道細菌從色氨酸生物合成生物活性化合物（吲哚和某些其他衍生物）的過程。[46]吲哚是由表達色氨酸酶的細菌從色氨酸產生的。[46] 產氣莢膜梭菌將色氨酸代謝為吲哚，然後代謝為3-吲哚丙酸（IPA），[47]一種高效的神經保護性抗氧化劑，可清除羥基自由基。[46] [48] [49] IPA與孕烷X受體結合 （PXR）在腸道細胞中，從而促進粘膜穩態和屏障功能。[46]之後的吸收從腸和分佈至腦，IPA賦予抗神經保護作用腦缺血和阿爾茨海默氏病。[46] 乳桿菌物種將色氨酸代謝為吲哚-3-醛（I3A），後者作用於腸道免疫細胞中的芳基烴受體（AhR），進而增加白介素22（IL-22）的產生。[46]吲哚本身觸發分泌的腸L細胞中的胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），並作為AhR 的配體。[46]吲哚也可以被肝臟代謝為硫酸吲哚酚，這種化合物在高濃度時有毒，並與血管疾病和腎功能不全有關。[46] AST-120（活性炭），腸內吸附劑，其通過口服，吸附吲哚，依次遞減血漿硫酸吲哚酚的濃度。[46]
主條目：人體胃腸道菌群
另請參閱：腸腦軸
在人類中，胃腸道微生物組的組成在出生時就已確定。[50] 由出生剖宮產或陰道分娩也影響腸道的微生物組合物。通過陰道管出生的嬰兒具有非致病性，有益的腸道菌群，與母親體內的菌群相似。[51]但是，剖腹產分娩的嬰兒的腸道菌群中含有更多的病原細菌，例如大腸桿菌和葡萄球菌，開發非致病性，有益的腸道菌群需要更長的時間。[52]
一些腸道之間的關係植物和人類不僅是共生（非有害共存），而是一種互利共生關係。[2]一些人類腸道微生物通過將膳食纖維發酵 成乙酸和丁酸等短鏈脂肪酸（SCFA），然後被宿主吸收，從而使宿主受益。[7] [53] 腸道細菌在合成維生素B和維生素K以及代謝膽汁酸，固醇方面也發揮著作用和異物。[2] [53] 它們產生像的短鏈脂肪酸和其它化合物的系統重要性激素和腸道菌群本身似乎功能等的內分泌器官，[53]和腸道菌群失調已經與炎性主機相關和自身免疫性疾病。[7] [54]
當飲食改變和整體健康改變時，人類腸道菌群的組成也會隨著時間而改變。[7] [54]甲系統評價 15人的隨機對照試驗從2016年7月發現，來自益生菌的某些市售菌株雙歧桿菌和乳桿菌 屬（長雙歧桿菌，短雙歧桿菌，嬰兒雙歧桿菌，瑞士乳桿菌，鼠李糖乳桿菌，植物乳桿菌和乾酪乳桿菌），每日口服劑量為10 9 –1010個 菌落形成單位（CFU），持續1-2個月，對某些中樞神經系統疾病  （包括焦慮症，抑鬱症，自閉症譜系障礙和強迫症）具有治療效果（即改善行為結果）， 並改善了某些方面記憶。[55]但是，也發現腸道菌群組成的變化與對健康的有害影響相關。在Musso等人發表的文章中，發現肥胖個體的腸道菌群比健康個體具有更多的硬毛和更少的擬桿菌。[56]此外，戈登等人所做的一項研究證實，引起肥胖的是微生物群的組成，而不是相反。這是通過將飲食誘發的肥胖（DIO）小鼠或瘦肉對照小鼠的腸道菌群移植到沒有微生物組的瘦肉無菌小鼠中來完成的。他們發現，在飼餵相同飲食的情況下，移植了DIO小鼠腸道菌群的小鼠的體內總脂肪明顯高於移植了瘦小鼠菌群的小鼠。[57]

尿道和膀胱[ 編輯]

在泌尿生殖系統似乎有一個微生物，[58] [59]這是在長期使用的標準臨床的光的意外發現微生物培養法檢測尿液中的細菌，當人們表現出的症狀尿路感染 ; 這些測試通常顯示不存在細菌。[60]似乎普通的培養方法不能檢測出通常存在的多種細菌和其他微生物。[60]截至2017年，排序方法用於鑑定這些微生物，以確定尿路問題患者和健康人群之間的微生物群是否存在差異。[58] [59]為了正確評估與泌尿生殖系統相對的膀胱微生物組，應直接從膀胱收集尿液標本，這通常是通過導管完成的。[61]

陰道[ 編輯]

主條目：陰道菌群
另請參閱：女性的下生殖道的微生物種類名單，細菌性陰道病微生物的名單，和陰道在懷孕菌群
陰道微生物群是指那些定殖在陰道中的物種和屬。這些生物在防止感染和維持陰道健康中起著重要作用。[62]絕經前婦女中發現的最豐富的陰道微生物來自乳桿菌屬，它們通過產生過氧化氫和乳酸來抑制病原體。[33] [62] [63]細菌種類的組成和比例取決於月經週期的階段。[64] [65] [ 需要更新 ]種族也會影響陰道菌群。在非洲裔美國婦女中，產生過氧化氫的乳桿菌的發生率較低，而陰道pH值較高。[66]性交和抗生素等其他影響因素也與乳酸菌的流失有關。[63]此外，研究發現，與安全套進行性交確實會改變乳桿菌的水平，並確實會增加陰道菌群內的大腸桿菌水平。[63]正常，健康的陰道微生物群的變化是感染的跡象，例如念珠菌病或細菌性陰道病。[63] 白色念珠菌會抑制白色念珠菌的生長。乳桿菌屬物種，而產生過氧化氫的乳桿菌屬物種抑制白色念珠菌在陰道和腸道中的生長和毒力。[31] [33] [34]
已在檢測到真菌屬陰道有念珠菌，畢赤酵母，散囊菌，赤，紅酵母，和黴等等。[31]

胎盤[ 編輯]

主條目：胎盤微生物組
直到最近，胎盤仍被認為是不育的器官，但已發現存在於胎盤組織中的共生，非致病性細菌和屬。[67] [68] [69]

子宮[ 編輯]

主條目：子宮微生物組
直到最近，婦女的上生殖道仍被認為是不育的環境。健康，無症狀的育齡婦女的子宮中有多種微生物。子宮的微生物組與陰道和胃腸道的微生物組明顯不同。[70]

口腔[ 編輯]

主條目：口腔微生物學
人口中存在的環境允許在那裡發現的特徵性微生物生長。它提供了水和養分的來源，以及適中的溫度。[2]口腔中的微生物粘附在牙齒和牙齦上，以抵抗從口腔到胃部的機械沖洗，而鹽酸會破壞酸敏感性微生物。[2] [33]
細菌會在生物膜的硬，軟口腔組織中積聚，從而使它們在口腔環境中粘附並奮鬥，同時免受環境因素和抗菌劑的侵害。[72]唾液起著關鍵的生物膜穩態作用，可通過分離生物膜堆積使細菌重新定型形成並控制生長。[73] 它還提供了養分和溫度調節的手段。生物膜的位置決定了其吸收的營養物質的類型。[74]
口腔細菌已進化出機制來感知其環境並逃避或修飾宿主。但是，高效的先天宿主防禦系統會不斷監視細菌定植，並防止細菌入侵局部組織。牙菌斑細菌與先天宿主防禦系統之間存在動態平衡。[75]
宿主口腔和口腔微生物之間的這種動態關係在健康和疾病中起著關鍵作用，因為它可以進入人體。[76] 健康的平衡表現出一種共生關係，其中口腔微生物會限制病原體的生長和附著，而宿主則為病原體的生長提供了環境。[76] [72]生態變化，例如免疫狀態的變化，常駐微生物的轉移和營養物的利用從相互關係變為寄生關係，導致宿主容易患口腔和全身性疾病。[72]諸如糖尿病和心血管疾病等系統性疾病與不良口腔健康有關。[76]特別令人感興趣的是口腔微生物在兩種主要的牙齒疾病中的作用：齲齒和牙周疾病。[75]牙周病原菌定植會導致過度的免疫反應，導致牙周袋-牙齒和牙齦之間的空間變深。[72]它充當受保護的富含血液的儲庫，其中含有厭氧性病原體的營養。[72]在身體各個部位的全身性疾病可能是由於口腔微生物繞過牙周袋和口腔膜進入血液而導致的。[76]
持續適當的口腔衛生是預防口腔和全身疾病的主要方法。[76]它降低了生物膜的密度，並降低了導致疾病的潛在病原細菌的過度生長。[74]然而，適當的口腔衛生可能還不夠，因為口腔微生物組，遺傳學和免疫應答的改變是發展慢性感染的一個因素。[74]使用抗生素可以治療已經傳播的感染，但對生物膜內的細菌無效。[74]

肺[ 編輯]

主條目：肺微生物組
就像口腔一樣，上下呼吸系統具有去除微生物的機械威懾力。杯狀細胞產生粘液，通過連續移動的纖毛上皮細胞捕獲微生物並將其移出呼吸系統。[2]此外，鼻粘液含有溶菌酶，具有殺菌作用。[2]上呼吸道和下呼吸道似乎有其自己的微生物群。[77]肺部細菌菌群屬於9主要細菌屬：普雷沃，鞘氨醇，假單胞菌，不動桿菌屬，梭桿菌屬，巨球形菌屬，Veillonella，金黃色葡萄球菌和鏈球菌。在呼吸道中一些被認為是“正常生物群”的細菌會引起嚴重的疾病，尤其是在免疫功能低下的人中；這些包括化膿性鏈球菌，流感嗜血桿菌，肺炎鏈球菌，腦膜炎奈瑟菌和金黃色葡萄球菌。[ 引用 ]組成肺部真菌基因組的真菌屬包括念珠菌，馬拉色菌，新肉絲酵母，釀酒酵母和曲霉菌等。[31]
在囊性纖維化患者中觀察到細菌和真菌屬在呼吸道中的異常分佈。[31] [78]他們的細菌菌群通常含有抗藥性且生長緩慢的細菌，這些病原體的發生頻率隨年齡而變化。[78]

膽道[ 編輯]

傳統上，膽道通常被認為是無菌的，膽汁中微生物的存在是病理過程的標誌。通過從正常膽管分配細菌菌株失敗證實了這一假設。2013年開始出現論文，表明正常的膽道微生物群是一個獨立的功能層，可保護膽道免受外源微生物的定植。[79]

疾病與死亡[ 編輯]

宏基因組學和流行病學研究均表明，人類微生物組在預防各種疾病（從2型糖尿病和肥胖症到炎症性腸病，帕金森氏病，甚至精神疾病，例如抑鬱症）中起著至關重要的作用。[80]腸道菌群與不同細菌之間的共生關係可能會影響個體的免疫反應。[81]儘管在嬰儿期，基於微生物組的治療也顯示出希望，最顯著的是用於治療耐藥性艱難梭菌感染[82]和糖尿病治療。[83]

癌症[ 編輯]

儘管癌症通常是宿主遺傳和環境因素引起的疾病，但微生物與約20％的人類癌症有關。[84]特別是對於結腸癌的潛在因素而言，細菌密度是小腸的 100萬倍，與小腸相比，結腸癌的發生率大約是小腸的 12倍，這可能對結腸中的微生物群具有致病作用和直腸癌。[85]微生物密度可用作評估結直腸癌的預後工具。[85]
微生物群可能通過三種廣泛的方式影響致癌作用：（i）改變腫瘤細胞增殖與死亡的平衡，（ii）調節免疫系統功能，以及（iii）影響宿主產生的因子，食品和藥物的代謝。[84]在邊界表面（例如皮膚，口咽和呼吸道，消化道和泌尿生殖道）出現的腫瘤中帶有微生物群。在腫瘤部位存在大量微生物並不能建立關聯或因果關係。取而代之的是，微生物可能會發現腫瘤中的氧氣張力或營養成分具有支持作用。特定微生物種群減少或氧化應激也可能增加風險。[84] [85]在地球上約10種30種微生物中，有10種被國際癌症研究機構指定為人類致癌物。[84]微生物可能分泌蛋白質或其他因子，直接驅動宿主細胞增殖，或可能上調或下調宿主免疫系統，包括以致癌作用的方式驅動急性或慢性炎症。[84]
關於免疫功能與炎症發展的關係，粘膜表面屏障易受環境風險的影響，必須迅速修復以維持體內平衡。受損的宿主或微生物群的適應力也會降低對惡性腫瘤的抵抗力，可能誘發炎症和癌症。一旦突破障礙，微生物可以通過各種途徑引發促炎或免疫抑製程序。[84]例如，與癌症相關的微生物似乎在腫瘤微環境中激活NF-κB信號傳導。其他模式識別受體，例如核苷酸結合寡聚化域樣受體（NLR）家族成員NOD-2，NLRP3，NLRP6和 NLRP12可能在介導結直腸癌中起作用。[84] 同樣，幽門螺桿菌由於在胃中驅動慢性炎症反應，因此似乎增加了患胃癌的風險。[84] [85]

炎症性腸病[ 編輯]

炎性腸病由兩種不同的疾病組成：潰瘍性結腸炎和克羅恩氏病，這兩種疾病均會導致腸道菌群破壞（也稱為營養不良）。這種營養不良以腸道中微生物多樣性降低的形式出現[86] [87]，並與宿主基因的缺陷相關，這些缺陷改變了個體的先天免疫反應。[86]

人類免疫缺陷病毒[ 編輯]

的HIV疾病進展影響該組合物和腸道菌群的功能，具有HIV陰性，HIV陽性，和後之間的顯著差異ART HIV陽性群體。[ 需要引用 ] HIV通過影響緊密連接降低腸上皮屏障功能的完整性。這種分解使腸道上皮易位，這被認為是導致艾滋病毒感染者炎症增加的原因。[88]
陰道微生物群在HIV的傳染性中起著作用，當婦女患有細菌性陰道病時，感染和傳播的風險增加，這種疾病的特徵是陰道細菌的異常平衡。[89]隨著 陰道內促炎性細胞因子和CCR5 + CD4 +細胞的增加，感染力增強。但是，隨著陰道乳酸桿菌水平的升高，感染力下降，從而促進了抗炎性疾病。[88]

死亡[ 編輯]

主要文章：壞死生物
隨著死亡，活體的微生物組崩潰，為了幫助複雜的分解過程，建立了一種名為壞死生物組的微生物。其隨時間的可預測變化被認為有助於確定死亡時間。[90] [91]

環境衛生[ 編輯]

2009年的研究質疑，由於人為乾預而導致的生物群（包括小動物群）數量下降是否會阻礙人類健康，醫院安全程序，食品設計和疾病治療。[92]

遷移[ 編輯]

初步研究表明，當一個人從一個國家遷移到另一個國家時，例如當泰國 移民在美國定居[93]或當拉丁美洲人移民到美國時，微生物群可能會立即發生變化。[94]肥胖個體和移民子女中微生物群落多樣性的喪失更大。[93] [94]
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