摘要
你听说过细菌和病毒吗?它们是微生物学的一部分，这是一门研究肉眼看不到的小生物的科学。这些微小的生物通常被称为微生物或微生物。研究它们的科学家被称为微生物学家。微生物对研究很重要，因为有许多微生物生活在我们体内和我们周围。有些微生物会使人生病，但大多数不会伤害我们，有些甚至可以帮助我们。一些微生物还可以改善环境，其他微生物可以用来治疗和预防疾病。由于我们看不到这些小生物，科学家们使用了特殊的工具来研究它们。在这篇文章中，我们将讨论科学家如何研究微生物DNA，从而在医学和环境科学方面取得进展。
微生物有各种形状和大小，生活在我们周围
微生物是肉眼看不见的微小有机体。微生物包括细菌和古细菌(简单的单细胞生物)、真核生物(更复杂的细胞，类似于植物和动物的细胞)和病毒(只能在另一个生物体内繁殖的非常小的颗粒)。微生物有多种形状和大小。它们可以像球一样圆，长而杆状，甚至形状像螺旋。有些微生物的尾巴叫做鞭毛，可以帮助它们移动。微生物生活在我们周围。一滴海水中有数百万个微生物，一茶匙土壤中有数十亿个微生物。一个人皮肤上的微生物比地球上的人口还多!
微生物会让你生病，但其他微生物会让你健康
有些微生物会让我们生病，而另一些则是有益的。让我们生病的微生物叫做病原体病原体可以包括病毒，比如引起流感的流感病毒。1];或导致COVID-19的SARS-CoV-2]或有害细菌(比如酿脓链球菌，会导致链球菌性咽喉炎;或其他导致耳朵感染或食物中毒的细菌)。当病原体进入我们的身体时，有时我们的身体可以识别危险的微生物并将其击退。其他时候，当我们的身体不能抵抗感染时，医生会开一些药物抗生素，可以杀死细菌病原体。
并不是所有的微生物都会让我们生病。一些细菌被用来制作面包、酸奶和巧克力等食物。其他有益的细菌生活在我们的皮肤和胃和肠内。生活在我们体内和体表的微生物的集合被称为我们的微生物组．这些微生物通过抵抗有害细菌来帮助我们保持健康。有些细菌可以帮助我们消化食物，这样我们的身体就可以利用这些营养物质来生长。我们肠道中的其他细菌甚至可以产生特殊的化学物质，这些化学物质被发送到大脑，影响我们的情绪。
微生物学家如何研究微生物?
考虑到微生物是多么丰富，有趣的是它们不能用肉眼看到。科学家们可以用显微镜来观察微小生物的放大图像。例如，如果你取一份河水样本(只需要几滴就够了)，然后在显微镜下观察，你会看到许多不同类型的微生物，比如带着鞭毛游动的细菌。显微镜使科学家可以看到样品中微生物的大小、形状和数量。图1)．
- 图1 -因为微生物很小，我们需要特殊的方法来研究它们。
- 微生物学家在实验室培养微生物。他们用显微镜来计数微生物，观察它们的大小和形状。微生物基因组学使微生物学家能够研究微生物内部的遗传物质，从而更多地了解这些微生物能做什么。
科学家还可以培养微生物来研究它们。培养意味着在实验室培养微生物。科学家们首先将一小份微生物样本放在一个特殊的盘子或管子里，里面装满了微生物生长和繁殖所需的营养物质。一旦微生物繁殖得足够多，科学家就可以研究它们的特征，比如它们喜欢吃什么类型的食物，喜欢在什么温度下生长。虽然培养微生物可以教会科学家很多东西，但地球上99%以上的微生物都不能在实验室中培养，所以我们需要其他方法来研究它们。
另一个了解微生物的工具
显微镜是有限的，因为它们只能显示细胞的结构，而不能告诉我们细胞的功能。然而，新的工具使科学家能够“看到”微生物内部。所有生物的细胞内都有一种称为遗传物质的密码。这些代码有助于确定生物体的样子以及它们能做什么。遗传物质有两种类型，DNA和RNA，由称为碱基的特殊分子组成(DNA是A, C, G, T碱基，RNA是A, C, G, U碱基)。碱基以不同的顺序和长度排列(就像密码一样)形成基因．来自某些基因的编码告诉细胞如何制造在细胞内执行特定任务的特定蛋白质。一个有机体内所有基因的集合(以及一些额外的遗传物质)被称为有机体的基因组．细菌的基因组中通常有数千个基因。了解每个基因的功能是有帮助的。通过研究微生物的基因组，科学家们可以更好地了解这种微生物可能的样子，它的功能，以及它如何影响环境和人类健康。
如何研究基因组?
微生物基因组学是专注于微生物基因组的科学领域的名称。研究基因组的方法是确定碱基的顺序DNA测序．首先，科学家从微生物细胞中提取遗传物质，并将其分解成更小的片段。然后他们使用专门的设备来“读取”基地的命令。然后，科学家们使用计算机将这些基因组片段按照正确的顺序组合在一起，这一过程被称为“组装”。一旦基因组测序和组装完成，就可以使用计算机程序来预测基因组中的每个基因。将该基因序列与包含其他微生物基因序列的大型数据库进行比较。数据库中未知基因与已知基因的相似性有助于科学家对未知基因的功能做出假设。例如，如果一种新细菌基因的序列与一种已知的帮助细菌游泳的基因的序列有99%的相似之处，那么我们就可以假设这种新细菌可能也会游泳。
微生物基因组学在医学上是一个有用的工具
微生物基因组的研究可以更好地诊断和治疗患者。通过了解基因的功能，科学家可以确定导致疾病的原因，并采取措施预防疾病。例如，微生物基因组学可以帮助我们了解细菌病原体是否具有使其对抗生素具有耐药性的基因[2］．如果细菌对抗生素有耐药性，即使我们服用抗生素，它们也会继续繁殖(使我们病情加重)。图2)．了解病原体可以抵抗某些类型的抗生素有助于医生选择正确的药物类型来对抗这种疾病。例如，医生不能使用抗生素甲氧西林治疗MRSA(甲氧西林耐药)病原体金黄色葡萄球菌)，因此他们需要使用其他种类的药物[3.］．
- 图2 -抗生素是用来杀死细菌或抑制细菌生长的
- 然而，一些细菌有特殊的基因，帮助它们抵抗抗生素的影响。即使在有有害抗生素的情况下，这些细菌也会继续生长和繁殖。
微生物基因组学也有助于科学家了解COVID-19。COVID-19是由一种叫做SARS-CoV-2的病毒引起的疾病[4，5］．科学家们研究了SARS-CoV-2病毒的基因组，将其与其他类似的冠状病毒进行比较，并了解病毒的哪些部分被用来感染人类细胞。通过仔细比较来自世界各地不同人群的SARS-CoV-2基因组序列，科学家可以确定病毒是否随着时间的推移而变化。这些研究很重要，因为它们可能表明病毒正变得更具传染性或耐药性。科学家们还利用SARS-CoV-2基因组开发了COVID-19疫苗，帮助我们的身体识别病毒，并在我们被感染时将其击退。
微生物基因组学是帮助环境的有用工具
地球上的湖泊、河流、土壤、空气、冰和温泉等栖息地都有微生物。微生物对地球上的生命至关重要，因为它们制造氧气帮助我们呼吸，提供动植物生存所需的营养物质，并保持水的清洁。科学家可以利用微生物基因组学来了解环境中存在哪些微生物，以及这些微生物可以执行哪些功能。这些信息可以帮助科学家预测环境中的有益微生物是否能够承受由人类活动引起的压力。例如，如果环境中的微生物具有抗生素抗性基因(图2)，那么即使抗生素污染了环境，例如受到废水或农业径流影响的河流，它们也可以继续发挥有益的功能。科学家还可以通过研究微生物基因组来了解如何清理被污染的环境。例如，某些微生物可以用来清理石油泄漏或有毒的工业场所。研究微生物基因组还可以帮助科学家提高效率生物燃料用于以可持续的方式为汽车提供动力，而不是使用柴油或汽油，这是对环境有害的不可再生能源。例如，某些微生物蛋白质可以用来提高生物燃料生产的速度和成本。
总结
微生物对于维持地球上的生命非常重要，有很多方法可以了解它们。显微镜可以让我们看到微生物的大小、形状和数量;微生物培养让我们探索微生物的能力以及它如何对不同条件做出反应;基因组学让我们研究微生物中不同基因的结构和功能。这些方法都很重要，因为它们一起帮助我们了解每种微生物如何影响人类健康和我们周围的环境。
术语表
病原体：↑可以让人类生病的微生物。
抗生素：↑用于治疗细菌感染的药物
微生物组：↑一个特定区域的所有微生物，例如人体内的微生物。
基因：↑基因片段:含有特定功能信息的一小段遗传物质
基因组：↑有机体中完整的遗传物质(DNA或RNA)。
微生物基因组学：↑利用基因组序列来更多地了解微生物的研究领域，如微生物多样性，进化，以及医学和环境中的生态学。
DNA测序：↑一种实验室技术，在一段DNA中确定DNA碱基(A, C, G, T)的顺序。
生物燃料：↑由微生物(如藻类)产生的燃料，将植物物质转化为可用于汽车的燃料。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
参考文献
[1]↑崔戈宁，J. 2017。流感，流感疫苗，以及为什么我们需要做得更好．前面。年轻人．7。doi:10.3389 / frym.2017.00007
[２]↑维卡，F.，豆蔻，D.， Troisi, M.， Sala, C.和Rappuoli, R. 2020。抗菌素耐药性:一个令人讨厌的敌人和强大武器的故事．前面。年轻人．8:554493。doi:10.3389 / frym.2020.554493
[3]↑波纳泰利，M.，奥利维拉，L.和平托，T. 2020。我们身边的超级细菌:他们是谁，你能做些什么来帮助赢得这场战斗?前面。年轻人．尽。doi:10.3389 / frym.2020.00005
[4]↑蒙特隆戈-约雷吉，D.，苏丹，A.，维拉，T.和贾布拉-里兹克，M. 2020。COVID-19:对抗病毒传播．前面。年轻人．8:100。doi:10.3389 / frym.2020.00100
［5］↑史蒂文斯，H.和纽涅斯，M. 2020。COVID-19，检疫病毒疾病．前面。年轻人．8:102。doi:10.3389 / frym.2020.00102