《高级微生物学研究进展》期末复习题

1.It is well known that microbes are：pioneers, ubiquitous, metabolically varied, helpful,harmful and alien, please write out your understanding to each aspect above and also show at least one example to support your understanding.众所周知，微生物是：先驱，无处不在，代谢多样，有益，有害和外来性，请在上面的每个方面写出你的理解，并至少显示一个例子来支持你的理解。

2．Please list and explain the major subdisciplines of modern microbiology based on your knowledge.请根据您的知识列出并解释现代微生物学的主要分支学科。

微生物学 (Microbiology) 是研究微生物及其生命活动规律的科学。

即研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其与其他微生物之间，与动植物之间的相互关系，与外界环境理化因素之间的相互关系，微生物在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作用，微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域中的应用，等等。

实际上，微生物学除了相应的理论体系外，还包括了有别于动植物研究的微生物学研究技术，是一门既有独特的理论体系，又有很强实践性的学科。

微生物研究作为一门科学--微生物学，当今的发展无疑是最为活跃、最为迅速、最为辉煌、影响最大的生命科学之一。

微生物学的分支学科：随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可根据研究的侧重面和层次不同而分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成新的学科和研究领域。

按研究对象分，可分为细菌学，放线菌学，真菌学，病毒学，原生动物学，藻类学等。

按过程与功能分，可分为微生物生理学，微生物分类学，微生物遗传学，微生物生态学，微生物分子生物学，微生物基因组学，细胞微生物学等。

按生态环境分，可分为土壤微生物学，环境微生物学，水域微生物学，海洋微生物学，宇宙微生物学等。

按技术与工艺分，可分为发酵微生物学，分析微生物学，遗传工程学，微生物技术学等。

按应用范围分，可分为工业微生物学，农业微生物学，医学微生物学，兽医微生物学，食品微生物学，预防微生物学等；按与人类疾病关系分，可分为流行病学，医学微生物学，免疫学等。

随着现代理论和技术的发展，新的微生物学分支学科正在不断形成和建立。

细胞微生物学 (cellular microbiology) 、微生物分子生物学和微生物基因组学等在分子水平、基因水平和后基因组水平上研究微生物生命活动规律及其生命本质的分支学科和新型研究领域的出现，表明微生物学的发展进入了一个崭新的阶段。

3．Based on your understanding, in what areas/parts microbes might exist in human body? And discuss the good and bad effects of these microbes to human health (Giving examples is good).根据您的理解，人体内可能存在哪些区域/部位微生物？并讨论这些微生物对人类健康的好坏效果（举例说明是好的）。

答：1、皮肤微生物组：皮肤主要由四门细菌组成：放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门。

还有含有双链DNA(dsDNA)的病毒，如多瘤病毒科和乳头瘤病毒科。

特应性皮炎是一种常见的慢性炎症性皮肤病，其发病率通常由皮肤微生物群感染引起。

例如，金黄色葡萄球菌在特应性皮炎皮肤上非常普遍，并且与特应性皮炎临床严重程度直接相关。

2、口腔微生物组：通常由革兰氏阳性球菌和棒状菌(主要由链球菌和放线菌组成)和革兰氏阴性球菌(韦荣球菌科)组成。

动脉粥样硬化斑块上定植的口腔微生物包括链球菌属、韦荣球菌属、牙龈卟啉单胞菌等，其中大多数菌水平与血浆胆固醇水平密切相关，也促进血栓的形成。

3、肠道微生物组：主要是大肠杆菌、粪杆菌、双歧杆菌、乳杆菌等。

双歧杆菌也可增加白介素和肿瘤坏死因子的产生，还可间接活化T淋巴细胞，这些细胞因子及免疫细胞的合成、活化可以在一定程度上抑制肿瘤细胞的生长。

4、呼吸道微生物组：主要包括假单胞菌属、链球菌属、普雷沃菌属、韦荣球菌属、嗜血菌属以及奈瑟球菌属。

与健康人群相比，哮喘患者的呼吸道中嗜血菌属、莫拉菌属和奈瑟球菌属明显增加，而普雷沃杆菌属明显减少。

4．Recently, microbes were found to be associated with brain development and diseases (e.g.neurodegenerative diseases), based on your understanding, please discuss how microbes might affect occurrence and development of such diseases (Giving examples is just fine). 最近，根据您的理解，发现微生物与大脑发育和疾病（例如神经退行性疾病）有关，请讨论微生物如何影响这些疾病的发生和发展（给出的例子很好）。

答：阿尔茨海默病是常见的神经变性疾病，也是导致痴呆的最主要原因。

Aβ沉积往往被认为是AD发病的始动环节，而之后引发的一系列炎症反应则推动了AD的病情进展，神经炎症反应导致神经细胞的凋亡或坏死，最终导致大脑发生不可逆损害积聚的Aβ周围出现炎症反应和胶质增生，其中小胶质细胞的活化在其中发挥了重要的作用，而肠道微生物的酵解产物SCFAs可穿过血脑屏障作用于小胶质细胞，促进小胶质细胞的成熟。

活化的小胶质细胞引发了一系列炎症因子的产生，不仅可直接作用于神经元，也可通过影响脉管系统破坏血脑屏障，加大对大脑的损害。

此外，变形菌门的某些细菌自身便可分泌一些炎症因子如IL-6、IL-8促进机体的炎症反应。

肠道微生物参与人体的物质代谢，包括胆固醇代谢和对血糖的调节，而高血糖和高血脂会增大AD的患病风险，代谢异常相关疾病如肥胖、糖尿病、心血管疾病的患者有较高罹患AD的风险。

许多病原微生物如单纯疱疹病毒、肺炎衣原体、人类免疫缺陷病毒、弓形虫、HBV、人类巨细胞病毒也都被认为同AD相关。

5．In recent years, microbes were found to be associated with many cancers, please discuss and example how microbes might affect tumor development.近年来，发现微生物与许多癌症有关，请讨论并举例说明微生物如何影响肿瘤的发展。

答：研究表明，约20%的肿瘤与微生物存在着密切联系微生物也可与免疫细胞相互作用，调节适应性免疫，参与到肿瘤的发生发展。

研究人员通过对结直肠癌患者和正常人对照组的粪便微生物进行16S rRNA测序，发现拟杆菌的丰度与疾病的发生有一定相关性且与疾病的严重程度呈正相关。

健康的结肠上皮细胞覆盖着两层粘液层，即粘液内层和粘液外层，粘液外层附着着大量共生菌群，而内层粘液致密，微生物难以渗入，从而阻止了微生物与宿主结肠上皮细胞的直接接触。

一旦有保护性的粘液层遭到破坏，微生物伺机进入与上皮细胞接触形成生物膜，引起炎症性肠病并伴随组织生物学变化。

在癌变的细胞中，微生物会影响结直肠癌患者机体的免疫细胞。

例如，具核梭杆菌会产生一种特殊的蛋白质参与到T 细胞和自然杀伤细胞的免疫受体中从而阻断免疫细胞对肿瘤细胞的毒作用，形成恶性肿瘤。

6. Human intestinal microorganisms are hot topics recently, please discuss and example howintestinal microorganisms might affect human health and diseases.请讨论并举例说明肠道微生物如何影响人类健康和疾病。

答：肠道菌群对人体有着极大的影响, 主要表现在其惊人的代谢能力和对免疫系统的影响。

一方面，细菌代谢物很可能是与宿主相互作用的关键。

G蛋白偶联受体（G protein - coupled receptors,GPCRs）可识别激素、神经递质等众多配体, 在生理过程中发挥着重要的作用。

研究人员在人体肠道细菌中发现众多编码N-酰基酰胺合成酶的基因，而N-酰基酰胺正是人体GPCRs的重要配体，利用小鼠和细胞模型，证实肠道细菌合成的GPR119激动剂能像人体自身配体一样, 有效调节代谢激素和血糖稳态。

另一方面, 共生的肠道菌群在先天免疫和适应性免疫系统的形成过程中起着重要的作用。

在生命早期，分节丝状菌(segmented filamentous bacteria)等肠道共生细菌通过IL - 22和IL -23诱导3型天然淋巴细胞(ILC 3)和肠上皮细胞(intestinal epithelial cells, IECs)中信号传导子及转录激活子3(signal transducer and activator of transcrip - tion 3, STAT 3)磷酸化(pSTAT3)。

脱离母乳后, 肠道共生菌迅速增殖, 适应性免疫的CD4+ T细胞发育成熟，这种短暂的早期pSTAT 3特征随即消失，ILC 3 活性被抑制。

同时天然淋巴细胞和适应性淋巴细胞通过不同方式控制肠道菌群增殖，并建立与菌群的非炎性共生状态。

然而很多疾病中存在菌群失调，比如多发性硬化(multiple sclerosis , MS)是中枢神经系统中的一种慢性神经炎性疾病, 可能与肠道中分节丝状菌(segmented filamentous)和脆弱拟杆菌(bacteroides fragilis)所占比例的改变有关，分节丝状菌可以促进MS的进展, 脆弱拟杆菌在MS中起到抑制炎症、防治疾病的作用。

7. What is metagenome? How to study metagenome? And what can we do by utilizingmetagenome? (Giving examples is good)什么是metagenome？如何研究宏基因组？利用宏基因组可以做些什么？（给出例子很好）答：宏基因组(metagenome)，指的是环境中所有微生物遗传物质的总和。