胃肠道微生物研究的里程碑

人类和其他高等生物一样，与共同进化的微生物群共生。大多数人类微生物居住在胃肠道，在那里，除了有助于消化，他们履行各种其他功能，是人体宿主所必需的。这些功能包括维生素的生产、免疫系统的教育、与肠道细胞的沟通以及宿主行为的调节。

关于人类胃肠道生物的第一份报告可追溯到1681年，当时Antonie van Leeuwenhoek在他的粪便样本中报告了多种“小动物”，并在患有腹泻时Dobell在1932年确定了现在被认为是贾第鞭毛虫属。大约两个世纪过去了，卡西米尔·达瓦因（Casimir Davaine）于1854年首次详细描述了胃肠道微生物的纯培养物，其中最早的描述很可能是真核肠道寄生虫人型五毛滴虫（当时称为人型毛滴虫）。从P。人原虫与其他肠道真核生物相似，患病率很低，这一发现并未引发对胃肠道微生物群的进一步分析。然而，对胃肠道微生物群的深入研究是在第一次培养出大肠杆菌。从历史的角度来看，这一事件和其他几个事件（这里称为转折点）可以被认为影响了胃肠道微生物群成分的发现。当从时间的角度考虑所述胃肠道物种的数量时，这些转折点是明显的。

人体胃肠道细菌、古细菌和真核生物培养物的累积种类数随时间变化，胃肠道微生物群研究的几个转折点是：（1）分离出第一批胃肠道细菌，（2）引入严格厌氧技术，以及（3）在胃肠道微生物群研究领域引入分子技术。

第一个转折点首次描述了一种胃肠道细菌，2007年舒尔曼等人首次分离出大肠杆菌群。随后不久的研究对一些主要胃肠道细菌群的代表性进行了描述，包括类杆菌属、双歧杆菌属和芽孢杆菌属以及蛋白水解球菌。这一时期一直持续到20世纪60年代末，双歧杆菌和类杆菌被认为是人类胃肠道的优势菌群。需氧菌，即大肠菌群、链球菌和乳酸杆菌，被发现是少数群体，而梭状芽胞杆菌、葡萄球菌和需氧芽孢形成菌被报告为罕见的，并不总是可以检测到。1931年Sanborn首次提出目前已知绝大多数胃肠道微生物是严格的厌氧菌。Finegold在1969年培养研究少数（10–25%）胃肠道微生物。

Hungate在1969年对厌氧培养技术的改进标志着大约对胃肠道微生物群研究的第二个转折点。在第二阶段的胃肠道微生物群研究中，从70年代早期一直持续到本世纪初的分子革命。人们认识到胃肠道中的微生物群主要由以下属的细菌种类组成：拟杆菌属、梭状芽孢杆菌属、真杆菌属、静脉内拉属、瘤胃球菌属、双歧杆菌属、梭杆菌属、乳酸杆菌属、消化链球菌属和消化球菌属。据报道，使用严格的厌氧技术，可以培养粪便样本中高达88%的微生物总数。然而，由于胃肠道微生物群的巨大复杂性，数百个分离物中的许多没有超出属水平的特征。此外，由于对单个样品的处理产生了大量不同的分离物，因此在物理上不可能对所有分离物进行比较，只能根据当时可以确定形态、生化和生理特征的微生物进行全面描述。因此，由于这些技术限制，胃肠道微生物群只保留了部分特征。

胃肠道微生物群研究的第三个转折点可以归因于分子技术的出现。这些研究包括基于小亚单位核糖体RNA（SSU rRNA）序列分析的全球和非培养研究，这些研究为目前使用的微生物分类学提供了分子基础。然而，胃肠道微生物生态系统的复杂性阻碍了基于SSU rRNA的方法以及（元）基因组学的快速应用。Wilson和Blitchington在1996年首次使用SSU-rRNA序列的胃肠道研究涉及一个成人样本。随后在多个成人中进行的基于SSU rRNA的研究证明了肠道微生物群的个体性、时间稳定性和位点特异性，其多样性仅在基于培养的研究中得到部分掌握。这些新的发现引发了对胃肠道微生物群的科学兴趣的复兴，最初将其与文艺复兴相比较。在随后的几年表明，这更像是一场融合了元基因组和全基因组特征的革命。

结合培养研究，将SSU-rRNA基因序列作为系统发育标记进行分析，可以快速鉴定新的胃肠道分离物，并说明需要对许多物种进行重新分类。此外，SSU-rRNA基因序列能够检测尚未培养的微生物及其系统发育定位。最后，随着高通量方法的应用，研究领域扩展到另一个维度，包括对SSU rRNA基因序列或整个基因组材料的下一代测序。后一种宏基因组分析产生了超过300万的基线，主要是细菌，基因存在于人类胃肠道，并证明大多数胃肠道微生物含有尚未鉴定的基因组。