每個人的一生都會經曆很多，從出生到長大，健康到衰老疾病。你的出生、遺傳、家庭環境、很大程度上決定的人生起點，日常的飲食、行為習慣決定你的身體成長，一些不同的選擇或意外的事件又會讓人生有很多起伏和不同。
每個人的菌群和我們的人生一樣也是獨一無二的，我們菌群的特點反映着不同人各自生活的烙印。從母親的腹中開始影響和決定了我們最初的菌群，出生方式、喂養的食物、用藥等都決定了我們的菌群基數。當我們開始從喝奶到開始攝入輔食，我們的菌群也同樣迎來巨大的演變。當我們生病、感染、運動、飲食、社交、虛弱、衰老這些同樣反映在我們菌群的變化和演替上。
相對的，當我們更多的了解我們的菌群，善待和改善它們，同樣的變化也會出現在我們的身體和生活中。 越來越多的證據表明，年齡與人類微生物群之間的關聯很大，腸道微生物群是許多年齡相關變化的核心，包括免疫系統失調和疾病易感性。幾個身體部位的微生物組成可以相對準确地預測人類的年齡。
谷禾健康腸道菌群檢測資料庫中，也有關于腸道年齡預測：
谷禾健康-腸道年齡預測模型圖
<來源：谷禾健康腸道菌群資料庫>
可以看到，腸道年齡和生理年齡基本是符合的。健康人的腸道菌群年齡恰恰是最符合真實年齡的，與真實年齡差異大意味着腸道菌群出現偏離。
健康的人存在更多樣化且平衡的腸道菌群。微生物群中與年齡相關的變化歸因于生理，生活方式和健康狀況。這些因素中的每一個都與某些菌群的相對豐度變化有關。
例如，飲食、衛生、兄弟姐妹、寵物、過敏、兒童疾病和抗生素是影響兒童微生物組的一些突出因素。到了成年期微生物群相對穩定，而到了老年期，一些有益菌開始逐漸下降，菌群又向另一個階段過渡。
在從出生到死亡和分解的每個生命階段，微生物群落都是身體的動态組成部分。研究微生物群的自然和誘導變化有可能徹底改變我們對人類生物學的了解。
本文介紹了健康人的微生物群在一生中的變化，讨論了從出生時菌群構成，到疾病或抗生素使用時的變化，再到死亡時的微生物擴充的各個階段，以及這些階段在身體部位群組成（細菌、真菌或病毒）上的差異。了解微生物群與年齡關系的未來研究方向，以此對人體微生物群及基于此的幹預有更好的了解。
01
人體内的微生物群
微生物群落存在于人體的每個粘膜表面，人的每個身體部位都有一個獨特的生态學。每個人的微生物群像指紋一樣，都是獨特的。
在個體内，特定的身體部位、地理位置和個體的年齡與健康微生物群具有極強的關系。年齡驅動人類微生物群的α多樣性和β多樣性。
在了解各個階段的微生物群變化之前，我們先了解一個概念：微生物演替。
微生物演替是指微生物群落中一種或多種生物的存在、相對豐度或絕對豐度的變化。
在正常或健康衰老期間，微生物演替的三個主要階段自然發生在人類生活中。
三大不同階段的微生物群變化
✦初級演替（出生時先鋒菌群定植，快速變化直到童年晚期）
第一階段，初級演替，從先鋒物種首次建立群落時開始，随後微生物群落發生快速變化。從出生到童年，變化率降低，許多中間物種存在于出生到童年晚期之間。
初級演替結束于頂級群落的形成，在青春期實作，并在很大程度上持續到成年；該群落的特征是其相對穩定。
雖然成年期的微生物群比兒童期更穩定，但仍然存在變異，這引發了關于人類微生物群中是否存在頂級群落的争論。成年微生物群的自然變異存在于小時（晝夜節律）到年（老化）的時間尺度上，但微生物群相對穩定，除非存在幹擾，如飲食或藥物的改變。
✦次生演替（菌群的改變，重建）
下一個階段，即次生演替，發生在一個先前存在的穩定群落一部分被改變或移除之後，然後群落再生到相同的狀态或不同的狀态。這可以通過抗生素等醫療手段人為實作，也可以通過霍亂弧菌感染等疾病自發實作。
人類的次生演替的特征是至少有一段時間的随機過程占主導地位。在誘導條件下，如單療程抗生素，群落遵循類似于初級演替的過程，其中現有微生物群落的一部分充當“微生物記憶”，幫助重建一個類似于以前存在的群落。
這一過程被認為是由核心微生物群驅動的，而不是驅動初級演替的先鋒微生物。
✦末期演替（自然衰老和死亡階段）
最終的末期演替是宿主自然衰老和死亡的一部分。在老年期間，微生物群落再次以更高的變化率，成功産生了一個由更少成員組成的群落，通常變形菌門（也稱為假單胞菌）的相對豐度增加，有時占總優勢。
研究演替的每個階段使研究人員能夠解決與人類相關的微生物群落是如何形成和維持的。通過了解這些過程，我們可以更好地了解微生物群随着年齡的增長的變化及其與人類健康的關系，了解如何管理微生物群。
人類相關微生物群從受孕到死亡的變化
Martino C,et al.Nat Rev Microbiol.2022
常駐細菌、真菌和病毒的多樣性在人類生命的各個階段都會發生變化。模拟時鐘代表每個微生物群落階段發育的宿主年齡的相對時間。
免疫印記在出生前通過母親的微生物群及其代謝物開始（第一欄）。先鋒物種的初始定殖始于出生，身體部位特定的微生物群落出現（第二欄）。這些群落的複雜性不斷增加，直到它們達到相對穩定的群落結構（第三列和第四列）。
這些微生物群落的次生演替可能來自内部和外部擾動（第五欄）。中間微生物重建立立初始群落，并再次達到穩定狀态（第六列和第七列）。
在晚年，随着寄主接近自然死亡，群落經曆了最後的演替和變化（第八欄）。微生物演替的最後階段發生在腐敗和分解階段。在此階段，多樣性進一步下降，在最初的24-48小時内，許多人類微生物群結構保持不變，但随後很快開始侵蝕分解（第九欄）。
綠線和藍線分别顯示了微生物演替不同階段的适應性免疫和先天免疫的相對強度。
不同年齡段的細菌多樣性測量
Martino C,et al.Nat Rev Microbiol.2022
美國一個腸道項目集中測量了從兒童到老年的人類糞便（a部分）、口腔（b部分）和皮膚（c部分）微生物群的細菌多樣性和系統發育史，該項目包含21919個糞便、1920個口腔和998個皮膚微生物群樣本，帶有16S核糖體RNA基因擴增子序列。
α多樣性，一種對樣本中不同類型微生物數量的定量測量，通過Faith的系統發育多樣性（PD）α多樣性度量跨年齡測量。
UniFrac β多樣性主坐标分析，一種用于比較微生物群落相似性的方法，其中空間上接近的點表示相似的樣本，空間上遠離的點表示不同的樣本，按年齡着色。
02
生命早期的“先鋒菌群”
✦胎兒時期——菌群及代謝物影響免疫發育
塑造人類微生物群的第一個因素來自胎兒發育過程中的母親。
胎兒通過胎盤接觸到母親微生物群落産生的代謝物，這些代謝物會影響其免疫系統，并會影響正常微生物群和後期病理學的各個方面。代謝物，如短鍊脂肪酸（乙酸鹽）和其他微生物化合物，可以通過胎盤轉移到胎兒體内，并影響免疫發育。母親的飲食和健康也會影響這些代謝物。
胎兒組織中的乙酸鹽影響與成人調節性T細胞生成相關的表觀遺傳印記，其與防止生命後期哮喘的發展相關。
✦出生後——菌群受出生模式，飲食，環境等影響
出生後，微生物群落根據身體部位迅速分化。
在最初的時候，先鋒物種和未來4年的群落發展可能會受到出生模式和妊娠時間的影響。中間群落由飲食影響，如母乳或配方奶粉的消費，以及環境。
最後，飲食和環境再次塑造了穩定的頂級群落。主要由真菌、細菌和病毒組成。
子宮内和生命早期的主要演替
微生物代謝物和配體調節宿主芳基烴受體，這有助于塑造新生兒微生物和免疫發育。母親使用抗生素和胃腸道相關疾病，如發炎性腸病，也被認為會通過胎兒免疫系統的印記增加後代的病理風險。
然而，這些聯系僅在非人類實驗中研究過。在一個案例中，由患有發炎性腸病的孕婦或其新生兒的微生物群所定殖的無菌小鼠繼續發展出異常微生物群和訓示發炎性腸病的免疫發育。
✦懷孕期間母體的微生物群與免疫系統的變化
在懷孕期間，母親的微生物群和免疫系統也發生了改變。母親的陰道微生物群變得更加多樣化，通常由在其他身體部位發現的許多微生物群組成。
孕期母體免疫系統與胎兒形成協同作用，包括通過胎盤轉移IgG抗體。
新生兒先鋒細菌的定植
關于出生時獲得的微生物群是否通過混合來源于陰道和糞便，或者陰道微生物群本身在出生時是否具有多能性，是否是微生物先驅的主要來源，存在一些争議。
無論确切的母體來源如何，這一階段的特征是先鋒細菌種類。包括下列菌群：
- Lactobacillus
- Enterobacter
- Escherichia
- Bacteroides
- Parabacteroides
- Prevotella
然後這些細菌定居在正常身體部位：腸道、口腔和皮膚。
許多先鋒細菌是兼性厭氧菌，它們會消耗氧氣，進而使專性厭氧菌能夠在以後的每個環境中定居。起初，新生兒的每個身體部位都相對未分化，但先鋒微生物很快開始啟動身體部位依賴性微生物多樣性的級聯，至少在生命的第4到第6周，每個部位的細菌都可以很容易地區分。
先鋒細菌進駐後，生命早期的微生物群逐漸開始形成。接下來的章節我們來了解生命早期的腸道，口腔，皮膚等各部位的微生物群（包括細菌、真菌、病毒等）。
03
生命早期的各部位微生物群特征
腸道微生物群
✦腸道細菌群——雙歧杆菌主導
人類腸道細菌群落的發展已經得到了很好的研究。
雙歧杆菌屬一直占主導地位，直到在生命的第一年結束時，它們被雙歧杆菌、梭狀芽孢杆菌和拟杆菌屬的組合所取代。拟杆菌屬的豐度增加，而雙歧杆菌屬等物種的豐度相對減少。
雙歧杆菌分解母乳低聚糖，開始終生影響免疫系統
最近，一項研究發現，雙歧杆菌等細菌含有母乳低聚糖分解代謝所需的基因，與嬰兒免疫發育之間存在功能聯系。特别是，接受Bifidobacterium infantis EVC001極化初始T細胞的嬰兒的糞便與來自對照組的糞便水準不同，其方式與減少腸道發炎有關。
其他菌屬也可降解母乳低聚糖（如拟杆菌、阿克曼菌）
到3-6歲時，腸道細菌群落彙聚到整個成年期持續的頂級群落。這一微生物群是已知的密度最大、多樣性最強的生态群落之一。通常，在這段時間内，普通健康人中隻有兩個細菌門占優勢：厚壁菌門和拟杆菌門。
✦腸道其他微生物群——真菌、古細菌、病毒
在人類腸道發育過程中，對病毒組、真菌組和古菌組的研究遠遠少于細菌組。在整個生命周期中，真菌群落所占的總數遠遠少于細菌組或病毒組。
//真菌群落
真菌群落在生命的最初幾天含有大量的Rhodotorula和Debaryomyces,接下來的一個月則是Candida,Cryptococcus和Saccharomyces spp.。
到成年時，主要的真菌屬是Aspergillus, Candida和Saccharomyces。
//古細菌群落
發育期間腸道的古細菌群落尚不清楚，但古細菌是一些最早的移生菌落，但豐度較低。
早期定植的古細菌包括Methanosphaera和Methanobrevibacter。
// 病毒群落：噬菌體家族在出生後就開始流行
主要由噬菌體組成的病毒群落在出生後的第一周數量衆多。噬菌體家族Siphoviridae、Podoviridae和Myoviridae在出生後立即流行，主要以溶原形式整合到細菌基因組中。
到生命的第四個月，有尾噬菌體目大量生長，成員更常為裂解型（傳染性噬菌體顆粒或主動複制的噬菌體）。
在成人中，Caudovirales和Microviridae在腸道噬菌體群落中占主導地位，但噬菌體腸道病毒組對個體具有高度特異性，其演替仍有許多未知之處。
與噬菌體不同，感染真核病毒的腸道病毒組主要與兒童和成人的病理相關。最近，在健康兒童和健康成人中也觀察到一些感染真核細胞的病毒豐度較低，但其發生時間和流行率尚不清楚。
口腔微生物群
✦口腔細菌群：出生後幾個月逐漸趨于穩定，牙齒形成後再次轉變
在出生時，口腔細菌群在以下菌屬中的流行率很高：
- Streptococcus
- Gemella
- Granulicatella
- Veillonella
在接下來的幾個月裡，Lactobacillus和Fusobacterium也開始流行。Staphylococcus的豐度在出生後3個月左右達到峰值，然後穩步下降，讓位與更高豐度的Gemella,Granulicatella, Haemophilus和Rothia spp.
牙齒形成後，口腔微生物群再次轉變，在成年期具有更高豐度的梭杆菌門， Synergistetes, Tenericutes, Saccharibacteria (TM7), SR1 。
✦口腔其他微生物：成年口腔含産甲烷菌，最常見的噬菌體群是尾狀病毒
口腔真菌群落被認為比皮膚和内髒的真菌多樣性少。Candida spp.是口腔的第一批真菌定植菌。對中級口腔真菌群落知之甚少，但成年人Candida,Cladosporium,Aureobasidium,
Aspergillus,Fusarium和Cryptococcus spp.的豐度較高。
發育過程中的口腔古菌體尚不清楚，但成年口腔中含有許多古菌産甲烷菌，包括甲烷杆菌屬。
目前對人類嬰兒口腔中病毒的知之甚少。在成年人中，與腸道類似，最常見的噬菌體群是尾狀病毒。
口腔病毒群在本質上通常被視為病理性的（例如柯薩奇A病毒、麻疹病毒、紅疹病毒和人乳頭瘤病毒），并且沒有對病毒群落組成進行縱向研究。然而，在無症狀和健康成人中也觀察到許多真核病毒分類群。
皮膚微生物群
✦皮膚細菌群落：出生時母親陰道乳杆菌屬占據較多，4-5周與成人相似
皮膚細菌群落在出生時含有大量的母親陰道乳杆菌屬。到第4-5周，嬰兒皮膚微生物群與成人皮膚微生物群相似，但在青春期繼續變得更具位點特異性。
Staphylococcus和Corynebacterium在不同位點Pseudomonas,Enterobacter,Enterococcus,
Proteus和Klebsiella在特定位點（如腋窩與前臂）。
✦皮膚其他微生物：馬拉色菌占比較高，古細菌占4%左右
在皮膚真菌群落中，Malassezia,Candida和 Saccharomyces在生命的前30天最為普遍。對于中間群落的确切組成知之甚少，但成年真菌群落中Malassezia的豐度通常很高，估計約占真菌群落總組成的75%至90%。
關于皮膚古細菌群落的發育情況了解較少，但古細菌約占成年人菌群的4%。大體上，成年人皮膚古細菌群由Thaumarchaeota門和Euryarchaeota門代表。在成人皮膚上也發現了Halobacteriaceae和 Methanobrevibacter。
與腸道和口腔不同，健康的皮膚微生物群擁有相對較少的已知病毒多樣性，很少有對其進行研究，可能是由于與低生物量樣本相關的技術限制。不過，皮膚上有一些自然存在的病毒群。
以上了解關于生命早期腸道、口腔、皮膚的微生物群，那麼哪些因素會給生命早期的微生物群發展帶來影響？
影響早期微生物群落發展的因素
在生命的最初幾年中，有幾個因素塑造并區分了微生物群落的發展。
✦出生方式和母體抗生素的使用
出生方式和母體抗生素的使用是影響人類微生物群落的研究最好、最清楚的因素之一。然而，微生物的發育可能會導緻獨特的結果，即使是在同居的同卵雙胞胎中，這可能是由于許多未知或随機的過程。
通過剖腹産和圍産期和新生兒抗生素暴露，自然微生物群落的建立過程可能會在所有身體部位受到幹擾。這一發現突出了陰道微生物群落的重要性，陰道微生物群落自然含有大量Lactobacillus spp.，但在青春期發生改變，對女性健康至關重要。
一些最佳樣本的嬰兒發育研究，通常縮寫為DIABIMMUNE ECAM和TEDDY，在嬰兒出生後的前2年和3年進行了随訪，重點關注抗生素使用或出生方式的影響。
在上述所有研究中，陰道分娩的嬰兒的拟杆菌屬相對豐度高于剖腹産嬰兒。
由于缺乏建立微生物群落的天然先鋒微生物群，導緻可變的群落組成被認為是由随機過程而不是确定性過程驅動的，出生模式對微生物群落組成的影響直到生命的第四年仍然可見。
出生模式影響的一個例外是早産，可能是由于在出生後的頭幾天大量使用抗生素，其特點是無論出生模式如何，微生物發育都不穩定。嬰兒微生物群自然發育的這種改變與感染、免疫疾病、肥胖和神經内分泌異常的風險增加相關。
✦母乳喂養：母乳低聚糖給菌群帶來穩定性
其次，與其他因素相比，母乳喂養對微生物群的發育有很大影響。與母乳喂養相比，配方奶粉的使用導緻了更高的多樣性和更不确定的微生物群落。
例如，考慮到出生時腸道中雙歧杆菌科的自然優勢，缺乏某些母乳低聚糖作為主要營養源可能會導緻初始定植的不穩定性。然而，微生物群、牛奶代謝組和免疫系統發育的多組學整合是一個活躍且快速發展的研究領域。
除了母乳低聚糖，母乳還含有其他免疫調節化合物，例如革蘭氏陰性細菌的脂多糖、分泌性IgA、先天免疫因子、抗菌肽和益生元因子。
最後，所有這些因素都會影響人類免疫發育。微生物相關分子模式識别受體與微生物群衍生分子互相作用，代謝物如短鍊脂肪酸（與GPR43、GPR41和GPR109互相作用）和次級膽汁酸（與FXR互相作用）直接影響免疫發育。
//
這些因素加在一起，有助于形成一個獨特的、相對穩定的細菌、真菌和病毒微生物群落，這種微生物群落在人類生命的大部分時間都持續存在。
04
成人微生物群的變化
前面章節了解了嬰兒期初級演替期間發生的巨大變化，與之相比，成年期微生物群基本上是穩定的（15-65歲），但該群落可能會受到幹擾，是以本章節從以下三方面展開讨論：
- 菌群的自然穩定波動（晝夜節律，飲食，清潔等）
- 菌群受到某些因素的幹擾（藥物、疾病等）
- 微生物群受幹擾後的恢複
成年微生物群的自然穩定波動
健康成年人中某些細菌的基因組随着時間的推移而進化，表明在次生演替中，功能群組成進化以穩定狀态發生。
• 晝夜節律影響菌群變化
成人微生物群也會發生自然的短期變化，時間尺度為一天到數月或數年。
短期變化的一個典型例子是微生物群落組成的晝夜節律。與晝夜節律相關的人類基因表達和免疫激活，以及腸道微生物群中細菌的豐度群組成也遵循這種模式。
在小鼠中表現出晝夜循環的細菌家族包括瘤胃球菌科、毛螺菌科、Muribaculaceae和疣微菌科，但對人體的等效周期知之甚少。
青春期和成年生活中的二次演替
Martino C,et al.Nat Rev Microbiol.2022
• 口腔和皮膚的微生物群随清洗而變化
在口腔中，整組真菌和細菌的每日振幅與刷牙頻率一緻。在皮膚上，真菌和細菌每天的變化也與洗滌頻率一緻，并依賴于個人護理産品。
• 飲食會影響腸道微生物群
一個經過充分研究的發生在幾周到幾年範圍内的變化的例子是飲食驅動的腸道微生物群的改變。飲食對微生物群落有很大影響，可以包括群落中的自然和可逆變化。
例如，坦尚尼亞哈紮部落在旱季食用富含肉類和塊莖的飲食，但在雨季食用富含蜂蜜和漿果的飲食，在拟杆菌等屬中表現出較大的季節波動。
飲食對微生物群形成的巨大影響也可能在人類健康中發揮作用，許多工作緻力于了解特定的飲食成分和總體飲食模式如何影響微生物群及其對健康的影響。
腸道細菌喜歡大量的水果、蔬菜、全谷物、橄榄油等健康食物。研究表明，飲食主要由富含纖維的食物（如地中海飲食）組成的人具有更大的微生物組多樣性，并且通常更健康。
此外例如，西方飲食中紅肉含量高，這與全因死亡率有關。腸道微生物群可能以有害的方式将紅肉中富含的左旋肉堿轉化為三甲胺，而肝髒則将三甲胺轉化為三甲胺氮氧化物，據推測這會促進動脈粥樣硬化。
腸道微生物群也可以起到保護作用，例如，在紅肉被腸道吸收之前将其分解，以防止發炎。除了飲食，還有許多其他因素有助于形成成年微生物群，包括遺傳學、地理、宿主因素，如代謝病和藥物。
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微生物群受到幹擾
• 抗生素對微生物群的影響巨大
由于微生物群的破壞而發生的次生演替已被廣泛研究和審查。在破壞微生物群的衆多因素中，抗生素是最強的，治療後的恢複率往往各不相同。
抗生素治療後腸道微生物群反彈的能力被認為取決于特定的群落成員，如拟杆菌和青春雙歧杆菌。
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細菌的天敵抗生素，如何用好這把救命的雙刃劍？
疾病本身也會破壞微生物群，無論這種變化是由微生物群落内部、宿主還是多種因素共同引起的。
• 疾病破壞菌群
——腸道：發炎破壞菌群
腸道中的許多其他疾病，如發炎性腸病，破壞了微生物群落，但沒有達到新的穩定群落組成，而是在沒有幹預的情況下繼續長期不穩定。
——皮膚：發炎引起金黃色葡萄球菌大量增殖
在皮膚上，特應性皮炎的特征是免疫介導的發炎引起的金黃色葡萄球菌大量繁殖和細菌多樣性減少。在金黃色葡萄球菌大量繁殖期間觀察到馬拉色菌屬的數量減少，反之亦然，真菌數量增加導緻金黃色葡萄菌數量減少，這部分可能是由于真菌産生蛋白酶的能力，蛋白酶消化金黃色葡萄球菌生物膜并降低細菌逃避免疫系統的能力。
——口腔：細菌和真菌間的競争和協同
口腔中也存在類似的跨界互相作用；例如，真菌白色念珠菌的定殖依賴于細菌生物膜，但同時，Pseudomonas和Staphylococcus等細菌屬分别形成競争和協同關系。
這些例子強調了微生物群落的互相作用和演替是如何跨域和與宿主作用的，但由于其高階互相作用的複雜性質，仍然沒有完全了解。
微生物群落的恢複
幹擾後微生物群落恢複的障礙導緻許多研究人員探索有針對性地恢複微生物群落的幹預措施的可能性。微生物群落恢複包括定向重新播種或某些物種的富集或耗竭，旨在促使微生物群落恢複到接近擾動前的水準。
這可以通過益生菌、益生元、抗生素或其他藥物、從健康個體移植完整的微生物聯合體或這些的組合來嘗試。
盡管這些療法在某些特征明确的環境中可以非常有效地恢複健康的微生物群落，但它們往往因缺乏與現有群落互相作用的機理知識，或因其僅短暫移植的能力而受到限制。
為了解決這些，研究集中在兩個領域：
第一個領域涉及更好地了解群落是如何組合的。例如，對人類發育的研究有助于确定微生物群落在發育過程中如何聚集，以及這種聚集在生命後期的影響。
其次，正在開發新方法，通過探索微生物群落互相作用來确定機制，包括計算和實驗，包括高通量共培養和微生物群落的基因組編輯。
為了解決瞬時性問題，采用了兩種主要方法：
首先，微生物群療法的短暫和個性化影響是由每個人的微生物群的個體性質決定的。是以，精準醫學将群落改變的目标定位于每個人獨特的微生物群，前景廣闊。例如，基于微生物群落組成的個性化營養在盲法随機對照幹預中有效地改善了餐後血糖。
另外，超越細菌組，探索病毒組和真菌群落及其之間的互相作用，具有巨大的前景。例如，噬菌體療法已經用于嚴重的耐藥細菌感染，并且對目标細菌菌株具有高度特異性。但大多數此類幹預措施仍處于初步研究階段，且規模成本高昂。
05
老年微生物群的特征
前面章節我們了解了成年微生物群的變化，以及變化後的恢複情況等，成年穩定微生物群在老年時轉變為最終群落，本章節來詳細了解老年微生物群。
“老年”的确切時間尺度取決于其他幾個與宿主相關的因素，如疾病，但迄今為止大多數文獻将“老年人”定義為65歲及以上的人。
接近壽命終點的晚期演替
由于生物程式設計和生命中損傷的累積而導緻的衰老影響細胞功能的各個方面，微生物群也不例外。随着年齡的增長，腸道微生物群α多樣性減少，β多樣性增加。
關于老年微生物群，仍有許多未知之處，而文獻也有些沖突（一項報告稱65歲及以上成年人拟杆菌數量增加，與其他研究相沖突），大多數研究都集中在腸道細菌上。
老年微生物群：年輕優勢菌豐度減少
一般而言，腸道中觀察到的群落演替是年輕成年人中占優勢和普遍的細菌屬豐度減少，如Bifidobacteria, Bacteroides, Lactobacillus, 抵禦機會細菌爆發的能力降低。
• 皮膚
在65歲及以上的人群中，genera Cutibacterium和Staphylococcus的皮膚細菌數量減少，同時觀察到更多的Corynebacterium。
• 口腔
在口腔部位，Rothia和Streptococcus spp.是核心口腔細菌群落，Porphyromonas,Treponema和Faecalibacterium spp.的數量持續減少。
• 腸道
老年期腸道真菌群落的特征是Penicillium, Candida,Aspergillus和Saccharomyces spp.的優勢度增加。
在皮膚和口腔部位的研究很少，但老年期皮膚上的Malasseziaspp.和口腔内的Candidaspp.豐度減少。
在腸道噬菌體中，成年期的Siphoviridae占主導地位，而老年期的Microviridae和Podoviridae則占主導地位。與腸道細菌、真菌和噬菌體群體相比，真核病毒的多樣性在童年後和整個餘生中保持不變。
研究重點
由于個體之間的高度變異性，老年微生物演替的研究重點主要是比較健康和不健康的衰老。
目前尚不清楚微生物群是否在健康衰老中起着機械作用，還是僅僅是其他變量的一個有力名額，如飲食、運動和藥物。然而，在那些長壽健康的人中，可以觀察到在健康成年人中高度流行的菌群的持續保留方面的共同點。
然而，百歲老人表現出更獨特的微生物群，α多樣性增加，群落組成的個體間差異更大，使“健康”和“不健康”年齡之間的比較複雜化。次生膽汁酸在百歲老人中含量豐富，也可能在健康老齡化中發揮作用。盡管前景看好，但這一研究領域仍處于起步階段。
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06
死亡後的微生物群落
• 微生物的演替不會随着個體的死亡而結束
宿主的死亡可以視為微生物群的生态幹擾。心髒停止後，組織立即因缺氧而開始分解。細胞功能持續，直到所有剩餘的氧氣耗盡，二氧化碳不再能夠從組織中運輸為止。細胞内二氧化碳的積累創造了一個缺氧的酸性環境，導緻細胞破裂。
細胞成分，例如酶會洩漏到周圍環境中，在被稱為“自溶”的過程中進一步促進組織分解。自溶通過消除免疫系統、松開細胞連接配接并為微生物群提供營養，觸發了一系列負責組織分解的微生物過程。
死亡後的微生物群
Martino C,et al.Nat Rev Microbiol.2022
• 死亡後微生物群分解
人類微生物群在死亡後的前24-48小時内相對穩定，具有不同的身體部位微生物生态、年齡的α多樣性模式和可識别的個性化皮膚微生物群特征。
在分解的最初幾天到幾周内，腐敗主要由細菌進行，但随着分解的進行，真菌的作用增加。然而，在這個過程中，對病毒組的演替和功能作用了解甚少。
随後，環境變化促進了微生物的演替，改變了人體和微生物群，不再像活着的個體（除非身體被冷凍）。
由于缺乏宿主生活中先前遇到的環境限制，使得微生物的相對豐度發生了快速變化以及在身體各部位的移動。遷移的細菌群成為從腸道轉移到腸外部位的先鋒物種，根據身體部位參與初級演替或次級演替。
• 死亡微生物群——生物訓示器
死亡微生物群因其對法醫調查的影響而引起了越來越多的關注。與多個個體和身體部位相關的一緻的時間序列模式證明，死後微生物群可以作為死後間隔的生物訓示器。
每個屍體的死後微生物群都是獨一無二的，并且根據死亡時間、死因、環境、死亡地點和年齡以及開始時身體部位之間的差異，屍體之間的微生物群是不同的。
當微生物演替包括群落成員的快速更替時，在分解的早期階段（即死亡後的前2-3周），死後時間間隔估計更為準确，但在分解的後期階段（例如骨骼）仍然有用，因為幾乎沒有證據可以估計死後時間間期。
• 死亡原因與微生物群存在聯系
還證明了與死亡原因和微生物群存在的聯系。例如，在死于心髒病的個人的口腔微生物群中發現了更多的Rothia spp.。
此外，皮膚微生物群脫落可能通過将個人與他們接觸過的物品聯系起來，進而有助于追蹤證據；然而，這一獨特特征能夠準确比對到個體的時間取決于對象的材料和用途。
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關于微生物群研究中的取樣和實驗設計
研究設計和樣本收集
人類微生物群是動态的。考慮到這一點，設計一種能夠捕捉微生物群的時間和空間變異性的采樣政策非常重要，特别是當這些波動與所提出的科學問題相關時。
✦測量時間不同：多個時間點的樣本采集
橫斷面研究從每個個體收集一個樣本，而重複測量研究在多個時間點或身體部位收集樣本。随着時間的推移，采樣頻率應該調整到研究人員試圖觀察的現象。
例如，小鼠晝夜節律研究通常每2-4小時收集一次糞便樣本；而在發炎性腸病中，在一周内對患者進行三到五次采樣可以改善疾病分類。
在其他應用中，例如研究特定治療對個體微生物群的影響，這可能與進行“一對一”研究有關，在該研究中，同一參與者被反複檢測其微生物群的結果變化；治療前采集的樣本被視為個體水準的對照。
✦測量空間不同：城市化/農村環境不同
同樣重要的是要考慮到人口的微生物群高度依賴于地理和種族。
例如，在一個大型中國群體中，一種與年齡高度相關的微生物在一個美國大型群體中根本沒有檢測到。
另一個具體的例子涉及城市化社會的“建築環境”；城市化人群通常較少接觸環境微生物，更多地使用家用抗菌劑，與來自農村社會的人類微生物群相比，這導緻了重大變化。
這些考慮因素與微生物群領域尤其相關，因為大多數公共微生物群資料來自城市化的北美和歐洲人。是以，現有資料集的結論可能無法很好地推廣到全球人口。
資料生成
從人類微生物群和微生物群研究中生成的測序資料的主要類别是擴增子測序資料和鳥槍測序資料。
✦擴增子測序
在擴增子測序中，對已建立的高變區的PCR産物（擴增子）進行深度測序，進而能夠通過與個體“條形碼”比對來識别和測量群體成員。
這裡有兩種選擇：要擴增的基因和該基因的哪一部分要擴增。微生物基因組的常見擴增區域包括：細菌的16S核糖體RNA基因、真核微生物的18S核糖體DNA基因和真菌的内部轉錄間隔區。
每個特定基因中高變區的選擇取決于要捕獲的特定微生物，但廣泛使用的高變區包括來自地球微生物組項目的V4區。
✦腸道微生物群參與人體的調節
在鳥槍測序中，所有微生物DNA都被測序，而不僅僅是PCR産物，進而能夠對微生物進行更具體的分類。由于鳥槍測序不依賴于任何标記基因，是以與擴增子測序相比，它對某些微生物的偏向性較小。
然而，鳥槍測序的成本要高得多，并且需要更大的計算能力，這使得在不需要提高鳥槍序列分辨率的情況下，擴增子測序具有吸引力。
将測序資料與其他分析配對
結合其他技術進行擴增子或宏基因組測序可以豐富對微生物群和宿主的了解。定量PCR和熒光激活細胞分選等技術通過将相對豐度錨定到可靠的絕對豐度測量值，為相對豐度提供了更多的背景。
酶聯免疫吸附試驗和單細胞測序可以通過提供宿主細胞類型或宿主免疫資訊與宏基因組測序很好地配對。
培養組學使研究人員能夠通過實驗驗證功能或活性的基因組預測，并将微生物轉化為益生菌。微生物産生的代謝物或蛋白質，即微生物群的下遊效應物，可以分别通過代謝組學和蛋白質組學進行探測。
最後，宿主基因組學和轉錄組學越來越多地與擴增子或宏基因組學資料配對，以深入了解宿主基因表達和微生物群之間的聯系。
中繼資料收集
最後，從被調查的參與者那裡收集資料至關重要。一般微生物群研究的一些重要中繼資料類别包括人口統計、臨床資訊和飲食資訊；然而，使用的确切中繼資料因研究而異。應采用産生标準化中繼資料的實踐，以便結果可重複使用和再現。
結論與展望
本文描述了目前對不同年齡和不同身體部位的人類常駐微生物群落組成的研究現狀。
人類健康與微生物群組成之間存在許多聯系，對腸道菌群的幹預可能改善健康。側重于整個微生物群而不是單一物種的富集或消除的幹預措施，需要了解這些群落是如何形成和維持的。
不同人群年齡，不同部位的微生物群需要依托于大樣本資料庫的建構，這為微生物群研究的準确性提供了保障。
通過研究人類整個生命周期中的微生物群，我們可以更好地了解這些微生物群複雜的互相作用，以及如何有效地将微生物群推向宿主所需的組成。此外也正應用于除人類健康外的其他領域，如法醫學。随着微生物群的相關研究不斷突破，将給人類生命健康和生産生活帶來巨大的影響。
主要參考文獻
Martino C, Dilmore AH, Burcham ZM, Metcalf JL, Jeste D, Knight R. Microbiota succession throughout life from the cradle to the grave. Nat Rev Microbiol. 2022 Jul 29. doi: 10.1038/s41579-022-00768-z. Epub ahead of print. PMID: 35906422.
Lim, A. I. et al. Prenatal maternal infection promotes tissue-specific immunity and inflammation in offspring. Science 373, eabf3002.
Al Nabhani, Z. & Eberl, G. Imprinting of the immune system by the microbiota early in life. Mucosal Immunol. 13, 183–189.
Helve, O. et al. 2843. Maternal fecal transplantation to infants born by cesarean section: safety and feasibility. Open. Forum Infect. Dis. 6, S68.
Seppo, A. E. et al. Infant gut microbiome is enriched with Bifidobacterium longum ssp. infantis in old order mennonites with traditional farming lifestyle. Allergy 76, 3489–3503.