本书是一部介绍微生物组和合成微生物组工程的专著，由活跃在一线并长期开展微生物学和微生物组学研究的科技工作者撰写完成。全书共7章，介绍了微生物组研究的最新进展，总结研究成果，并展望未来发展，侧重探讨合成微生物组的设计、合成（构建）、测试和应用，为微生物组研究及其在人类健康、工农业及环境等领域的合成生物学工程化实际应用提供参考，是一部了解微生物组最新进展和合成微生物组工程原理的参考书籍。本书旨在帮助读者更好地理解和把握微生物组学的发展趋势及应用前景，并探讨合成微生物组工程对人类社会和日常生活的未来影响。
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目录
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第1章 绪论 1
1.1 从微生物到微生物组 1
1.2 微生物组概念的内涵 2
1.2.1 微生物组的研究对象 2
1.2.2 微生物组的研究思路 5
1.2.3 微生物组的技术方法 6
1.3 什么是合成微生物组工程 7
参考文献 9
第2章 微生物组研究的共性技术 12
2.1 宏基因组分析 12
2.1.1 微生物组测序数据分析 12
2.1.2 微生物功能分析流程和数据库 32
2.2 单细胞表征技术 39
2.2.1 单细胞拉曼光谱鉴定技术 39
2.2.2 显微成像技术 49
2.2.3 微生物单细胞测序技术 60
2.3 微生物培养组技术 66
2.3.1 微生物培养组的基本概念与一般流程 66
2.3.2 样品处理 66
2.3.3 分离培养方法 70
2.3.4 微生物物种鉴定和命名 84
2.3.5 肠道微生物资源库 89
参考文献 95
第3章 人体微生物组 115
3.1 皮肤微生物组 115
3.1.1 皮肤微生物的组成和特征 115
3.1.2 皮肤微生物的功能 118
3.2 口腔、食道及胃部微生物组 118
3.2.1 口腔微生物组的组成和特征 118
3.2.2 食道微生物组的组成和特征 120
3.2.3 胃部微生物组的组成和特征 121
3.3 呼吸道微生物组 121
3.3.1 鼻腔微生物组的组成和特征 121
3.3.2 肺部微生物组的组成和特征 122
3.3.3 呼吸道微生物组的功能 123
3.4 生殖道微生物组 124
3.4.1 生殖道微生物组的组成和特征 124
3.4.2 生殖道微生物组的功能 127
3.5 肠道微生物组 128
3.5.1 肠道微生物间的互作类型 128
3.5.2 核心肠道微生物菌群 130
3.5.3 肠道菌群功能和微生态 133
3.6 微生态失衡与人体疾病 138
3.6.1 感染性疾病 139
3.6.2 炎症性肠病和肠易激综合征 140
3.6.3 癌症 142
3.6.4 代谢性疾病 145
3.6.5 神经疾病 147
参考文献 148
第4章 肠道微生物的生物学 165
4.1 拟杆菌门 165
4.1.1 拟杆菌属 165
4.1.2 副拟杆菌属 171
4.1.3 普雷沃氏菌属 177
4.1.4 另枝菌属 188
4.2 厚壁菌门 191
4.2.1 梭菌属 191
4.2.2 毛螺菌 199
4.2.3 肠球菌属 209
4.2.4 乳杆菌属 216
4.2.5 双歧杆菌属 227
4.3 变形菌门 233
4.3.1 α-变形菌 235
4.3.2 β-变形菌 240
4.3.3 γ-变形菌 241
4.3.4 δ-变形菌 249
4.3.5 ε-变形菌 250
4.4 肠道古菌 254
4.4.1 古菌的特征 254
4.4.2 肠道古菌与人体健康 256
4.5 益生元和益生菌、活菌药物 256
4.5.1 传统益生菌 257
4.5.2 下一代益生菌--嗜黏蛋白阿克曼氏菌 261
4.5.3 活菌药物 263
4.5.4 益生元 271
参考文献 275
第5章 肠道噬菌体及其应用 328
5.1 肠道噬菌体的组成和特征 328
5.1.1 噬菌体的生命周期 328
5.1.2 噬菌体的分类 329
5.2 肠道噬菌体的分离培养 330
5.2.1 基于细菌培养物分离噬菌体的方法 332
5.2.2 不依赖细菌培养物的噬菌体分离方法 333
5.3 肠道噬菌体的功能 337
5.3.1 噬菌体在肠道疾病中扮演的角色 337
5.3.2 噬菌体疗法的安全性研究 338
5.3.3 噬菌体疗法的有效性 340
5.3.4 消化道疾病中的噬菌体疗法 340
5.3.5 靶向递送药物 342
5.4 肠道噬菌体在合成微生物组工程中的应用 342
5.4.1 工程噬菌体有更宽的宿主谱 343
5.4.2 工程噬菌体有更强的裂解能力 344
5.4.3 工程噬菌体应对宿主的噬菌体抗性 344
5.4.4 工程噬菌体稳定性更高 345
5.4.5 工程噬菌体可以降解生物膜 345
5.4.6 基因工程将溶原性噬菌体转化为裂解性噬菌体 346
参考文献 346
第6章 人工合成菌群与活性污泥微生物组工程 355
6.1 城市和工业废水的活性污泥生物处理 355
6.1.1 活性污泥法的起源与发展 355
6.1.2 活性污泥生物处理技术 357
6.1.3 活性污泥技术在城市污水处理中的应用 365
6.1.4 活性污泥法在工业废水处理中的应用 371
6.2 活性污泥微生物组 376
6.2.1 活性污泥污水处理的生物本质 377
6.2.2 活性污泥微生物群落研究方法学概述 378
6.2.3 活性污泥微生物组成和时空分布 381
6.2.4 活性污泥功能菌 387
6.2.5 活性污泥微生物群落构建 392
6.3 人工合成活性污泥微生物组工程 398
6.3.1 活性污泥微生物群落工程调控 398
6.3.2 人工合成活性污泥菌群工程应用 402
6.3.3 生物强化和人工合成活性污泥菌群应用挑战 407
参考文献 407
第7章 展望 426
7.1 基础研究 426
7.1.1 拓展对微生物组中微生物类群以及微生物之间相互作用的认知 427
7.1.2 加深对微生物组和宿主/环境之间互作规律的认知 427
7.1.3 加强对微生物组解析和认知工具及技术开发 427
7.2 应用与转化 428
7.2.1 加大合成微生物组的工程化应用尝试 428
7.2.2 建立微生物组多领域应用的标准与制度 430
7.3 未来的方向与挑战 430
参考文献 431
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