合成微生物組學是一門研究利用基因合成技術對微生物進行改造和調控的學科。它結合了微生物學、遺傳學、基因工程學等多個學科的理論和技術，旨在通過改變微生物的遺傳物質和代謝途徑，實現對微生物功能的精確調控和優(yōu)化。本書內容涵蓋了合成微生物組研究的共性技術，包括宏基因組分析、單細胞表征技術、微生物培養(yǎng)組技術、無菌和悉生模式動物的構建等。此外介紹了人體微生物組，包括皮膚、口腔、食道及胃部、呼吸道、生殖道、腸道等組織微生物的組成和特征，單獨列出腸道各種不同微生物的生物學、腸道噬菌體及應用。最后以人工合成菌群與活性污泥微生物組工程為案例，反映了合成生物學與微生物組學的交叉領域原創(chuàng)性研究。
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芘和熒蒽微生物降解菌群的結構解析和降解機理的研究，主持，國家級，2014-01--2017-12
目錄
第1章 緒論 1
1.1 從微生物到微生物組 1
1.2 微生物組概念的內涵 2
1.2.1 微生物組的研究對象 2
1.2.2 微生物組的研究思路 5
1.2.3 微生物組的技術方法 6
1.3 什么是合成微生物組工程 7
參考文獻 9
第2章 微生物組研究的共性技術 12
2.1 宏基因組分析 12
2.1.1 微生物組測序數據分析 12
2.1.2 微生物功能分析流程和數據庫 32
2.2 單細胞表征技術 39
2.2.1 單細胞拉曼光譜鑒定技術 39
2.2.2 顯微成像技術 49
2.2.3 微生物單細胞測序技術 60
2.3 微生物培養(yǎng)組技術 66
2.3.1 微生物培養(yǎng)組的基本概念與一般流程 66
2.3.2 樣品處理 66
2.3.3 分離培養(yǎng)方法 70
2.3.4 微生物物種鑒定和命名 84
2.3.5 腸道微生物資源庫 89
參考文獻 95
第3章 人體微生物組 115
3.1 皮膚微生物組 115
3.1.1 皮膚微生物的組成和特征 115
3.1.2 皮膚微生物的功能 118
3.2 口腔、食道及胃部微生物組 118
3.2.1 口腔微生物組的組成和特征 118
3.2.2 食道微生物組的組成和特征 120
3.2.3 胃部微生物組的組成和特征 121
3.3 呼吸道微生物組 121
3.3.1 鼻腔微生物組的組成和特征 121
3.3.2 肺部微生物組的組成和特征 122
3.3.3 呼吸道微生物組的功能 123
3.4 生殖道微生物組 124
3.4.1 生殖道微生物組的組成和特征 124
3.4.2 生殖道微生物組的功能 127
3.5 腸道微生物組 128
3.5.1 腸道微生物間的互作類型 128
3.5.2 核心腸道微生物菌群 130
3.5.3 腸道菌群功能和微生態(tài) 133
3.6 微生態(tài)失衡與人體疾病 138
3.6.1 感染性疾病 139
3.6.2 炎癥性腸病和腸易激綜合征 140
3.6.3 癌癥 142
3.6.4 代謝性疾病 145
3.6.5 神經疾病 147
參考文獻 148
第4章 腸道微生物的生物學 165
4.1 擬桿菌門 165
4.1.1 擬桿菌屬 165
4.1.2 副擬桿菌屬 171
4.1.3 普雷沃氏菌屬 177
4.1.4 另枝菌屬 188
4.2 厚壁菌門 191
4.2.1 梭菌屬 191
4.2.2 毛螺菌 199
4.2.3 腸球菌屬 209
4.2.4 乳桿菌屬 216
4.2.5 雙歧桿菌屬 227
4.3 變形菌門 233
4.3.1 α-變形菌 235
4.3.2 β-變形菌 240
4.3.3 γ-變形菌 241
4.3.4 δ-變形菌 249
4.3.5 ε-變形菌 250
4.4 腸道古菌 254
4.4.1 古菌的特征 254
4.4.2 腸道古菌與人體健康 256
4.5 益生元和益生菌、活菌藥物 256
4.5.1 傳統(tǒng)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 活菌藥物 263
4.5.4 益生元 271
參考文獻 275
第5章 腸道噬菌體及其應用 328
5.1 腸道噬菌體的組成和特征 328
5.1.1 噬菌體的生命周期 328
5.1.2 噬菌體的分類 329
5.2 腸道噬菌體的分離培養(yǎng) 330
5.2.1 基于細菌培養(yǎng)物分離噬菌體的方法 332
5.2.2 不依賴細菌培養(yǎng)物的噬菌體分離方法 333
5.3 腸道噬菌體的功能 337
5.3.1 噬菌體在腸道疾病中扮演的角色 337
5.3.2 噬菌體療法的安全性研究 338
5.3.3 噬菌體療法的有效性 340
5.3.4 消化道疾病中的噬菌體療法 340
5.3.5 靶向遞送藥物 342
5.4 腸道噬菌體在合成微生物組工程中的應用 342
5.4.1 工程噬菌體有更寬的宿主譜 343
5.4.2 工程噬菌體有更強的裂解能力 344
5.4.3 工程噬菌體應對宿主的噬菌體抗性 344
5.4.4 工程噬菌體穩(wěn)定性更高 345
5.4.5 工程噬菌體可以降解生物膜 345
5.4.6 基因工程將溶原性噬菌體轉化為裂解性噬菌體 346
參考文獻 346
第6章 人工合成菌群與活性污泥微生物組工程 355
6.1 城市和工業(yè)廢水的活性污泥生物處理 355
6.1.1 活性污泥法的起源與發(fā)展 355
6.1.2 活性污泥生物處理技術 357
6.1.3 活性污泥技術在城市污水處理中的應用 365
6.1.4 活性污泥法在工業(yè)廢水處理中的應用 371
6.2 活性污泥微生物組 376
6.2.1 活性污泥污水處理的生物本質 377
6.2.2 活性污泥微生物群落研究方法學概述 378
6.2.3 活性污泥微生物組成和時空分布 381
6.2.4 活性污泥功能菌 387
6.2.5 活性污泥微生物群落構建 392
6.3 人工合成活性污泥微生物組工程 398
6.3.1 活性污泥微生物群落工程調控 398
6.3.2 人工合成活性污泥菌群工程應用 402
6.3.3 生物強化和人工合成活性污泥菌群應用挑戰(zhàn) 407
參考文獻 407
第7章 展望 426
7.1 基礎研究 426
7.1.1 拓展對微生物組中微生物類群以及微生物之間相互作用的認知 427
7.1.2 加深對微生物組和宿主/環(huán)境之間互作規(guī)律的認知 427
7.1.3 加強對微生物組解析和認知工具及技術開發(fā) 427
7.2 應用與轉化 428
7.2.1 加大合成微生物組的工程化應用嘗試 428
7.2.2 建立微生物組多領域應用的標準與制度 430
7.3 未來的方向與挑戰(zhàn) 430
參考文獻 431
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