摘要：我们所知的生命始于微生物。微生物维持着地球上的生命，时不时会有某些微生物的出现，威胁到整个物种的生存。微生物的危害与益处都是巨大的，它们在帮助我们实现长寿、健康和可持续生活方面具有巨大的潜力。《细胞》期刊庆祝50周年，我们自豪地在本次周年纪念特刊中展示这一神奇
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作者：《Cell》期刊编辑团队
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我们所知的生命始于微生物。微生物维持着地球上的生命，时不时会有某些微生物的出现，威胁到整个物种的生存。微生物的危害与益处都是巨大的，它们在帮助我们实现长寿、健康和可持续生活方面具有巨大的潜力。《细胞》期刊庆祝50周年，我们自豪地在本次周年纪念特刊中展示这一神奇且神秘的微生物世界。
**微生物学的复杂性**
自从Leeuwenhoek, Pasteur, Koch, Gram, 和Hesse等先驱者时代起，微生物学已经取得了长足的进展。当时，研究的重点是艰苦地分离、培养、观察和鉴定每种微生物。传统上，微生物被认为是简单的生物，因其微小的体积、看似简化的超微结构和精简的基因组。人们的期望是，如果我们能够揭开这些简单微生物系统的内部机制，也许可以通过某种程度的推演，理清多细胞“更高级”生物的细胞器复杂性和组织结构。事实上，这种看法在很多方面是正确的，微生物确实作为出色的基础模型为我们提供了重要的研究支持。
微生物不仅本身令人着迷，而且它们在更广泛的研究中也具有重要的潜力，这一认识早已融入《细胞》期刊的创刊理念。期刊创刊时的社论表达了这一精神：“《细胞》将不仅仅是一个关于真核细胞生物学的期刊。病毒学的研究，无论是从病毒本身的遗传系统角度，还是从它们对宿主细胞系统的影响来看，都将占据期刊的重要位置。当然，关于细菌的研究本身既有趣，也可能对其他细胞研究具有重要意义。” 如果你翻阅《细胞》期刊1974年创刊的首期，你会发现其中有研究通过优雅的操纵子和大肠杆菌噬菌体探讨转录调控和蛋白质合成的基础工作。在期刊创刊后的头十年，病毒学的研究促成了癌基因和抑癌基因的发现。此后，微生物迅速成为推动分子生物学基础发现的重要工具。
然而，今天我们知道，微生物绝非简单。即便是到了2024年，来自大肠杆菌及其噬菌体的研究依然不断带来新见解。事实证明，微生物的亚细胞组织结构至关重要，细菌免疫系统依赖于一个不断扩展的抗病毒调节因子和途径的库。单一的未修饰埃博拉病毒多肽VP50，便可以为我们展示蛋白质多功能性的经典示例，而真菌则是全球粮食安全的关键。此外，我们还不能忽视那些挑战常规、在极端环境中尽情生活的微生物——比如古菌（Archaea）！随着我们对周围微生物的认识不断加深，微生物的复杂性也日益显现。
**现代微生物学**
基因组学彻底改变了微生物学的面貌，超出了我们曾经的想象——它使病原体的快速、准确检测成为可能，促进了抗生素抗药性的监测，揭示了肠道微生物组与宿主健康之间的联系，还能从以前未知且难以培养的有机体中挖掘并发现新的治疗药物，极大地扩展了生命之树，等等。未来的微生物学将会更加宏大与大胆。本期《细胞》期刊的综述文章"Modern microbiology: Embracing complexity through integration across scales"，由Murat Eren和Jill Banfield撰写，带领我们通过技术的视角回顾了这一领域的快速发展。
在海量的数据中，人工智能和机器学习将帮助我们探索复杂微生物群落的细微之处，同时也帮助我们理解不同生态系统在不同尺度上的动态相互作用。我们对于微生物真正多样性的理解仍处于起步阶段——当然，我们知道有细菌、真菌、古菌、原生生物和病毒，但除此之外，还有质粒、类病毒和“博格（Borgs）”等。简单来说，微生物本身的尺度仅为几个纳米，但在微生物学中的发现和应用潜力则是巨大的、难以估量的。
**生存的教训**
微生物的座右铭很简单：生存。而为了生存，它们运用着令人眼花缭乱的机制和过程。抗性、持久性、耐受性、适应性、进化——也许我们在自我提升书籍中寻求的所有行为，实际上都应该归功于我们的微生物朋友们。在《Cell Host & Microbe》期刊的一期及时专题《微生物生存指南》中，您将找到深入探讨细菌间战争和生存策略的综述，无论是面对竞争者还是在共生关系中的生存策略。我们从理解微生物的生存和生长策略中受益，最典型的例子就是青霉素，这种从霉菌液体中提炼出来的神奇药物，最终挽救了上百万人的生命。
不幸的是，很多人对真菌的认识仅限于面包、啤酒和蘑菇。虽然流行媒体对微生物和科学家的描绘往往夸张过头，但我们也应该感谢《最后生还者》（The Last of Us），它让全球数百万人更加关注真菌病原体。正如Iliyan Iliev和他的同事们在本期《细胞》期刊的评论文章《聚焦真菌》中写到的那样，全球范围内真菌威胁的确在不断增加，但真菌学领域的资金支持仍然有限。真菌在环境生态系统平衡和控制、食品工业中的作用、作为病原体的潜力，以及作为“真菌组”成员的角色，都要求我们更加关注这些生物，以便更好地理解体内外的稳态和各种疾病状态。
随着抗生素的滥用导致抗菌性和抗真菌性耐药性的上升，新的抗生素需求变得非常紧迫。我们可能会从哪里找到这些新的抗生素？真菌仍然是新型生物活性分子的潜在来源，而机器学习方法将帮助我们从环境微生物组以及我们自身的微生物组中发现此前未被开发的抗菌剂。
**病毒的世界**
病毒是生物学中的一大谜团，它们是活的、非活的，还是介于两者之间的某种存在，这个问题似乎不再那么迫切需要定义，因为我们已经意识到它们已经在地球上存在了数十亿年。病毒几乎能够感染所有生命形式，但迄今为止，所有病毒中只有不到0.1%被正式鉴定过。在本期《细胞》期刊的展望文章‘‘Virology – The next fifty years’’中，病毒学家Eddie Holmes、Florian Krammer和Felicia Goodrum提醒我们，病毒为免疫学、细胞生物学和癌症等多个领域提供了重要的见解。基于这一基础，他们展望未来五十年，认为这是一个激动人心的时代，我们将进一步扩展对病毒圈（virosphere）的理解，包括体内的病毒组、病毒在慢性疾病中的作用，以及它们作为强大治疗工具的巨大潜力。
一次又一次，突发和复发的病毒给人类带来了巨大的破坏，无论是天花、甲型流感、HIV、SARS、埃博拉，还是SARS-CoV-2。问题不在于是否会有另一个具有潜力引发大流行的病原体，而是何时会发生这种情况。尽管我们仍处于COVID-19大流行之中，全球各地的生命和社区承受着沉重的代价，但我们同样需要关注H5N1禽流感和猴痘（Mpox）。非洲大陆并不陌生于新兴和复发性病原体，多个国家的成功公共卫生项目有效管理了这些疫情。在本期《细胞》期刊的评论文章‘‘Africa in the era of pathogen genomics: Unlocking data barriers’’中，Jean Kaseya、Sofonias Tessema及非洲CDC的同事们重点介绍了非洲大陆病原体测序的快速扩展，并概述了在大流行准备和响应过程中需要克服的数据共享障碍。
在现代医学的创新中，疫苗接种仍然是抵御传染病最古老且最具成本效益的干预手段之一。从预防儿童死亡到现在对卵巢癌以及带状疱疹和呼吸道合胞病毒（RSV）等成人感染的显著疗效，疫苗显著改善了人类的寿命和健康。然而，尽管疫苗的益处显而易见，公众对疫苗是什么、为什么重要仍然存在许多误解和犹豫。在疫苗和疫苗接种的错误信息盛行之时，我们希望本期的综述‘‘Transforming vaccinology’’（作者：Bali Pulendran、Galit Alter和Rino Rappuoli）能够提供关于疫苗的广泛概述，既包括历史背景，也涵盖一些更紧迫的问题，如疫苗效力的决定因素、佐剂的作用，以及新兴技术将如何塑造下一代疫苗，从而惠及全人类。此外，《疫苗学趋势》系列进一步突出了COVID-19大流行如何重新激发了疫苗学的发展。
**未来属于微生物**
下一次大流行只是我们在未来将面临的众多挑战之一，而应对这些挑战需要我们共同努力，合作与公平是我们作为地球上的一员，必须共同面对气候变化、生物多样性丧失、粮食不安全和社会不平等问题的关键。这一进程将需要国际合作伙伴关系的推动，以及学术界、工业界和政府之间资源与数据的共享。这些利益相关者之间的联系必须建立在信任、倡导和对全球科学及科学家的支持基础上。未来的挑战将把我们所有人联系在一起，而微生物学家的声音与专业知识对于我们的应对准备至关重要；为此，我们必须聆听他们的指导。
艾滋病（AIDS）和COVID-19等大流行教训告诉我们，孤立工作、边境封锁、指责他人以及公共卫生不平等问题，必然会加剧对人类生命和生计的冲击。我们有许多可以互相借鉴和学习的经验，包括来自世界各地的成功案例。为了创造一个可持续且对所有人有益的未来，联合国于2012年制定了17个可持续发展目标（SDGs），此后这些目标成为全球社会团结与合作的蓝图。
在这个背景下，微生物不仅对地球上的生命至关重要，它们的技术应用将推动农业、生物燃料、农场生产、食品生产、环境修复等多个行业的发展。在本期《细胞》期刊的综述文章《科学家的行动呼吁：微生物、地球健康与可持续发展目标》中，Laura van Galen及其合著者将微生物置于每个可持续发展目标（SDG）中，强调它们的重要性和与实现这些目标的相关性。
在此基础上，《可持续未来中的微生物》趋势集进一步展示了微生物在可持续性和地球健康方面的巨大潜力，同时强调了我们必须从根本上理解土壤生态系统，并保护生物多样性。
**致微生物的颂歌**
微生物在多种方式上定义了我们和我们的星球。如果你多年来一直关注我们的动态，你会发现《细胞》期刊涵盖了所有可想象的生态系统和应用领域——从土壤到石油，从海洋深处到平流层，以及介于其间的所有地方——这些都是我们和Cell Press同仁们所着迷的内容。我们希望你在阅读本期聚焦微生物的特刊时，能与我们一样感受到那份激动与敬畏，也希望你能继续与我们一道，庆祝这个50周年纪念年的精彩科学之旅。
来源：微生物组