生命起源于微生物，微生物不仅维系着地球上的生命系统，某些微生物种类还会对整个物种的生存构成威胁。微生物既蕴含着巨大的风险，也带来了极大的益处，它们拥有助力我们实现健康长寿与可持续生活的巨大潜力。2024年9月19日，Cell 编辑团队发表了题为“A microbial future”的Cell 50周年纪念特刊，从技术视角全面回顾了这一领域的飞速发展，以下是该特刊综述的详细解读。
自微生物学先驱如列文虎克（Leeuwenhoek）、巴斯德（Pasteur）和科赫（Koch）的时代以来，微生物学领域取得了显著的进步。自1974年创刊以来，Cell始终聚焦微生物研究，其不仅关注真核细胞生物学，也高度重视病毒学和细菌学研究。在创刊首期中，就包含了关于大肠杆菌噬菌体的研究，探讨了转录调控和蛋白质合成的基础机制。在随后的十年间，病毒学研究推动了癌基因和抑癌基因的发现，微生物逐渐成为分子生物学基础发现的重要工具。然而，随着研究的深入，我们发现微生物的复杂程度远超最初的设想。
基因组学的突破性进展已经对微生物学领域产生了深远的影响，其变革力度远远超出了我们过去的想象。这些进展不仅使得研究人员能够快速、准确地检测病原体，还有效地促进了抗生素抗药性的监测工作。同时，它们也揭示了肠道微生物组与宿主健康之间的密切关系，为理解人体健康提供了新的视角。更重要的是，通过深入研究以前未知且难以培养的微生物，科学家们已经从中挖掘出了新的治疗药物，这对于医药领域的发展具有重要意义。展望未来，微生物学的发展蓝图无疑将更加宏伟与大胆。随着技术的不断进步，我们对微生物世界的认知也将不断深化。
微生物：独特的生存之道
微生物的生存策略极为复杂且多样化，它们采用了一系列机制和过程来确保自身的生存与繁衍，这些策略包括抗性、持久性、耐受性、适应性和进化等。在《Cell Host & Microbe》期刊的专题《微生物生存指南》中，科学家们深入探讨了细菌在面对竞争者时的战争策略以及在共生关系中的生存智慧，这些发现为我们理解微生物的生存和生长策略提供了宝贵的见解。
从微生物中提炼出的物质，如青霉素，就是一个绝佳的例子，这种从霉菌中提取的药物自发现以来已经挽救了数百万人的生命，成为现代医学史上的里程碑。然而，尽管微生物在自然界和人类生活中扮演着如此重要的角色，很多人对它们的了解仍然有限，尤其是对真菌的认识大多局限于面包、啤酒和蘑菇等日常用品和食品上。
尽管流行媒体对微生物和科学家的描绘有时过于夸张，但一些影视作品如《最后生还者》等却成功地引起了全球数百万人对真菌病原体的关注。正如Iliyan Iliev及其同事在《细胞》期刊的评论文章《聚焦真菌》中所指出的那样，尽管全球范围内真菌对人类和环境的威胁日益严重，但真菌学领域的资金支持仍然相对有限，这在一定程度上限制了我们对真菌的深入研究和理解。
实际上，真菌在维持环境生态系统平衡、推动食品工业发展、作为病原体以及作为“真菌组”（与人体共生的真菌群落）成员等方面都发挥着重要作用。因此，我们需要更加关注这些生物，以便更好地理解体内外的稳态和各种疾病状态。
病毒：从致命威胁到医学希望
病毒，这一生物学领域的长期谜团，尽管其生命形态的定义尚不明晰，但已被确认在地球上存在了数十亿年，且几乎能感染所有生命形式。虽然已被正式鉴定的病毒种类仅占极少数，它们在免疫学、细胞生物学和癌症等多个领域已为我们提供了宝贵的见解。在《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展望了病毒学研究的未来五十年，认为这将是一个充满机遇的时代，我们将更深入地理解病毒圈，包括探索人体病毒组、病毒在慢性疾病中的作用，以及它们作为强大治疗手段的潜力。
历史上，多次突发和再次爆发的病毒给人类带来了巨大灾难，从天花、甲型流感、HIV、SARS、埃博拉病毒到最近的SARS-CoV-2。人们普遍认识到，具有大流行潜力的病原体再次出现只是时间问题。尽管全球仍在应对COVID-19大流行的挑战，但我们同样需要警惕其他潜在威胁，如H5N1禽流感和猴痘。非洲大陆在应对新兴和复发性病原体方面经验丰富，多个国家的成功公共卫生项目已有效管理了这些疫情。在《细胞》期刊的评论文章“Africa in the Era of Pathogen Genomics: Unlocking Data Barriers”中，Jean Kaseya、Sofonias Tessema及非洲疾病预防控制中心的同事们强调了非洲在病原体测序方面的迅速进展，并概述了在大流行准备和响应过程中需克服的数据共享障碍。
在现代医学创新中，疫苗接种仍是抵御传染病最古老且最具成本效益的手段之一。疫苗从预防儿童死亡到对成人感染的显著疗效，显著改善了人类寿命和健康。然而，尽管疫苗益处显著，公众对疫苗及其重要性的认识仍存在误解和犹豫。在疫苗错误信息泛滥的背景下，《细胞》期刊的综述“Transforming Vaccinology”提供了关于疫苗的广泛概述，包括其历史背景、疫苗效力的决定因素、佐剂的作用，以及新兴技术如何塑造下一代疫苗，以造福全人类。此外，《疫苗学趋势》系列也强调了COVID-19大流行如何激发疫苗学的发展和创新。
微生物：未来可持续发展的关键
在未来，人类将遭遇包括大流行病在内的多重严峻挑战，有效应对这些挑战——诸如气候变化、生物多样性减少、粮食安全问题以及社会不平等——需要全球范围内的共同努力。
微生物学家的声音与专业知识在应对这些挑战的准备过程中发挥着至关重要的作用。历史上的艾滋病（AIDS）和COVID-19等大流行事件已经警示我们，孤立行动、边境封锁、相互指责以及公共卫生不平等只会进一步加剧对人类生命和生计的威胁。然而，我们也拥有许多来自世界各地的成功案例，这些成功的经验值得我们相互借鉴和学习。
为了创造一个可持续且惠及所有人的未来，联合国于2012年制定了17个可持续发展目标（SDGs），这些目标自此便成为了全球社会团结与合作的行动蓝图。在此背景下，微生物不仅对地球上的生命维持至关重要，其技术应用还有望在农业、生物燃料、农场生产、食品生产以及环境修复等多个行业发挥推动作用。
在《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及其合著者深入探讨了微生物在每个可持续发展目标中的重要性，以及它们与实现这些目标之间的紧密联系。此外，《可持续未来中的微生物》趋势集也进一步展示了微生物在推动可持续性和维护地球健康方面的巨大潜力，并强调了我们需要从根本上理解土壤生态系统，同时积极致力于生物多样性的保护。
时空转录组FFPE | 全物种全转录组——探索无限可能
福尔马林固定石蜡包埋（Formalin-Fixed Paraffin Embedded，FFPE）样本因其易于保存且能较好地保存样本组织形态的特点，在全球医学与科研领域被广泛应用。然而FFPE样本制备过程中RNA可能存在降解，失去Poly A尾的RNA片段无法通过传统的Poly T探针进行捕获，且靶向探针的应用场景受限。因此，亟需新的技术方法来探究FFPE样本的组学奥秘，以突破现有技术的局限性。
华大时空推出的时空转录组FFPE产品方案基于全新探针设计，可提供单细胞分辨率的Total RNA空间信息，实现全物种、全转录组空间表达图谱的构建。
由于微生物缺乏一致的poly A尾，传统的真核生物mRNA捕获方法无法直接应用，而时空转录组FFPE技术通过其“随机探针”设计，突破了这一限制，能够有效捕获包括微生物在内的全物种Total RNA分子，从而实现宿主与微生物的共检测，揭示微生物与宿主之间的互作关系，为深入探索宿主与微生物的相互机制提供了强大工具。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，华大时空转录组FFPE将在肿瘤和微生物检测领域发挥更加重要的作用。
时空转录组FFPE在感染鼠肺样本中的宿主与微生物共检测案例
应用时空转录组FFPE对感染鼠肺样本中的结合分支杆菌（Mtb）的时空转录本进行检测，结果显示结合分支杆菌（Mtb）的时空转录组数据与病理染色结果相吻合。
Mtb转录本表达量与CFU有较好的对应关系（上半部分图）；Mtb转录本空间位置与TB抗酸染色的位置一致（下半部分图）
Mtb含量与BCR相关基因表达量呈现一定的负相关性
时空转录组FFPE产品方案详情可在时空官网查看：
https://www.stomics.tech/products/Stereo-seqFFPE
内容 | 康芮、赵芳
审核 | 庄雯、黎晓玲
