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微生物是地球生命的基础，其多样性和功能在全球生物地球化学循环、农业生产、废水处理等方面发挥关键作用。随着技术的飞速发展，现代微生物学已成为解决21世纪诸多挑战的重要学科。现代微生物学正逐步超越假设驱动的研究框架，更多地关注生态系统层面的开放探索。这种开放的视角将推动我们应对气候变化、农业可持续发展以及人类健康等全球性挑战。Murat Eren和Jillian Banfield发表《Cell》综述：Modern microbiology: Embracing complexity through integration across scales。
文章强调了现代微生物学的几个关键主题，可见微生物学的未来已然光明：
📌从个体到群落的转变：传统微生物学聚焦于培养和研究单一微生物，而现代微生物学关注复杂微生物群落及其自然栖息地的多样性。通过rRNA基因测序等技术，人们揭示了微生物群落的动态性和生态功能，从而改变了公众对微生物仅是致病因子的刻板印象。今天，微生物被视为生态系统的重要架构师。
📌基因组驱动的微生物研究：基于环境样本的基因组重建（如Metagenome-Assembled Genomes, MAGs）使我们能够从复杂的生态系统中直接获取微生物的遗传信息。这不仅帮助识别未培养微生物，还揭示了病毒、质粒等非细胞性遗传元件的重要角色，为生态和进化研究提供了新的视角。
📌蛋白质结构与功能预测的革命：人工智能工具（如AlphaFold）让蛋白质三维结构预测成为现实，赋予未知蛋白功能注释新的可能。这些技术正在革新病毒研究、药物开发以及微生物生态系统的功能解析。
📌微生物群落中的基因编辑：CRISPR-Cas技术不仅是单一微生物基因编辑的利器，也开始应用于复杂群落中。科学家开发了新工具（如DART），试图直接在环境中编辑微生物基因组，这将为生物技术、农业和环境治理带来突破性进展。
📌应对快速环境变化：微生物通过转录调控、基因组变异等机制快速适应环境变化。最新研究表明，某些细菌可以通过“阶段变异”在短时间内调整基因表达，展现其适应复杂环境的潜力。
Figure 1 The measurement tools, data types, and analysis strategies commonly used in modern microbiology to study naturally occurring microbial organisms in a wide range of complex habitats through rapidly emerging genomic blueprints of the diversity of life
参考文献
Eren, A. M., & Banfield, J. F. Modern microbiology: Embracing complexity through integration across scales. Cell (2024).
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