微生物多样性及其演替动力学guide
人体中共生微生物的数量及其不同物种与定植位置的动态关系是衡量人类健康的一个指标。微生物群落的动态变化与许多疾病有关，如代谢紊乱、肥胖症、克罗恩病等。与生态学理论相似，微生物与宿主生物的相互作用，共生微生物的数量和分布，种群以及定植部位的群落等，为更深入了解人体的生态系统提供支持。已有证据表明，新生儿胃肠道中微生物群落的组成对其免疫，内分泌，代谢和其他发育过程的有重要影响。当前，大多数研究都集中在五个身体部位的微生物群落上，即肠道，皮肤，口腔，鼻腔和阴道。除此之外，许多内在和外在因素同样也影响着人体特定部位微生物的群落多样性。
人类尸体的微生物来源guide
人类尸体中藏有许多来自体内和外部的微生物。主要来源是人体各个部位的共生微生物以及个别的特定感染。此外，免疫系统停止作用后不久，来自环境中的分解微生物便会出现在尸体上。人体完整性破坏后，许多微生物、苍蝇等进入尸体，也会增加其微生物负载。随着尸体成为富含氮，碳，磷，水等营养物质的巨大来源后，其成为微生物作用的“热点”。
共生微生物现发现的人体各个部位的共生或固有的微生物群落使得外源性病原菌难以定殖于人体，共生病原微生物占据了可用的栖息地并竞争各种代谢产物。尽管可以在人体的各个部位发现了不同菌群，但由于它们粘附于基质的定殖模式，而表现出十分相似的性质。
内部器官尽管人体中藏有许多细菌，但它们的定植仅限于特定的区域，例如皮肤，颊粘膜，鼻腔，阴道和胃肠道等。除了发生严重感染情况外，其他大多数重要的内部器官都被认为是无菌的。在许多情况下，病原体会偶然地侵入宿主免疫系统，有研究表明它们可以存在于肺和大脑等深处内里的重要器官。图1给出了人体各个部位的主要共生微生物。
通过独立培养的方法估计，人类胃肠道含有-种，约–个细菌，这成为了死亡后的死亡微生物群组的主要来源。这些微生物大致可分为两类，一是身体各部位的特定生境中定殖的内在菌群；二是来自异源菌群构成的偶发随机的病原体。一项研究表明，主要的微生物种类包括食丝杆菌-*杆菌-拟杆菌（Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides，CFB）和纤毛虫（Firmicutes），它们属于梭状芽胞杆菌（Clostridium）rRNA亚群XIVa，梭状芽胞杆菌（Bacteroides）rRNA亚群IV和拟杆菌属三大类。与其他身体部位相比，肠道微生物群的多样性不高，功能高度冗余。有研究发现肠道菌群中有个基因具有特定区域特征，提示许多微生物具有环境因素依赖性。由于人类肠道中存在大量的免疫细胞，模式识别受体（Patternrecognitionreceptors，PRR），例如Toll样受体（Toll-likereceptor，TLR）和NOD样受体（NOD-likereceptors，NLR），它们在微生物菌群的形成中起着重要作用。代谢，免疫和神经内分泌系统的复杂网络对肠道微生物有着协调作用，维持其稳态，它们之间也存在着关联作用。另外，微生物合成的代谢物也对调节宿主的神经免疫炎症系统起着多种作用。
人的口腔在出生前是无菌的，出生后的第一年时间中，所有复杂的微生物种群都将得到建立。口腔是人体中第二大且种类繁多的微生物群定植部位，其中最常见的是核梭状芽胞杆菌（Fusobacteriumnucleatumis），链球菌、乳酸杆菌、放线菌、奈瑟氏菌和韦荣球菌（Streptococcus,Lactobacillus,Actinomyces,Neisseria,andVeillonella）则在出生后的第一年定植。另一项研究表明，链球菌（Streptococcus）是人类口腔中最主要的菌群，其次是颊粘膜中的嗜血杆菌（Haemophilus），龈上菌斑放线菌（Actinomyces）和龈下菌斑普氏菌（Prevotella）。此外，一项研究显示，在使用无PCR的宏基因组学方法检测时口腔部位还存在一定的低丰度的微生物组别，如α-变形菌，科氏杆菌科，酸杆菌门，δ-变形菌，和异常球菌纲（Alphaproteobacteria,Coriobacteridae,Acidobacteria,Deltaproteobacteria,andDeinococci）。
胃和小肠的上部被认为是无菌的，在这些区域发现的微生物数量很少，这些少量的微生物可能来自口腔和呼吸道。然而，小肠和大肠的内部具有大量复杂的微生物群落，其中回肠段菌群的数目最大（-），随后是空肠（-）和十二指肠（-）。小肠的宏基因组分析显示链球菌，大肠杆菌，梭菌（Streptococcussp.,Escherichiacoli,Clostridiumsp.）和其他高G+C微生物群落丰富度最高。一些研究表明，乳酸杆菌，梭菌，葡萄球菌，链球菌，拟杆菌（Lactobacillus,Clostridium,Staphylococcus,Streptococcus,Bacteroides）和其他细菌也是人小肠中最常见的细菌。虽然小肠的微生物种类较少，但是其中的微生物群落具有较强的动态性，并可以承受较短时间的转移，具有对抗消化酶和胆汁的特性。人类肠道的正常菌群通过阻止外来潜在病原体的定植和入侵，为宿主提供保护，代谢和营养等功能。此外，通过无菌基因敲除研究表明小肠微生物群落有助于从人体饮食中脂肪的摄取并改善宿主的脂肪率。由于人类的肠道是大量微生物的家园，死亡后，这些微生物会分解肠道，并成为死亡微生物组的主要组成。
人类结肠是微生物数量最多的地方，据估计每克结肠内容物中有–个细菌。已从人类结肠中报道了30多个属种细菌，主要属于专性厌氧菌。大多数研究报告称，细菌、厌氧革兰氏阳性球菌（Bacteroides,anaerobicGram-positivecocci），如百日咳、尤氏菌、乳酸菌和梭菌（Peptostreptococcus,Eubacterium,Lactobacillus,andClostridium）是定植在人类大肠中最丰富的微生物。一项研究显示，梭状芽孢杆菌-直肠杆菌、瘦肉精梭状芽孢杆菌和普氏拟杆菌（Clostridiumcoccoides-Eubacteriumrectalegroup,Clostridiumleptumgroup,andBacteroides-Prevotella）为粪便中的三个优势组别。人类粪便的分析表明，专性厌氧菌的负载（-/g粪便）主要是杆菌，梭杆菌，真杆菌，双歧杆菌，乳酸杆菌，瘤胃球菌属，和消化链球菌（Bacteroides,Fusobacterium,Eubacterium,Bifidobacterium,Lactobacillus,Ruminococcus,andPeptostreptococcus），其在数量上超过兼性厌氧菌（/g粪便），如大肠杆菌，柠檬酸杆菌，肠杆菌，变形杆菌，克雷伯菌，志贺氏菌，沙门氏菌和耶尔森菌（E.coli,Citrobacter,Enterobacter,Proteus,Klebsiella,Shigella,Salmonella,andYersinia）。
身体表面人类皮肤表面凉爽，酸性和干燥，作为一种独特的栖息地，可用于居住和生长包括细菌，真菌，病*和螨虫在内的各种特异的微生物。例如地形（topography），特定宿主因素以及宿主的特定环境因素（包括其职业，衣服选择和抗生素的使用）等决定了个体正常的皮肤微生物群落结构。对人皮肤中16SrRNA基因序列进行分析，共归类了个可操作的生物分类单元（Operationaltaxonomicunit，OTU），它们属于六种细菌科。对不同身体部位微生物进行宏基因组分析，发现10种皮肤微生物核心分类群，即金*色棒状杆菌，鸡棒状杆菌，假生殖器棒状杆菌，结核硬脂棒状杆菌，微球菌，痤疮丙酸杆菌，颗粒丙酸杆菌，假单胞菌属，粘滑罗斯菌和表皮葡萄球菌（Corynebacteriumaurimucosum,Corynebacteriumjeikeium,Corynebacteriumpseudogenitalium,Corynebacteriumtuberculostearicum,Micrococcusluteus,Propionibacteriumacnes,Propionibacteriumgranulosum,Pseudomonassp.,un-classified,Rothiamucilaginosa,andStaphylococcusepidermidis），球形马拉色菌（Malasseziaglobosa）为唯一的真菌种类，以及一个噬菌体，丙酸杆菌噬菌体PA（PropionibacteriumphagePA）。大多数研究表明，人体皮肤微生物的法医学应用潜力巨大，因为这些微生物群落的多样性表现出在不同的皮肤部位高度的个体差异。因此，皮肤共生微生物在人体死亡后会迅速受到外源性入侵者和其他环境影响，对这些外源生物群落动态进行细致研究可以为PMI的计算提供线索。
女性生殖道，特别是阴道，存在大量的微生物，有时它们在阻止各种疾病方面发挥着重要作用，如细菌性阴道炎（Bacterialvaginosis，BV），来自酵母菌和人类免疫缺陷病*引起的感染，以及其他性传播疾病的感染。阴道环境中富含糖原，促进了多种乳酸杆菌的生长，而这种环境又通过产生乳酸来降低阴道的pH。除了常见的乳酸菌外，在印度东北部妇女的阴道中发现粘液乳杆菌和粪肠球菌（LactobacillusmucosaeandEnterococcusfaecalis）占主导地位，它们是在全球其他群体中并不常见的阴道微生物。由于印度东北部妇女是宫颈癌的高危人群，上述发现为阴道菌群的地理关联及其疾病关联展开了新的讨论。这也使微生物组除分析PMI外，还可对地理来源进行推断。此外，由于在月经期间，铁的含量更高，因此观察到乳酸杆菌（Lactobacillus）水平的波动以及阴道加德纳菌（Gardnerellavaginalis）的水平升高。阴道是一个复杂的生态系统，最近的一份研究报道了一个属于10个不同类群的个细菌物种的资料库，通过非培养方法发现其中放线菌，拟杆菌，硬毛和变形杆菌门（Actinobacteria,Bacteroidetes,Firmicutes,andProteobacteria）是主要的细菌门类。
迄今为止，关于男性生殖道的探究工作已开展，研究显示精液样本富集普雷沃菌属和乳酸杆菌（PrevotellaandLactobacillus），提示阴道菌群和男性伴侣之间的具有相似性。还研究了包皮环切术对阴茎微生物组的影响，发现梭状芽孢杆菌家族XI，草酸杆菌科和前鞭毛纲科（ClostridialesFamilyXI,Oxalobacteraceae,andPrevotellaceae）在包皮环切前期是丰富的微生物群落，而在包皮环切后阶段则发现棒状杆菌科，草酸杆菌科和葡萄球菌科（Corynebacteriaceae,Oxalobacteraceae,andStaphylococcaceae）更为丰富。此外，无论包皮环切的状况如何，假单胞菌科（Pseudomonadaceae）都是最丰富的微生物实体。因此，无论出于医学还是非医学原因进行的包皮环切过程，都会影响男性个体的正常菌群，从而影响生殖器死亡微生物组分析的结果。
感染人体内许多类型的典型和非典型感染也对人体的微生物总负荷有影响。表1列出了一些常见的人类感染及其相关的菌群。最近的一项研究发现，在发炎的扁桃体组织中富含链球菌、葡萄球菌和普雷沃特菌（Streptococcus,Staphylococcus,andPrevotella），而在非扁桃体阶段（non-tonsilitisstage）则显示与几个奈瑟菌（Neisseria）序列变体有关。此外，在这两种情况下，吸烟会使几种假单胞菌（Fusobacterium）的变种更丰富。由于其独特的生存环境，常见的这些微生物在人类的胃里是找不到的。然而，研究发现人胃是幽门螺杆菌（Helicobacterpylori）的天然生存环境，幽门螺杆菌是许多十二指肠疾病的病原体。基于基质辅助的激光解析电离飞行时间质谱（Matrix-assistedlaserdesorptionionization-timeofflight，MALDI-TOF）的生物分型和16SrRNA测序揭示了幽门螺杆菌，链球菌（Helicobacterpylori,Streptococci）和消化性溃疡疾病之间具有相关性。从马来西亚人群研究中，可从其胃样本中分离出黑色素瘤病的致病菌--假马利氏菌（Burkholderiapseudomallei）。人类结肠受马赛拟杆菌、卵状杆菌、外阴拟杆菌和大肠杆菌（Bacteroidesmassiliensis,Bacteroidesovatus,Bacteroidesvulgatus,andEscherichiacoli）的影响最严重，在晚期腺瘤到癌变时可以观察到这些细菌的增殖。同样，在细菌性阴道病期间，占据主导地位的乳酸菌（Lactobacillus）群转变为由加德纳菌、阿托菌、普雷沃菌、消化链球菌、弧菌、斯内西亚菌、纤毛菌属、支原体（Gardnerella,Atopobium,Prevotella,Peptostreptococcus,Mobiluncus,Sneathia,Leptotrichia,Mycoplasma）等组成的多菌群所替代。此外，人类皮肤的感染总是与个人的地理位置和健康状况有关。因此，在通过菌群分析法计算PMI时，还应考虑这种个体特异性和地理位置特异性感染。与皮肤感染相关的常见微生物包括金*色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）和A组溶血性链球菌（groupAβ-hemolyticstreptococci）。最常见的皮肤感染往往是由单纯疱疹和风疹毛癣菌（HerpessimplexandTrichophytonrubrum）带来，分别是病*和真菌的皮肤感染。这些常见的感染性微生物不仅会增加人体的总微生物负荷，而且在尸体分解过程中也起着至关重要的作用。
表1人类宿主疾病的常见微生物关联列表
死亡微生物组和
分解微生物组的演替
尽管人类微生物组对个人健康和功能的作用已广为人知，但有关死亡后的微生物组的研究却很少。一个人死亡后不久，微生物分解的过程就开始了，活的生物体转化为能量和营养的来源。死亡后，宿主的免疫系统停止运转，体内温度也随之变化，从而促进了微生物定植和生长的改变。分解的五个阶段，即新鲜，膨胀，早期腐败，晚期腐败和白骨化，其相应的生理变化以及每个阶段中的标志性微生物群落在图2中给出。
图2人类尸体降解不同阶段的微生物演替和标志菌群（改编自Payne；LeeGoff）
通过16SrRNA基因扩增子测序技术对人体死后肠道微生物组的研究表明，细菌丰富度增加而多样性降低。该研究认为（在人体死亡后）肠道微生物群落从拟杆菌和副细菌(BacteroidesandParabacteroides)等转化为腐烂相关群落，例如Clostridium,Anaerosphaera,Ignatzschineria,andWohlfahrtiimonas。在小家鼠模型中对机体死亡后的金*色葡萄球菌和产气荚膜梭菌(StaphylococcusaureusandClostridiumperfringens)结构和功能动力学的研究表明，死后5-7天金*色葡萄球菌浓度最高，而到第30天结束时则未发现此类微生物。由于线虫的生长依赖于细菌和真菌，可以预测机体死后细菌群落的转移研究也是一个相互依赖的现象。属于散囊菌目(Eurotiales)和子囊菌目(As
