微生物组医学是一门新兴学科，研究与人体相关的微生物群落如何影响健康和疾病，以及如何测量并有意调控这些微生物群落以实现预防和治疗。
微生物组医学整合基因组学、宏基因组学、代谢组学和系统生物学，以揭示因果通路并指导针对微生物组的干预措施（如饮食、益生菌、活体生物治疗剂和粪便微生物群移植）。金属（如铁、锌、铜、锰）是微生物代谢和免疫的核心辅助因子；因此，微生物金属组学——研究微生物与金属相互作用的学科——为环境/营养中金属的可获得性与微生物组功能、毒力、菌群失调和宿主结果之间提供了机制桥梁。
微生物组概述
微生物组是指栖息在身体部位（如肠道、皮肤、口腔）的微生物（微生物群）的集体基因组及其"活动剧场"，包括代谢物和局部条件。
微生物组的功能
微生物群影响消化、免疫发育、屏障完整性、外源物质代谢和与代谢疾病、炎症性肠病、哮喘和神经行为障碍相关的神经免疫信号传导。持续的研究工作不断定义什么是"健康"的微生物组，以及它如何在不同个体和环境中变化。
微生物组的定义
"微生物组"一词可追溯至1988年，此后经过完善，以明确区分于"微生物群"，同时强调生态功能和一体健康背景。
组成与多样性
健康的微生物组具有多样性和功能弹性；其组成受饮食、药物、环境和宿主遗传因素的影响。尽管广为引用的说法曾表明微生物细胞与人类细胞的比例为10:1，并有数磅的微生物生物量，但现代估计更接近相等且取决于具体情境。
微生物组医学
微生物组医学整合宏基因组学、代谢组学和因果推断，将微生物组科学转化为诊断和治疗方法。该领域通过将微生物功能和代谢物与个体风险和治疗反应联系起来，为精准医学提供基础。
人类微生物组的理解
大型联盟和纵向队列研究继续绘制微生物群落及其功能图谱，使分层干预和风险预测成为可能。
治疗应用
干预措施包括饮食、益生元/益生菌、活体生物治疗产品（LBPs）、后生元和粪便微生物群移植，临床证据和监管框架不断扩大。
挑战与未来展望
关键挑战包括标准化、因果关系、效果持久性、安全性以及公平获取，所有这些都置于一体健康框架内。
微生物金属组学
微生物金属组学研究微生物如何在生物系统（尤其是肠道）中获取、运输、利用和解毒金属，以及这些过程如何塑造微生物生态和宿主生理。
金属在微生物功能中的重要性
过渡金属（如铁、锌、锰、铜）作为酶的辅助因子和结构元素，对微生物生长、应激反应和毒力至关重要。必需金属的缺乏或过量都能重塑群落和功能；有毒金属（如镉、铅、汞）通过微生物组扰乱代谢和免疫。
金属获取与调控
微生物部署铁载体、输入/输出泵和分泌系统（如VI型分泌系统）来争夺金属并抵抗毒性；宿主则通过"营养免疫"来平衡。微生物铜/锌稳态支撑着生存、致病和抗生素耐受性。环境金属负荷和慢性暴露会破坏微生物相互作用网络，降低生态弹性。
对健康与疾病的影响
金属稳态失调和有毒暴露通过微生物-金属-宿主信号轴与菌群失调、炎症、代谢疾病和神经发育结果相关联。将金属组学与微生物组谱整合，有助于解释饮食、环境和暴露对宿主表型的影响，并指导风险缓解。
微生物组医学与微生物金属组学的交叉
金属在微生物组功能中的作用
金属的可获得性改变微生物基因表达、代谢物产生和物种间竞争，以影响疾病进程和治疗反应的方式改变群落结构和功能输出。新兴数据将金属暴露和微生物组变化与早期生活中的生长和代谢结果以及特定的增重模式联系起来。系统综述证实了有毒金属与人类肠道菌群失调之间的关联。
微生物群落动态与金属生物可利用性
膳食金属、螯合剂和宿主螯合机制（如脂质运载蛋白-2、钙卫蛋白）塑造金属生物可利用性，改变病原体-共生菌竞争和微生物网络稳定性。金属组学提供了测量这些动态并设计调节金属生态位的微生物组靶向干预（MBTIs）的框架。将金属组学特征概念性转化为临床决策工具的工作正在积极进行中。
对疾病和治疗策略的影响
微生物组医学越来越多地将依赖金属的毒力因子和金属条件化的生态状态视为治疗靶点。基础队列和综述工作定义了健康基线并指导特定适应症的MBTIs；可靠的临床资源有助于解释公众兴趣和患者教育。
研究与未来方向
方法学进展
高分辨率质谱、金属蛋白质组学和同位素解析分析（如感染金属组学）正在扩大生物标志物发现和作用机制研究，涵盖感染性和炎症性疾病。伦理框架和生物样本库标准正在为微生物组科学的负责任转化而制定。
治疗应用
LBPs、下一代益生菌、噬菌体/CRISPR方法和FMT衍生策略正在进入针对胃肠道、免疫、代谢和神经免疫适应症的临床试验；面向公众的总结突出了"以菌为药"的前景和局限。金属稳态失调越来越多地与肠道病理相关，并可能成为自闭症谱系障碍等疾病的可调节轴。
未来展望
持续的标准化、因果建模和整合多组学——包括金属组学——有望改善患者分层并指导精准MBTIs。新兴的可摄入设备可能沿着胃肠道采样和递送治疗药物，以便在需要时实施微生物组医学。
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