基礎知識
人類微生物組（或微生物群）是指定殖於人體內的微生物集合，包括細菌、病毒和單細胞真核生物。 據估計，健康成年人體內的微生物數量超過人體細胞數量十倍，而微生物組中的基因總數可能比人類基因組中的基因數量多出約100倍。 儘管微生物細胞的大小僅為人體細胞的十分之一至百分之一，但它們可能佔成人體重高達五磅。
儘管細菌常與感染相關聯，但定殖於我們體表和體內的細菌對生命至關重要。 我們依賴這些細菌説明消化食物、產生特定維生素、調節免疫系統，並通過抵禦致病細菌來保持健康。
單個個體中微生物群的身份和多樣性程度因人而異。 一個人的微生物組具體組成正日益被認識到在疾病發生和疾病易感性中扮演重要角色。
直到最近，對構成微生物組的全部微生物集合進行研究仍十分困難。 使用傳統方法，無法分離並培養絕大多數（超過80%）的微生物，原因可能是所需的生長條件無法或尚未在實驗室中成功複現。 然而，DNA測序技術的進
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步以及巨集基因組學方法的開發使分析整個人類微生物組成為可能。
巨集基因組學
巨集基因組學是一種基於序列的方法，它允許在無需培養微生物的情況下分析完整微生物集合的遺傳物質。 微生物群落可從其自然環境中採集，其DNA序列可被測定，從而提供對人類微生物組以及其它動物和環境生態位中微生物組的客觀視角。
巨集基因組學方法能夠識別先前未被認識的微生物，並提供比單一微生物分析更為豐富的資訊。 研究人員可確定不同物種的相對豐度，並發現生物體編碼的代謝途徑，以獲取其在體內功能的資訊。 巨集基因組學方法已促成與健康不同階段及多種疾病相關的微生物及其功能的識別。
微生物群在健康與疾病中的作用
微生物組以多種方式促進人類健康：説明身體感知並響應環境、從食物中獲取營養、在免疫系統發育中發揮作用、預防疾病以及控制炎症。
微生物群也可能影響多種疾病狀態，包括糖尿病、腸易激綜合征和癌症等。 此外，定殖於人體的微生物群落為抵禦外來致病微生物提供保護。
通過理解微生物組如何影響人類健康，研究人員旨在將這一知識轉化為新的診斷方法和治療手段。
研究進展
為促進發現微生物組在人類健康、營養、免疫和疾病中的作用，美國國立衛生研究院（NIH）於2007年啟動了人類微生物組計劃。 其使命是生成表徵人類微生物組並分析其在健康與疾病中作用所需的資源和專業知識。 NIH為此專案五年內批准了1.7億美元預算。 這為包括貝勒醫學院在內的美國多家中心和研究所提供了支援，以作為探索這些微生物在人體多樣生態位中作用的“路線圖”。
阿爾克克巨集基因組學與微生物組研究中心（CMMR）成立於2011年，由全國知名的巨集基因組學研究領導者約瑟夫· F·佩特里諾博士在分子病毒學與微生物學系內建立，作為貝勒醫學院參與人類微生物組計劃的延伸。 CMMR的使命是作為國際樞紐，開發和實施先進技術以理解微生物組如何影響健康與疾病，並將這一知識轉化為基於微生物組的治療和診斷工具。
CMMR的研究人員正在開發分子和生物資訊學工具及資源，以推進涉及構成微生物組
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的生物體、這些細菌、病毒和真核生物的基因組成，以及該微生物群落在生命過程中如何與人體細胞和組織相互作用的眾多臨床和基礎研究專案。
CMMR積极參與多種研究專案，探討微生物組與人類疾病的關係，包括腸易激綜合征、炎症性腸病、2型糖尿病、白血病、肺癌、克羅恩病等。 以下簡要總結幾個專注於傳染病的研究專案。
微生物群對致病感染的抵抗力
除維持健康的其他功能外，構成微生物群的微生物群落還提供對危險致病微生物定殖的抵抗力。
羅伯特·布里頓博士的實驗室致力於理解腸道微生物群如何為外來病原體提供屏障，以及微生物群的擾動如何導致感染確立。 大部分工作聚焦於病原體艱難梭菌。
艱難梭菌是一種革蘭氏陽性、產孢菌，在美國被認為是三種最高風險耐藥性感染之一。 它是一種機會性感染，在患者接受抗生素治療后感染結腸。 通常定殖於腸道的微生物群能防止艱難梭菌定殖並抑制其相關疾病，但抗生素治療會改變微生物群組成，使艱難梭菌得以生長並致病。
艱難梭菌產生毒素，損傷腸道細胞並引發炎症，導致腹瀉，甚至可能致命。 每年近50萬例感染中，約2.9萬例導致死亡。 它是發達國家最常見的醫院獲得性感染原因。 該感染極難治療，許多患者遭受復發性感染。
布里頓博士與詹姆斯·柯林斯博士及其研究團隊其他成員開發了微型生物反應器和定殖有人類腸道微生物群的小鼠，以確定微生物群落中哪些成員負責抑制艱難梭菌入侵。 他們的目標是開發一種源自人類腸道微生物群的益生菌混合物，以抑制艱難梭菌入侵。
近期，艱難梭菌感染已成為美國最常見的醫院獲得性感染原因之一。 感染增加部分歸因於2000年代初出現的流行性高毒力艱難梭菌菌株，但這些菌株出現的原因尚不明確。
通過結合微型生物反應器、人源化小鼠模型和細菌生理學/遺傳學，布里頓實驗室發現兩種最常見的流行性艱難梭菌核糖體分型（RT027和RT078）獲得了在遠低於其他艱難梭菌菌株濃度下利用海藻糖生長的能力。 他們發現這兩種核糖體分型採用了兩種完全獨特的機制來消耗低量海藻糖。
美國食品藥品監督管理局（FDA）於2000年批准海藻糖用於人類飲食，緊隨其後的是2000年代初爆發的艱難梭菌疫情。 布里頓博士及其同事的工作支援了這一觀點：將這種糖添加到人類飲食中促成了此次疫情。
未來工作旨在理解近期人類飲食變化如何影響其他病原體和腸道微生物群。
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