微生物学是一门研究微小生物体的学科。该学科的研究对象包括单细胞的、多细胞的(细胞集落)或无细胞的(缺乏细胞)的生物。微生物学包含许多子学科，包括病毒学、寄生虫学、真菌学和细菌学。
真核微生物，如真菌和原生生物，拥有膜覆盖的细胞器，而原核生物——即所有微生物包括细菌和古菌——通常没有细胞器。[1][2]微生物学家主要依赖于培养、染色和显微镜检查等传统方法鉴定微生物。然而，在普通环境中存在的微生物中，只有不到1%可以用目前的方法进行分离培养和坚定。[3]对于很多不可培养的微生物，微生物学家通常依赖分子生物学工具，如基于DNA序列的鉴定，例如细菌鉴定利用16s rRNA基因序列。
病毒被模糊地鉴定为生物[4]，其主要由核酸（DNA 或者RNA）以及外面包裹的蛋白质衣壳组成。如此简单的结构使得病毒不能自我复制和代谢，需要依赖于宿主细胞内的能量、物质和其他细胞器完成复制。值得注意的是，朊病毒则不是微生物，是一类具有“感染性的蛋白质”。
在发现微生物几个世纪之前，人们就预测有看不见的微小生命存在。例如，例如印度的耆那教徒和古罗马的马库斯·特伦提乌斯·瓦罗（Marcus Terentius Varro）。第一次记录的显微镜观察是霉菌的子实体，是由罗伯特·胡克（Robert Hooke）发现的。据考证，耶稣会牧师阿塔纳斯·珂雪（Athanasius Kircher）很可能是第一个看到微生物的人，他于1658年提到在牛奶和腐烂物质中观察到的微生物。安东尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）被认为是微生物学之父，他在1676年使用自己设计的简单的显微镜观察到微生物。19世纪，路易·巴斯德（Louis Pasteur）和罗伯特·科赫（Robert Koch）在医学微生物学研究中逐步发展了科学的微生物学。
在微生物被发现几个世纪以前就有人假定微生物的存在。早在公元前6世纪，耆那教就根据筏驮摩那的教义假设了看不见的微生物生命的存在。[5]保罗·邓达斯（Paul Dundas）指出，筏驮摩那断言地球、水、空气和火中存在看不见的微生物。[6] 耆那教经典描述了一种Nigodas的生物，它们是生活在大集群中的亚显微生物，生命非常短暂，据说遍及宇宙的每一个部分，甚至在植物组织和动物肉中。[7]罗马的马库斯·特伦提乌斯·瓦罗（Marcus Terentius Varro）在警告不要把家园建在沼泽附近时提到了微生物，“因为那里繁殖了某些肉眼看不见的微小生物，它们漂浮在空气中，通过嘴和鼻子进入身体，从而导致严重的疾病。”[8]
在伊斯兰文明的黄金时代，伊朗科学家也假设微生物的存在，例如阿维森纳（ Avicenna）在他的书《医学经典》描述了疥疮螨虫；拉齐（Al-Razi）在他的书《高尚的生活》中描述了已知最早的天花。[9]
1546年，吉罗拉摩·法兰卡斯特罗（Girolamo Fracastoro）提出流行病是由可转移的种子状实体引起的，这些实体可以通过直接或间接联系或车辆来传播感染。[10]
在1676年，安东尼·范·列文虎克大半生都生活在荷兰代尔夫特。他观察到细菌和其他微生物。[11][12]他被认为是微生物学之父，因为他率先使用自制简单的单筒显微镜。[11]然而范·列文虎克经常被引用为第一个观察微生物的人。罗伯特·胡克 （Robert Hooke）在1665年首次记录了对霉菌子实体的显微观察。[12]然而，也有人也认为一个名叫阿塔纳斯·珂雪（Athanasius Kircher）的耶稣会牧师是第一个观察微生物的人。
珂雪是第一批为投影目的而设计魔术灯笼的人之一，所以他很熟悉透镜的特性。他在1646年写道“关于自然界事物的奇妙结构，通过显微镜进行研究”，他说“谁会相信醋和牛奶富含无数蠕虫。”他还指出腐烂的物质充满了无数蠕动的微生物。他于1658年发表了他的《鼠疫检查》Scrutinium Pestis一书，书中正确地指出该疾病是由微生物引起的，尽管他当时看到的很可能是红细胞或白细胞，而不是鼠疫杆菌本身。
细菌学(后来的微生物学分支)领域是由植物学家费迪南德·科恩（Ferdinand Cohn）在19世纪创建的，他对藻类和光合细菌的研究中描述了几种细菌，包括芽孢杆菌和贝格阿托氏菌属。科恩也是第一个制定细菌分类方案的人，他还发现了内生孢子。[13] 路易·巴斯德和罗伯特·科赫是科恩的同时代人，经常被认为是微生物学[14]和医学微生物学之父。[14]巴斯德最著名的是他的一系列推翻当时广泛认同的泛生理论的实验，从而夯实微生物学作为生物科学的基础。[15]他的一名学生埃德里安娜·塞特斯(Adrien Certes)被认为是海洋微生物学的创始人。[16]巴斯德还设计了食品保存方法(巴氏杀菌)和几种疾病的疫苗，如炭疽、禽霍乱和狂犬病。[17]科赫最出名的是他对疾病细菌理论的贡献，证明了特定的疾病是由特定的病原微生物引起的。他制定了一系列被称为科赫氏法则的标准。科赫是第一批专注于在纯培养物中分离细菌的科学家之一，这使他描述了几种新细菌，包括鉴定结核分枝杆菌为肺结核的病原体。[17]
尽管巴斯德和科赫经常被认为是微生物学的创始人，但他们的工作没有准确反映微生物世界的真正多样性，因为他们只关注与医学直接相关的微生物。直到19世纪末以及马丁努斯·拜耶林克（ Martinus Beijerinck）和塞奇·维诺格拉斯基（Sergei Winogradsky）的工作，微生物学的真正广度才被揭示出来。[17]拜耶林克对微生物学做出了两大贡献:发现病毒 es和开发富集培养技术。[17]虽然他在烟草花叶病毒方面的工作确立了病毒学的基本原则，但正是他的富集培养技术的发展对微生物学产生了最直接的影响，相关方法能培养不同生理学特性的各种微生物。维诺格拉斯基是第一个提出矿质化营养概念的人，从而揭示了微生物在地球化学过程中的重要作用。[18]他负责第一次分离和描述硝化和固氮细菌。[17]法裔加拿大微生物学家费利克斯·德赫利尔（Felix d'Herelle）于1917年共同发现了噬菌体，是最早应用的微生物学家之一。[19]
约瑟夫·李斯特是第一个在患者开放性伤口上使用苯酚消毒剂的人。[20]
虽然一些微生物各种人类疾病相关联，但是许多微生物也参与许多有益的过程，例如工业发酵(例如生产酒精、醋和乳制品)、抗生素的生产，并充当将DNA转移到复杂生物体如植物和动物的分子载体。科学家还利用他们对微生物的了解来生产生物技术上重要的酶，如 Taq聚合酶，报告基因，用于其他遗传系统和新的分子生物学技术，如酵母双杂交系统。
细菌可用于工业生产氨基酸。谷氨酸棒状杆菌是最重要的细菌之一，每年生产200多万吨氨基酸，主要是L-谷氨酸盐和L-赖氨酸。[23]由于一些细菌具有合成抗生素的能力，它们被用于医学目的，例如链霉菌制备氨基糖苷类抗生素。[24]
许多生物聚合物如多糖、聚酯和聚酰胺是由微生物产生的。微生物用于生物技术生产具有适合高价值医学应用的定制特性的生物聚合物，例如组织工程学和药物输送。微生物还用于生物合成黄原胶、藻酸盐、纤维素、藻青素聚(γ-谷氨酸)、果聚糖、透明质酸、有机酸、寡糖、多糖和聚羟基脂肪酸酯等。[25]
在土壤、沉积物和海洋环境中，微生物帮助生物降解或者生物修复生活、农业和工业废物以及地下污染。每种微生物降解有毒废物的能力取决于每一种污染物的性质。因为污染点通常有多种污染物类型，最有效的方法是微生物生物降解是使用细菌和真菌物种和菌株的混合物，使每种特定于生物降解一种或多种污染物。[26]
共生微生物群落能给人类和动物健康带来益处，包括帮助消化、产生有益的维生素和氨基酸以及帮助抑制病其他原微生物。食用发酵食品、益生菌(对消化系统有潜在益处的细菌)或益生元(用于促进益生菌微生物生长的物质)也可能会实现这些益处。[27][28]微生物群落如何影响人类和动物健康以及影响微生物群落的方法是研究的活跃领域。[29]
研究表明微生物可用于治疗癌症。各种非致病性梭菌菌株可以在实体肿瘤中渗透和复制。梭菌载体可以用于肿瘤给药，它们递送治疗蛋白质的潜力已经在各种临床前模型中得到证明。[30]
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