微生物和人类之间有着密切的联系。专家认为，大约一半的人类DNA起源于病毒，这些病毒感染了病毒并将其核酸嵌入我们祖先的卵子和精子细胞中。
微生物占据了我们所有的身体表面，包括皮肤、肠道和粘膜。事实上，我们体内的细菌细胞至少是人类的10倍，模糊了微生物的终结和人类的起源之间的界限。仅人类胃肠道中的微生物就包含至少10万亿种生物，代表1000多个物种，这些生物被认为可以防止肠道被致病生物定植。在其他有益作用中，微生物合成维生素，将食物分解成可吸收的营养物质，并刺激我们的免疫系统。
绝大多数微生物将自己确立为持久的“殖民者”，在我们体内和身体的复杂群落中茁壮成长。在许多情况下，微生物在不伤害我们的情况下获得好处;在其他情况下，宿主和微生物都受益。
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乳酸菌，产生乳酸以帮助消化。
尽管有些微生物会让我们生病甚至杀死我们，但从长远来看，它们对我们的生存有着共同的兴趣。对于这些微小的入侵者来说，死去的宿主就是一条死胡同。
微生物的成功归功于其非凡的适应性。通过自然选择，在基因上更适合周围环境的生物拥有更多的后代，并将其理想的特征传递给后代。这个过程在微生物世界中比在人类世界中更有效率。人类每 20 年左右就会产生新一代;细菌每 20 到 30 分钟就会发生一次，病毒甚至更快。由于它们的繁殖速度如此之快，微生物可以在它们的群落中大量聚集，种类繁多。如果他们的环境突然发生变化，群落的遗传变异使一些人更有可能生存下来。这使得微生物在适应生存方面比人类具有巨大的优势。
微生物的种类
传染性病原体主要分为五类：病毒、细菌、真菌、原生动物和蠕虫。
病毒
病毒很小，直径从大约 20 到 400 纳米不等（见第 9 页）。数十亿可以装在别针的头上。有些是杆状的;其他的为圆形和 20 面;还有一些则具有奇特的形式，具有多边形的“头”和圆柱形的“尾巴”。
病毒只是一包核酸，无论是DNA还是RNA，被蛋白质外壳包围，有时还有称为脂质的脂肪物质。在活细胞之外，病毒是一种休眠颗粒，缺乏繁殖的原材料。只有当它进入宿主细胞时，它才会开始行动，劫持细胞的代谢机制以产生自身的副本，这些副本可能会从受感染的细胞中爆发出来，或者只是从细胞膜上萌芽。这种自给自足的缺乏意味着病毒不能在人工培养基中培养用于科学研究或疫苗开发;它们只能在活细胞、受精卵、组织培养物或细菌中生长。
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流感病毒颗粒的电子显微照片，显示其结构的细节。
病毒可引起多种疾病，包括普通感冒、麻疹、水痘、生殖器疱疹和流感。许多新出现的传染病，如艾滋病和SARS，都是由病毒引起的。
细菌
细菌比病毒大 10 到 100 倍，而且更自给自足。这些单细胞生物通常在低倍显微镜下可见，有三种形状：球形（球菌）、杆状（芽孢杆菌）和弯曲（弧菌、螺旋体或螺旋体）。
大多数细菌携带一个环状DNA分子，该分子编码（或编程）繁殖和其他细胞功能的基本基因。有时它们携带辅助的DNA小环，称为质粒，编码抗生素耐药性等特殊功能。与更复杂的生命形式不同，细菌只携带一组染色体，而不是两条染色体。它们通过分裂成两个细胞来繁殖，这一过程称为二元裂变。它们的后代是相同的，本质上是具有完全相同遗传物质的克隆。当在复制过程中出现错误并发生突变时，它会在种群中产生多样性，在适当的情况下，这种多样性可能导致适应不断变化的环境的能力增强。细菌还可以从其他细菌、病毒、植物甚至酵母中获取新的遗传物质。这种能力意味着它们可以突然快速进化，而不是缓慢适应。
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大肠杆菌通过菌毛（连接两者的细链）直接转移遗传物质。
细菌是古老的生物。它们的证据存在于30多亿年前的化石记录中。它们在广泛的栖息地进化出许多不同的行为，学会粘附在细胞上，制造麻痹毒药和其他毒素，逃避或抑制我们身体的防御，以及抵抗药物和免疫系统的抗体。细菌感染与链球菌性咽喉炎、结核病、葡萄球菌皮肤感染以及尿路和血液感染等疾病有关。
其他传染性病原体
其他三种主要类型的传染性病原体包括真菌（从面包霉菌到癣再到致命的组织胞浆菌病的孢子形成生物）、原生动物（如疟疾和痢疾背后的病原体）和蠕虫（寄生虫，如旋毛虫病、钩虫和血吸虫病）。
一类新发现的传染性病原体——朊病毒或蛋白质感染性颗粒——仅由蛋白质组成。朊病毒被认为会导致人类变异型克雅氏病和牛的“疯牛病”。这些蛋白质被异常折叠，当它们与类似的正常蛋白质接触时，将它们变成像它们一样的朊病毒，引发连锁反应，最终使大脑充满漏洞。朊病毒不会引起免疫反应，并且耐热、紫外线、辐射和灭菌，因此难以控制。
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大棱镜泉，黄石公园的地热温泉，是适应这种极端环境的微生物的家园。
邂逅微生物
微生物已经在地球上居住了数十亿年，可能是地球上最早的生命形式。它们生活在每一个可以想象的生态位中——土壤、水、空气、植物、岩石和动物。它们甚至生活在极端环境中，例如温泉、深海热喷口和南极冰层。事实上，微生物是地球上最丰富的生命形式，对外力具有很强的适应性。
新聚会场所
任何在微生物和人类之间产生新交叉点的变化都会为致病因子进入我们的物种铺平道路。使我们处于危险之中的一个变化是全球人炸——从 1900 年的约 16 亿人增加到今天的近 70 亿人。人类已经为农业和郊区化而砍伐了森林，导致与可能藏有新型（或新引入的）病原体的环境更密切的接触。在世界上许多发展中的热带地区，道路和人类住区的大规模扩张也创造了过渡区，充满了与潜在致病病原体接触的机会。
人类的旅行和商业也带来了其他风险。每天有近200万乘客乘坐飞机前往国际目的地，每个人都是潜在的感染携带者。国际贸易，特别是食品贸易，增加了致病微生物的全球流量。由于人员和货物的运输时间往往短于感染的潜伏期，疾病携带者可以在检测到他们所携带的感染之前到达目的地。国际贸易和旅行与SARS冠状病毒和西尼罗河病毒等传染性病原体的出现有关。
人类人口和行为的变化与艾滋病和丙型肝炎等感染的出现有关，这些感染是通过性活动和静脉注射毒品造成的。增加传染病风险的更广泛变化包括公共卫生系统的崩溃、贫困、战争和饥荒。
进入人类宿主
能够引起疾病的微生物（病原体）通常通过口腔、眼睛、鼻子或泌尿生殖器开口，或通过突破皮肤屏障的伤口或咬伤进入我们的身体。生物体可以通过多种途径传播或传播。
联系：有些疾病通过直接接触受感染的皮肤、粘膜或体液传播。以这种方式传播的疾病包括唇疱疹（1型单纯疱疹病毒）和艾滋病等性传播疾病。当感染者接触门把手、台面或水龙头把手等表面时，病原体也可以通过间接接触传播，留下微生物，然后转移到接触该表面然后触摸他或她的眼睛、嘴巴或鼻子的另一个人身上。通过打喷嚏、咳嗽或说话传播的飞沫如果接触到他人的眼睛、嘴巴或鼻子的粘膜，就会传播疾病。SARS、结核病和流感都是通过空气飞沫传播的疾病。
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为什么打喷嚏时捂住嘴很重要的证据。
常见车辆：受污染的食物、水、血液或其他载体可能会传播病原体。 大肠杆菌和沙门氏菌等微生物以这种方式进入消化系统。
向量：跳蚤、螨虫、蜱虫、老鼠、蜗牛和狗等生物（称为媒介）也可以传播疾病。人类感染最常见的媒介是蚊子，它传播疟疾、西尼罗河病毒和黄热病。
空气传播：当含有微生物的蒸发液滴或灰尘颗粒的残留物长时间悬浮在空气中时，病原体也会传播。通过空气传播传播的疾病包括麻疹和汉坦病毒肺综合征。
微生物有多小？
细菌和病毒几乎是难以想象的小。细菌通常以微米为单位（缩写为“μm”，1微米等于百万分之一米），而病毒则以更微小的纳米单位（缩写为“nm”，1纳米等于1十亿分之一米，或千分之一微米）。为了理解这些度量，请考虑这句话末尾的周期直径约为 350 微米或 350,000 纳米。如果我们将周期放大到其实际大小的一千倍（见最左边），附近的铜绿假单胞菌（导致医院获得性肺炎和血流感染的细菌）变得可见。反过来，如果我们将假单胞菌放大75倍，或实际大小的75,000倍，相邻的流感病毒颗粒也会变得可见。
病原体如何使我们生病
感染不一定会导致疾病。当病毒、细菌或其他微生物进入您的身体并开始繁殖时，就会发生感染。疾病通常发生在一小部分感染者身上，当您体内的细胞因感染而受损，并出现疾病的体征和症状时，就会发生这种疾病。
为了应对感染，您的免疫系统会开始行动。白细胞、抗体和其他机制开始发挥作用，以清除体内的外来入侵者。事实上，使人在感染期间遭受的许多症状——发烧、不适、头痛、皮疹——都是由于免疫系统试图消除体内感染的活动造成的。
病原微生物以多种方式挑战免疫系统。病毒通过杀死细胞或破坏细胞功能使我们生病。我们的身体经常以发烧（热使许多病毒失活）、分泌一种叫做干扰素的化学物质（阻止病毒繁殖）或通过编组免疫系统的抗体和其他细胞来靶向入侵者。许多细菌以同样的方式使我们生病，但它们也有其他策略可供使用。有时细菌繁殖得如此之快，它们会排挤宿主组织并破坏正常功能。有时它们会直接杀死细胞和组织。有时它们产生的毒素可以使细胞瘫痪，破坏细胞的代谢机制，或诱发大规模的免疫反应，而这种反应本身是有毒的。
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发烧通常是免疫系统对感染反应的一部分。
其他类别的微生物以不同的方式攻击身体：
- 旋毛虫是导致旋毛虫病的蠕虫，进入体内时包裹在未煮熟的肉中的囊肿中。我们体内的胃蛋白酶和盐酸有助于释放囊肿中的幼虫进入小肠，在那里它们蜕皮、成熟并最终产生更多的幼虫，这些幼虫通过肠道进入血液。在这一点上，他们可以自由地到达各种器官。那些到达骨骼肌细胞的细胞可以存活并形成新的囊肿，从而完成它们的生命周期。
- 荚膜组织胞浆菌是一种传播组织胞浆菌病的真菌，生长在被鸟类或蝙蝠粪便污染的土壤中。真菌的孢子从受干扰的土壤中出现，一旦吸入肺部，就会发芽并转化为出芽的酵母细胞。在急性期，该疾病会引起咳嗽和流感样症状。有时组织胞浆菌病会影响多个器官系统，除非治疗，否则可能是致命的。
- 引起疟疾的原生动物是疟原虫属的成员，具有复杂的生命周期。孢子体是一种感染新宿主的细胞类型，在按蚊的唾液腺中发育。它们在血餐期间离开蚊子，进入宿主的肝脏并繁殖。被孢子体感染的细胞最终会破裂，将另一种细胞形式（裂殖子）释放到血液中。这些细胞感染红细胞，然后迅速繁殖，破坏红细胞宿主并释放许多新的裂殖子以造成进一步的损害。大多数裂殖子继续以这种方式繁殖，但有些裂殖子分化成有性形式（配子体），被雌性蚊子吸收，从而完成原生动物的生命周期。
这些以及许多其他引起疾病的巧妙途径展示了病原体丰富的进化遗产及其持续的创造力。在下一节中，我们将更仔细地研究其中一些生物是如何学会茁壮成长的——通常是以人类为代价的。