微生物是非常小的生物体，用肉眼根本看不见，它们主要分为四类：病毒、细菌、真菌和原生动物。【蛋白病毒（Prions），一种认为引起人类克—雅二氏病（CJD）和库鲁病（Kurn），在牛中引发BSE的生物体，人们无法将其归类，最好的方法就是将它们描述为具有传染性的蛋白质，它们不像其他传染性的生物，看上去既不不含DNA也不包含RNA。】
跟我们共享世界的大部分微生物是无害的。事实上，有些微生物对我们完全有利。在空气、土壤、食物和我们喝的水中以及我们的身体上都存在微生物。在人体皮肤上的细菌就跟在地球的人数一样多，在胃、鼻和口腔中也有微生物，而大部分微生物存在于结肠中，生活在那里的微生物有300多种【通常1克粪便中含有1万亿（1012）个微生物，其中大部分是细菌。】
当两种生物体，比如人类和各种微生物，紧密联系地生活在一起时，这种系统就叫共生（symbiosis）。最佳状态是双方都得益，这种状态就叫做共栖（mutualism）。例如，当葡萄球菌生活在人体皮肤上时，它们能产生酸性的分泌物，这些酸性的分泌物能抵御潜在的有害细菌，反之，葡萄球菌也能从吞食死亡的皮肤细胞中得益。只有当这种关系失去平衡，进入一种叫做寄生（parasitism）的状态时，我们才有可能受到这种微生物的伤害。这些有害的微生物就叫做病原体。当寄生物不断增加和快速繁殖时，人类寄主就被说成被感染了——虽然感染并不一定会导致疾病。
是什么使得无害的微生物变成了病原体呢？像引起霍乱的细菌霍乱弧菌（Vibrio cholerae），这样的微生物由于本来就对人体有害——这种性能叫做病毒性（virulence）——所以它们是天生的病原体，另有一些微生物就像平常态度温和的男人，在开车时变成了一头进攻性的野兽一样，它们只有在特定的条件下才会变成病原体。例如，在艾滋病中，许多正常情况下无害的细菌和真菌能够变成致命的感染物，仅仅因为人体对它们的防御系统已经瓦解。某些情况下纯粹的数量变化也能使无害的微生物变成杀手。如果人体中某些特定的微生物数量突然上升，那么就可能发生了感染。例如，妇女在服用抗菌药物后，平常的酵母菌白色念珠菌（Candidaalbicans）常常会过度生长而引发阴道感染，因为抗菌药不仅会杀死病原体，而且也会消灭在正常情况下控制念珠菌的无害细菌。
一旦发生感染，它能以两种主要方式损害身体。首先，它可能会产生一种毒素，许多引起腹泻的微生物——从霍乱到假日腹泻——会产生伤害肠的毒素。白喉棒状杆菌产生的毒素非常厉害，它会阻止蛋白质的合成，而没有这种蛋白质，细胞就不能工作。一个毒素分子就足够杀死一个单细胞，白喉常常是致命的，因为这种毒素能传遍全身，导致脑、心脏和肾组织损伤。
即使不产生毒素，微生物在侵入人体细胞和组织并在其中繁殖时也会引起身体损伤。受感染的细胞向免疫系统发出化学信号，这会引起炎症反应。免疫系统的细胞释放出像组胺这类的化学物质，它们能引起很多生理效果，如皮肤泛红、疼痛、肿胀和发烧。体内只要存在一种微生物就可能直接引起发烧，受害者对此可能感到不舒服，但由于升高的体温可减慢病原体的繁殖速度，因此最终还是有益的。
人体还有其他许多防御病原体的方法。皮肤本身就形成了一道屏障，而眼泪也含有一种叫溶菌酶的抗菌酶。阴道的分泌物是酸性的，这创造了大部分微生物都不喜欢的环境，而胃中的胃液酸度也相当高。最近的研究表明皮肤和舌头事实上也含有抵御感染的抗菌物质。
儿童由于他们的免疫系统没有发育完全，因此易受感染侵袭；老人因为他们身体的防御能力下降也易受感染。甚至基因也能决定一个人将来死于感染的可能性有多大。在冈比亚工作的科学家发现那些看起来对疟疾具有抵抗力的人具有高的肿瘤坏死因子（TNF），这是人体自然产生的一种物质，是人体对付感染的另一种武器。研究发现这些人具有一种与众不同的TNF基因变体，这使他们会比其他人产生更多的TNF。
传染病一旦爆发，其影响取决于环境。某些疾病可能是地方性的，它们在某个特定的国家以稳定的低水平存在，就像英国的感冒。流行病（epidemic）是指某种疾病超出预料地突然上升，像艾滋病以及现在许多专家都承认的结核病。大流行病（pandemic）是指影响面很大的流行病，要么影响全世界，要么影响整个大陆。爆发是指突然性的、未预料到的局部发生的传染病，如脑膜炎和多年来发生在英国的食物中毒。
成功地治疗传染病要依赖对于引起此病的微生物的识别。医生们在鉴别微生物时很大程度上仍然依赖于科赫（Koch）基本原则。罗伯特•科赫（Robert Koch）（1843-1910年）是一位德国医生，是他首次指出了微生物能引起疾病这一事实。然而，其基础是由约瑟夫•李斯特（Joseph Lister）、路易丝•巴斯德（Louis Pasteur）和其他人奠定的，他们的研究曾表明消灭微生物可以降低疾病的发生率。
科赫因他的工作于1905年获得了诺贝尔奖，并成功分离了引起结核病的微生物。他认为引起每一种疾病的微生物都须从该病中分离出来，然后将它们注入到实验室的动物体内，接着这些动物应该出现相应的病症，最后同样的微生物应该再次从致病的动物中分离出来。然而，科赫原则也不是完全通用的，例如，它似乎并不能应用于艾滋病，这使得一些科学家怀疑是否真是人体免疫缺损病毒（HIV）引起了艾滋病。但其真正的原因可能还有待于患艾滋病的动物模特以及其他不适合科赫理论的疾病作更多艰苦的研究才能发现。
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