撰文 / 王治鈞

人體微生物群是寄居在人體内的微小細胞生物群落，人體和微生物群組成了一個“生态系統”。人體隻有43%的細胞屬于人類，而其他的部分則是由非人類組織的微生物細胞群組成——從荒漠般的皮膚表面，到嘴唇上的微生物部落，口腔内有微生物菌落的微型城鎮，甚至每一顆牙齒都是獨特的社區，而我們的腸道更是擠滿百萬億微生物的大都會……每一種微生物都各司其職，各盡其責。

為了更有效地了解人體内的微生物社區部落，很多微生物科學家開展了跨學科的研究。人類微生物研究領域的先行者羅伯·奈特（Rob Knight）教授是美國加州大學聖地亞哥分校微生物學創新中心主任，“地球微生物組計劃”“美國腸道計劃”的發起者。羅伯教授的實驗室研究涉及對人類、動物和環境的微生物群落研究和相應計算技術的發展。大量微生物研究人員都是基于他的研究成果來開展工作的。

No01

微生态多樣性 比地球更複雜

人體微生物是個超複雜系統，其生态多樣性甚至超過了地球生物的多樣性。從世界地圖上看，不同地方有不同的生物分布，這反映了不同地域的多樣化特征。微生物也有類似的分布，但是在顯微鏡下，所有微生物看起來都長得差不多。

通過觀察微生物的DNA來分類，“人類微生物工程”項目繪制出DNA堿基，開發了可視化的計算機技術，可以将萬億字節的序列數據轉化成更直觀有效的分布圖。研究者從250個健康志願者身上的不同部位提取到微生物數據，點的密集處代表某個身體部位，不同身體部位有着不同的微生物。同一個人口腔中和腸道中的微生物菌落有着天壤之别，對比地球生物分布圖，人體方寸間微生物的生态差别，要比地球上數百千米間的差别還要大。

No02

微生物數量之巨 無人匹敵

人類的DNA幾乎完全相同，你和路人甲的DNA有99%的相似度，但就腸胃中的微生物而言，你和你旁邊的人也許隻有10%的相似度。

這些不同的微生物各自承擔不同的功能，從消化食物到與各種疾病、代謝藥物相互作用，等等。它們是怎麼做到這些的呢？部分原因是它們的數量遠遠超過了我們自身的生理數據。

從細胞數量上比較：人類個體大概有10萬億細胞，但是我們身體中有 100萬億的微生物細胞。它們的數量是我們的10倍。

從DNA數量來比較：我們每個人各自有2萬個人類基因，而身體上的微生物則有200萬~2000萬的微生物基因。

所以不論怎麼看，我們自身在數量上都被我們的微生物共生體遠遠超越了。

在我們留下人類DNA痕迹的時候，我們觸摸的東西上也會留下我們微生物的DNA，你甚至可以将手掌上的信息與日常所用鼠标上攜帶的信息相比對，匹配率達到95%。

No03

微生物群會随地域、環境、飲食習慣而變化

人的腸道内大約生存着100萬億個微生物——它們有保護你免于感染、助消化和調節免疫系統的作用。然而，随着人類身體适應現代生活，我們開始失去一些正常的微生物；與此同時，發達國家中，因為腸道内微生物失去多樣性而引發的疾病正在飙升。

明尼蘇達大學計算機生物學家丹·耐特斯（Dan Knights）教授在研究靈長類動物微生物時發現，外界環境會引起微生物群發生變化。

研究人員分别對越南和哥斯達黎加叢林中生活的兩個物種——越南白臀葉猴和哥斯達黎加猴進行追蹤研究。用它們的糞便進行DNA測序和比對，發現身處不同地域使它們的微生物群截然不同。野外動物腸道内的微生物群，像郁郁蔥蔥的熱帶雨林，呈現出複雜的多樣性；而圈養動物的微生物群，會逐漸趨同其他圈養靈長類動物。動物園裡的動物健康狀況都不太好，存在着肥胖、消瘦、腸胃炎、腹瀉、腹脹等問題，有些動物幾乎難以存活。圈養猴子的腸道都被類杆菌和普氏菌所主宰，它們和現代人的腸内擁有相同的微生物群。

野外生長的兩個猴群有着完全不同的微生物群。而在動物園裡，這兩種猴子的微生物群正在彙合趨同，變得更相似，盡管它們來自不同大洲的動物園，地域和飲食都各不相同。

研究人員又對發展中國家和美國人的微生物群落進行研究，美國人體内微生物群的失衡導緻肥胖、糖尿病和其他類似疾病明顯高發。不僅是在美國生活了好幾代的人存在這樣的問題，新移民和難民也一樣存在。

移民到一個新的國家後，會造成體内微生物群發生巨變，這些微生物群更容易導緻肥胖以及其他一些現代病或者說西方病。研究者調研了兩個從東南亞移民到美國的團體，他們來到美國後，體内的微生物群失去了約20%；而那些移民美國後患肥胖症的人，則失去了原來微生物群的1/3。

No04

菌群植入、癌症診斷，改善健康有奇招

近年來微生物和疾病的相關性研究有很多，涉及炎症性腸病、心髒病、結腸癌、多發性硬化、抑郁症、孤獨症，甚至肥胖。

肥胖對健康影響很大，如今我們僅通過腸道的微生物菌落，就可以判斷一個人是胖是瘦，準确率可達90%，而通過基因測序準确率隻能達到60%。可見，人體微生物的重要性不亞于基因。

羅伯教授研究微生物群落和肥胖症的關系。在無菌膜裡養了很多小白鼠，然後嘗試對比地加入一些比較重要的微生物：

研究人員由此想到，可以設計一種微生物菌群，添加入食品中可達到減肥的效果。

為了改善誇休可爾症（惡性營養不良）患兒的健康，将疾病菌落移植到老鼠身上，三周内老鼠體重就減少30%，後來實驗發現，通過補充花生黃油類營養物可以快速恢複小鼠健康的微生物群落，據此便可對患兒嘗試相應療法了。

羅伯的實驗室還接觸過一些特别案例。比如 C. Diff病，這是一種很恐怖的腹瀉，患者每天要去近20趟廁所，長達2年的抗體治療也未見效。後來從健康者腸道提取部分微生物，植入患者腸道，四位患者一天後所有的症狀都消失了，他們的菌群也與健康者的更相近。

2020年3月羅伯教授和他的跨學科小組在《自然》雜志公布了一種癌症診斷新方法：通過機器學習方法識别血液中存在的微生物DNA特征，可以簡便地診斷患者是否患癌以及患有哪種癌症。

研究人員使用癌症基因組圖譜數據庫分析了上萬名癌症患者腫瘤樣本，涵蓋33種癌症類型，通過數百種機器學習算法，僅使用患者血液中的微生物數據就能來識别患者的癌症類型。經過測試，這個模型對各種癌症識别率超過81%~86%，相比大多數癌症确診需要手術活檢，更快速便捷而低廉。

No05

微生物的無限未來

人體微生物有着非常多的功能，能幫助我們消化，調節免疫系統，保護人體免受疾病攻擊并産生人體必需的維生素，甚至會影響我們的行為。微生物在影響人體健康方面所起的作用是我們之前從未想象過的，仍然需要加大對微生物的了解和研究。

比如，我們知道有一些人更招蚊子，那是因為我們的皮膚上存在不同微生物，一些微生物會産生易被蚊子察覺的化學物質，因此，我們是否能利用一些微生物來驅蚊呢？

某種果蠅身上的微生物決定了它能吸引到什麼樣的配偶，這一點還沒有在人類身上驗證，但是羅伯教授認為也能找到人類身體的微生物，它們能釋放吸引異性的味道，我們是否能據此取代某些香水？

所有這些還不為我們所知的微生物，在未來它們可能會怎樣服務于人類？

讓我們重新看待人體中的微生物，而不是像從前那樣總把它們當敵人。

本文來自《知識就是力量》雜志，原标題《人體微生态 細菌來主宰》，作者王治鈞，有删改，原創作品轉載請注明來源。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!