我們是九分細菌一分人

我們不是人類，而是人類和微生物的結(jié)合體！這個結(jié)合體中，微生物與人體自身細胞的比例是9 ∶ 1。

人的一只手掌上就有100 多萬只細菌！這是經(jīng)常聽到的說法，仔細想想會讓人覺得恐怖，這足夠我們生多少次病啊！但實際上我們卻并不常因為手掌上的細菌而生病，這一部分要感謝良好的衛(wèi)生條件，而另一部分原因是100 多萬只細菌中其實有許多是有益，或者至少無害的細菌。

我們身體中90% 的細胞是細菌，或者說細菌的數(shù)量是人體細胞數(shù)量的9 倍。這些細菌對人類來說大部分都有特定的功能，是正常生活不可或缺的?！拔覀儾皇莻€體，而是一群生物的集合體?！惫鸫髮W(xué)的基因組學(xué)家布魯斯· 比倫說。這種集合體通常被叫做“超級有機體”（Superorganism）。

人體內(nèi)的“氣候變化”

在2003 年人類基因組計劃完成時，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類的基因組只有2 萬個基因，比理論上要維持人體正常功能所需的基因數(shù)量少得多。相比之下，人體內(nèi)的細菌攜帶有300 萬種基因。在幾萬年的演化過程中，人體已經(jīng)把許多“業(yè)務(wù)”“外包”給了體內(nèi)的微生物，比如腸道里的細菌可以分泌一些酶，幫助消化，另一些細菌可以抵抗病菌。這些細菌能夠影響到人體的發(fā)育、生理、營養(yǎng)以及免疫系統(tǒng)的功能。

然而現(xiàn)代的生活方式正在破壞體內(nèi)微生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致多種微生物成為了體內(nèi)的“瀕危物種”。人體內(nèi)的這種“氣候變化”要歸咎于抗生素的大量使用，以及過分干凈的生活環(huán)境——特別是用洗潔精消毒過的餐具，還有日常飲用的純凈水。

對于有些細菌，只有當(dāng)你失去它了，才知道它有多重要。幽門螺桿菌就是這樣。這種細菌會引發(fā)胃潰瘍和胃癌。在過去，幽門螺桿菌在家庭成員之間通過共用的床鋪和餐具傳播。但隨著生活條件的改善，孩子們從小就有自己的房間，使用的餐具也經(jīng)過消毒，這讓幽門螺桿菌失去了傳播途徑，從越來越多的孩子體內(nèi)消失。人們還來不及像當(dāng)年消滅結(jié)核菌那樣慶祝，負面的影響就已經(jīng)突顯出來。食道疾病、過敏和哮喘的兒科病例逐年增加。

兒童哮喘主要是由對吸入的異物過敏引起的。幽門螺桿菌可以幫助兒童預(yù)防哮喘，因為它們可以讓免疫系統(tǒng)產(chǎn)生Th17 細胞，這種免疫細胞控制著機體對進入身體的污染物和病菌的反應(yīng)。紐約大學(xué)的微生物學(xué)家馬丁· 布拉瑟用防洪堤來比喻Th17 細胞，“如果防洪堤足夠高，那再怎么下雨也不會有洪水，但要是沒有防洪提，雨水就很容易泛濫。如果體內(nèi)有足夠多的Th17 細胞，那么對過敏原的耐受能力就比較強，不容易過敏?！?/p>

其實從人類的祖先走出非洲的時候起，幽門螺桿菌就生活在人們的胃里了，還有許多其他的細菌也和我們是這樣的“長期合作伙伴”。

人類基因組計劃2.0

既然人類這么依賴細菌，那么人類基因組計劃理應(yīng)包括細菌基因的測序，即宏基因組測序。從2007 年開始，美國國家健康研究院（NIH）啟動了一項為期5 年的人類微生物組計劃，將對人體各個部位的微生物群落進行一次“普查”，并研究它們怎樣影響人體的健康和疾病。

“我們將了解到人類進化的另一個方面，一個由人體和微生物構(gòu)成的機體的進化?！比A盛頓大學(xué)基因組學(xué)研究中心的杰佛里· 戈登說，“如果我們不了解人體與這些微生物間的互動，那么我們對自身的生物特性的了解就是不完整的?！?/p>

這個項目有4 個目標：1. 檢測不同的性別、居住環(huán)境以及其他條件下的人群之間是否擁有相似的細菌群落。2. 探索通過改變細菌群落的構(gòu)成及種類來治療疾病的可能性。3. 開發(fā)新的生物信息技術(shù)和儀器來促進基因組研究。4. 探討這類研究所隱含的倫理、法律和社會問題，并找到解決它們的方法。例如：這些微生物真的像宣稱的那樣，是“益生菌”嗎？關(guān)于人體內(nèi)細菌的資料能用于法律用途嗎？這些細菌會被恐怖分子利用來作為武器嗎？我們對待這些細菌的方式正確嗎？個人微生物組的信息屬于隱私嗎？

“胖”細菌，“瘦”細菌

這個測序計劃顯然將比2003 年完成的人類基因組計劃復(fù)雜得多。

此前，戈登發(fā)現(xiàn)胖人體內(nèi)的微生物組成與瘦人的不同，而當(dāng)胖人體重減輕時，他們的微生物構(gòu)成則逐漸與瘦人接近。究竟是什么導(dǎo)致了這種差異現(xiàn)在還不清楚，但戈登和同事們在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，比起瘦老鼠來，胖老鼠體內(nèi)的微生物能更有效地在消化食物的過程中釋放食物中的卡路里。

微生物組成的差異不僅限于胖人和瘦人之間。在2008 年2 月，來自上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、國家人類基因組南方研究中心和中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所的科學(xué)家們在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。研究人員對一個四世同堂的中國家庭7 位成員的腸道微生物組成和人體代謝特征進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)他們盡管屬于同一個家庭，遺傳背景彼此相關(guān)、生活環(huán)境相似，但每一個個體仍然具有其特有的腸道菌群結(jié)構(gòu)特征。同時也發(fā)現(xiàn)中國人的腸道菌群結(jié)構(gòu)和美國人有明顯差異。而那些不同人體內(nèi)共有的細菌，則對維持人體的正常功能尤其重要。他們發(fā)現(xiàn)人體腸道內(nèi)共有的一種細菌（Faecalibacterium prausnitzii）與8 種人體的代謝物質(zhì)有關(guān)，表明這種細菌在人體多種代謝過程中有著很重要的作用。

不同人群體內(nèi)的微生物構(gòu)成也不相同，這是微生物組計劃面臨的最大挑戰(zhàn)。從2008 年開始，參與該計劃的科學(xué)家們從志愿者身上收集了大量的樣本，這些樣本來自人體的皮膚、鼻腔、口腔、陰道分泌物和腸道排泄物。宏基因組技術(shù)將被用來分析這些樣本中的上千萬種生物：首先從樣本中提取DNA，再把DNA 分解成短小的片段，隨后片段被插入到實驗室培養(yǎng)的一種特殊的細菌體內(nèi)，被細菌復(fù)制成更多的片段，形成一個基因信息的“文庫”，再由超級計算機和新的測序技術(shù)來閱讀和分析。

微生物組計劃已經(jīng)取得了一些進展。美國馬里蘭國立基因組研究所的皮膚病專家朱莉婭· 賽格參與了微生物組計劃。她發(fā)現(xiàn)人體皮膚上只要1 平方厘米的面積，就有100 萬只細菌，而不需要一整只手掌。這些細菌可以吸收皮膚分泌的油脂，并給皮膚補充水分。人體手肘的皮膚構(gòu)成了一個微生態(tài)系統(tǒng)，由6 個微生物群落組成，而人體全身的皮膚可以提供20 種不同的微生態(tài)環(huán)境，每種環(huán)境都有自己特殊的微生物。在手肘內(nèi)側(cè)生活的微生物比前臂上的種類更多，盡管兩個部位相隔不過幾厘米。賽格檢查了5 位志愿者的皮膚，發(fā)現(xiàn)他們的微生物組成很相似，她認為這些微生物是在當(dāng)?shù)氐纳鐣h(huán)境和飲食習(xí)慣下的特征微生物。

微生物組計劃依靠宏基因組學(xué)技術(shù)，讓科學(xué)家們對這些與我們長期共生的微生物有了新的認識，然而這只是第一步。也許在將來，常規(guī)的體檢將包括評估身體的微生物健康狀況；科學(xué)家們還將發(fā)現(xiàn)在許多疾病中特有的微生物構(gòu)成，或者微生物的異常行為方式，通過改變這些微生物來治療疾病也將是重要手段，這也是個性化醫(yī)療的重要部分。

Tips：

衛(wèi)生假說——不干不凈吃了沒病

衛(wèi)生假說是指在兒童時期缺乏感染源、共生微生物和寄生蟲的刺激，則日后發(fā)展出過敏性疾病的機會愈大，因為這會影響免疫系統(tǒng)的發(fā)育。過敏性疾病是由免疫系統(tǒng)對無害的抗原的過度反應(yīng)引起的，這主要是由TH2 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。而大多數(shù)細菌和病毒引起的免疫反應(yīng)是由TH1 介導(dǎo)的，這會讓TH2 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)減弱。所以如果沒有足夠的細菌、病毒來刺激產(chǎn)生TH1 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，那么TH2 介導(dǎo)的反應(yīng)就會過度活躍，引起過敏。

闌尾——細菌的堡壘

長期以來人們一直認為闌尾是一個無用的附屬器官，掛在大腸上的累贅。美國杜克大學(xué)的實驗外科學(xué)家威廉· 帕克發(fā)現(xiàn)闌尾是人體內(nèi)有益細菌的重要堡壘。

闌尾是掛在大腸上的一截長5 到9 厘米，寬7 毫米的腸子，它主要由淋巴組織構(gòu)成。帕克收集了大量闌尾樣品，發(fā)現(xiàn)闌尾的內(nèi)表面覆蓋著一層由微生物組成的生物膜，微生物群落之間緊密地聯(lián)系著，而腸道的其他部位并沒有闌尾這樣的生物膜。人體免疫系統(tǒng)保護了這個生物膜，并為其提供營養(yǎng)。于是帕克認為闌尾是微生物生長的溫室。當(dāng)腸道疾病破壞了原有的益生菌群落時，闌尾中的微生物就釋放到腸道中來，彌補損失的益生菌。在腸道感染時，所引起的腹瀉會讓腸道失去幾乎所有的細菌，這時候闌尾是腸道細菌的避難所。

人體中的微生物分布

鼻腔和口腔

鼻腔和口腔中的大部分微生物對維持氣道、牙齒和牙齦的健康十分重要。

腸道

腸道中大約生活著400~500 種微生物：包括細菌、真菌、病毒和原生動物。這些微生 物對免疫系統(tǒng)的發(fā)育有重要影響。

泌尿生殖系統(tǒng)

科學(xué)家對這泌尿生殖系統(tǒng)中的微生物知道的還很少，這些微生物有些可輔助女性受孕并防止自然流產(chǎn)。

皮膚

皮膚上有500 種微生物，其中的10 種占皮膚微生物總量的50%。