我們與細菌共生共存

林聲

我們和我們體內(nèi)的微生物一起，作為一個整體，共同經(jīng)營著不斷進化演變的人類-微生物集居地。

在人體的許多部位都生活著細菌。我們一出生，細菌就進入了我們體內(nèi)，它們幾乎無孔不入，占據(jù)著我們的消化道、呼吸道，生活在我們的牙齒上、皮膚里，它們在我們體內(nèi)建立起日益復(fù)雜的細菌群落“棲息地”，并且像森林那樣蔓延開來，當我們長到幾歲時，這些細菌群落“棲息地”已經(jīng)將我們體內(nèi)的幾乎所有“空地”都覆蓋了，我們一生都將攜帶這些細菌一起生活，或多或少，相伴相隨，不離不棄。

居住在我們體內(nèi)的細菌數(shù)量十分驚人，尤以腸道中數(shù)量最多——超過100萬億個，這個數(shù)字大約是人體細胞總數(shù)的10倍！然而，這個驚人的事實往往引不起我們的注意——人體細菌盡管數(shù)量龐大，但個體十分微小，總重量很輕，幾千克而已，而且我們用肉眼是看不到它們的。正因此，人體細菌對人體的作用以及影響很容易被我們所忽視。長期以來，對于少數(shù)傳染性細菌的破壞性影響的研究顯得更為重要和迫切，而科學(xué)家對那些“好”的微生物的研究似乎就不那么重視了。

然而，運用各種新的檢測手段，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠?qū)ι钤谖覀兩眢w表面和內(nèi)部的微生物進行觀察檢測和分析研究，并且取得了共識：人體內(nèi)的細菌雖然微小，卻是一個個強大的“化學(xué)工廠”，能夠從根本上影響人體的各項機能。它們在我們體內(nèi)不是簡單地、隨機性地擇地而居，而是形成了一個個有組織的細菌“社區(qū)”，與我們一起進化，并代代傳承。那些生活在人體腸道內(nèi)的數(shù)以百萬億計的小小微生物，它們將在幾十年時間里與我們?nèi)梭w共生共存。更重要的是，它們將永不懈怠地行使幫助我們消化和防止感染等職能。可以說，它們是長期生活在我們身體里的“嘉賓”。

現(xiàn)在，醫(yī)療微生物學(xué)和環(huán)境微生物學(xué)之間的界限正日趨模糊?？茖W(xué)家認識到，人體就是這些微生物群落的生存環(huán)境，它們被迫適應(yīng)了我們的飲食習慣和生活方式；反過來也成為我們生存環(huán)境的一部分，我們的身體也在適應(yīng)它們。

此外，隨著人類和微生物之間深刻的相互關(guān)系日趨明顯，宿主和寄生生物體之間的區(qū)別和界限也顯得越來越不那么重要了。2011年6月，在美國波士頓召開的第108屆微生物學(xué)大會上，微生物學(xué)家瑪格麗特·麥克福爾·尼蓋指出：人類與微生物共生的研究是一門新興科學(xué)，其重大意義在于，人類不是一個個獨立的個體，而是由各種有機體構(gòu)成的生態(tài)群落。也就是說，我們的身體并不只是為其他生物體提供了一個可以共生的棲息地，我們也和其他生物體一起，組成一個整體，共同經(jīng)營著一個不斷進化演變的人類-微生物集居地。

我們的身體不斷地與體內(nèi)共生的微生物進行著溝通，健康或疾病或許正是我們和微生物之間的復(fù)雜關(guān)系變化的結(jié)果。

人類基因組的30億堿基對序列圖譜在2000年成功繪制后，被譽為“人類生命的藍圖”。然而，不過十年的時間，大多數(shù)科學(xué)家現(xiàn)在不得不承認，在我們的基因組里，只有一部分是真正屬于我們自己的。過去，研究人員發(fā)現(xiàn)了多種表觀遺傳現(xiàn)象（如胚胎發(fā)育、基因沉默等）對遺傳物質(zhì)的最終表達所起的作用。而如今，在這些影響因素中，還應(yīng)該加上小小的人體微生物。

科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)無法忽略人體微生物在人類基因庫中所起的作用，有科學(xué)家甚至將人體稱為“超有機體”。所謂“超有機體”，指一群相互依賴并以共同行為構(gòu)成一個單位的有機體, 如像群居的昆蟲，其復(fù)雜程度遠遠超出單一的基因編碼。“超有機體”理論與傳統(tǒng)的人體理論有著很大的不同。舉例來說，在生理機能上，某些人體功能被看作是共生伙伴之間協(xié)調(diào)的結(jié)果，而疾病則被看作是溝通失敗的結(jié)果。

最近有證據(jù)表明，人體的肥胖可能與人體消化道微生物有關(guān)——消化道微生物不只是直接幫助處理食物，還對能量最終是否以脂肪形式儲存在體內(nèi)產(chǎn)生影響。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在實驗小鼠的消化系統(tǒng)中，體瘦小鼠和體胖小鼠體內(nèi)的各種微生物的比例是不同的，體胖小鼠體內(nèi)的某些微生物似乎更擅長于從食物中獲取能量，如果將這類微生物轉(zhuǎn)移到體瘦小鼠體內(nèi)，它們的體重就會很快增加。類似的模式在人體研究也發(fā)現(xiàn)了。一項最新研究結(jié)果顯示，胖瘦不同的雙胞胎兄弟，其體內(nèi)的細菌群落明顯不同。

人們越來越清楚地認識到，我們的身體在不斷地與體內(nèi)的微生物進行著溝通，健康或疾病可能正是我們和我們的共生微生物之間的復(fù)雜關(guān)系變化的結(jié)果?？茖W(xué)家曾猜測，動物體與其共生細菌之間通過分子“語言”進行溝通。而現(xiàn)在，有科學(xué)家進一步指出，我們與有害或有益細菌之間的互動關(guān)系如何，不在于使用的溝通“語言”不同，而在于“語氣”不同——是爭論的“語氣”，還是友好交談的“語氣”。細菌產(chǎn)生的一些被稱為“致病因素”或“毒素”的產(chǎn)物不一定就是進攻信號，它們有可能只是微生物和宿主之間“對話”的一部分。

微生物研究的發(fā)展

對人體微生物群落的研究始于1683年。當時，荷蘭博物學(xué)家、顯微鏡發(fā)明者安東尼·范列文虎克在寫給英國皇家學(xué)會的一封信中說，他在顯微鏡下觀察自己的牙菌斑時，看到了許多活動著的微生物。但是，在接下來的三個世紀里，對人體微生物群落的研究興趣主要限于如何將細菌從其天然生存環(huán)境中移出來，在實驗室的培養(yǎng)皿中進行培養(yǎng)。這或許是當時唯一的觀察和了解細菌的方法，但卻極大地限制了科學(xué)家對細菌真實生活的了解，因為他們了解到的只是培養(yǎng)皿中的微生物，而忽略了在真實生存環(huán)境中微生物與宿主之間產(chǎn)生的高度復(fù)雜和多樣化的共生形式。這種研究方法就好比是將人困在斗室里進行研究，而忽略了人的自然生存環(huán)境——城市和社會。

直到基因測序技術(shù)問世之后，情況才有所改變。研究人員獲得了對大量基因迅速測序的能力，可以從提取的環(huán)境樣本中，對成千上萬的基因片段進行測序，從中直接獲取關(guān)于微生物的信息，而無需將它們與環(huán)境隔離開來。這類研究顯示，微生物世界之大，完全超乎人們的想象。

如今，環(huán)境微生物學(xué)家使用新的研究手段，開始涉足于一些之前未曾涉足的領(lǐng)域——生命可能存在的一些極端之地（如酸性湖泊、深海熱液口、凍土地帶等），以及人類和其他生物體共生的環(huán)境生態(tài)（從后臼齒、鼻腔到腸道……）。隨著這些研究項目的推出，醫(yī)學(xué)研究和環(huán)境微生物學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)漸漸開始融合。

或許有一天，一個人的體內(nèi)微生物生態(tài)會成為他（她）的天然識別標簽。正如有科學(xué)家所說：它“是你的身份和身世的簽名”。

人體微生物研究具有一些特別的意義——在我們服用抗生素后，胃部的不適是否是體內(nèi)一場內(nèi)戰(zhàn)開始的信號？我們往牲畜飼料中加入了大量的抗生素，它們最終去了哪里？這些抗生素是否會破壞微妙的生態(tài)平衡？在整個進化史上，我們都與微生物生活在一起，而且使用了大量的會殺死這些微生物的化學(xué)物質(zhì)，這是否會改變我們與它們長期形成的共同進化關(guān)系？……

1683年，荷蘭博物學(xué)家、顯微鏡發(fā)明者安東尼·范列文虎克在顯微鏡下觀察自己的牙菌斑時，發(fā)現(xiàn)了微生物。當代微生物學(xué)家的任務(wù)之一，就是區(qū)分哪些微生物是與我們共同進化的，哪些只是我們身體中的匆匆“過客”。然而，人體微生物的種類之多令人驚訝，而且因人而異。不同的人體以及人體的不同部位，為細菌提供了一個個多樣化的棲息地，比如營養(yǎng)豐富的人體腸道是相對穩(wěn)定的細菌“社區(qū)”，而生存環(huán)境較為嚴酷的皮膚則是細菌們匆匆來去的“流動社區(qū)”。而且，與罕有流動的深海棲息環(huán)境不同的是，人體微生物群落還會不斷受到外部環(huán)境微生物的影響，比如腸道微生物會與隨同食物一起進來的其他微生物產(chǎn)生交集，這些新來者代表著巨大而不可預(yù)知的因素。如此看來，微生物是一種不斷變化的動態(tài)生命形式，科學(xué)家很難對他們所看到的微生物進行分類，發(fā)現(xiàn)并界定人類微生物的種類是一項異常艱難的工作。

不過，在人體微生物的個性化因素使人類與微生物關(guān)系的研究變得相當復(fù)雜的同時，也給我們帶來了極大的機遇。在未來，醫(yī)生或許可以根據(jù)每個人體內(nèi)特定的微生物生態(tài)環(huán)境來制定出有針對性的治療方案。屆時，人體的微生物生態(tài)就如一份份遺傳基因檔案，成為每個人的天然識別標簽。正如有科學(xué)家所說：它“是你的身份和身世的簽名” 。

細菌往往被認為是簡單低級的生命體，除了其傳染性外，我們很少去重視它們的存在。現(xiàn)在，科學(xué)家指出，微生物以不同尋常的機制，在進化之路上取得了很大的成功，微生物群落中充滿了為群體利益而自甘犧牲的例子，一些細胞的存在僅僅只是為其他細胞提供結(jié)構(gòu)支撐或保護。這種“命運的相互交織”值得人類借鑒和考慮，人類是否應(yīng)該向它們學(xué)習，更注重人類社會的整體發(fā)展，而不是只熱衷于個人的身份地位和事業(yè)成功？

以硫化氫為食的深海微生物

科學(xué)家于1977年首次發(fā)現(xiàn)了生活在深海熱液口附近的生機勃勃的生命形式，包括生活在高溫并彌漫著硫化氫氣體環(huán)境中的巨大管狀蠕蟲?？茖W(xué)家無法解釋這些在極端條件下生存的生命形式。過去，所有的生命都被認為只能依靠來自太陽的能量才能生存下去。那么，在遠離任何光線的海底棲息地，管狀蠕蟲等生物是如何生存的呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在管狀蠕蟲的體內(nèi)，共生著一些以硫化氫為食的微生物，它們將硫化氫這種“毒藥”變?yōu)槠渌问娇梢越邮艿哪芰?。這一發(fā)現(xiàn)表明，所有的生命形式都離不開微生物，無論是在深海底，還是在人體腸道內(nèi)。我們曾經(jīng)忽略了我們身體內(nèi)那些微不足道的成員，現(xiàn)在是該拋棄這種一葉障目偏見的時候了。