我們身上神秘的微生物群

淺草

最近發(fā)現(xiàn)的一種超小型細菌，最下方是普通細菌。

“什么？在我們自家的一畝三分地里還藏有神秘的生物？”看到這個題目你可能會叫起來。因為在很多人看來，人的身體里里外外都已被醫(yī)生、科學家研究透了。要找神秘未知的微生物，非上天入地不可。

但是，錯啦！人體的秘密似乎到現(xiàn)在都還沒有窮盡。不信嗎？那就請往下讀。

美拉娜菌：與光合作用的進化有關

差不多有39萬億個微生物寄生在人的體內和體表，而人體細胞才只有30萬億個。我們的皮膚每平方厘米上生活著10億個細菌。單寄生在人類腸道中的微生物種類就多達2000種（具體到每個人，只有這個數(shù)字的1/10左右）。多年來，我們一直認為它們是有害的，但現(xiàn)在我們知道了，許多實際上是我們的盟友，與我們的健康密切相關。

直到幾十年前，微生物學家都必須在實驗室中培養(yǎng)，然后才能鑒定和研究它們。然而，絕大多數(shù)人體內的微生物不能在體外培養(yǎng)，因此嚴重限制了他們的研究范圍。今天，他們另辟蹊徑，發(fā)明了元基因組測序來解決這個問題。

元基因組測序用微生物的DNA來識別它們——即使它們不能離體培養(yǎng)。例如，從人類糞便樣品中，科學家對幾乎所有DNA片段進行測序，把序列信息先儲存在電腦中，然后通過軟件把它們一段一段拼接（虛擬拼接）回去，重建整個基因組。得益于這種技術，科學家在我們體內又發(fā)現(xiàn)了很多之前未知的微生物。

這些新發(fā)現(xiàn)真是出乎意料。例如，2013年美國的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，我們的腸道內寄生著一種叫“美拉娜菌（美拉娜是希臘神話中黑暗水域女神的名字）”的全新微生物，它是藍藻（或叫藍細菌）的近親。

在進化史上，藍藻是最早出現(xiàn)的進行光合作用、制造氧氣的單細胞生物，也是迄今所知唯一進行光合作用的微生物。它對于復雜生命的進化至關重要。譬如，植物之所以能進行光合作用，是因為它們將藍藻融入其細胞中，變成了一個細胞器——葉綠體。這項進化史上的創(chuàng)舉改變了地球的大氣，為復雜生命（包括我們）的進化鋪平了道路。但是藍藻本身是如何進化來的仍是個謎，所以科學家一直在尋找與其相關的微生物，而美拉娜菌或許可填補這一空白。對其初步的研究表明，光合作用在生命史上出現(xiàn)得相對較晚。

更重要的是，美拉娜菌還可能在人類健康中發(fā)揮重要作用。2018年的一項研究表明，帕金森癥患者腸道中的美拉娜菌比正常人要少。

人體上發(fā)現(xiàn)超小型細菌

就個頭而言，美拉娜菌還屬于正常的細菌，但我們體內還寄生著一大類超小型的細菌，它們在生命樹上甚至有獨立出來、自成一家的可能。

目前，生命樹主干上的三個分支是：細菌、古細菌和真核生物。這三個分支的生物在我們身上都不缺。

細菌是我們身上最多的一種微生物，常見的有大腸桿菌、乳酸桿菌等。

古細菌表面上看起來像細菌，實際上卻屬于一個獨特的門類，常見于一些極端環(huán)境（如高溫的熱液）?？茖W家一度認為像人體這樣溫和的環(huán)境，不太可能成為古細菌的棲息地，但2018年的一項研究表明，古細菌在人類闌尾和鼻腔中跟細菌一樣豐富。

細菌和古細菌的體內沒有成形的細胞核，所以又叫“原核生物”。細胞中有成形的細胞核的生物統(tǒng)稱為“真核生物”。所有動、植物和真菌都屬于真核生物。一些寄生蟲，像鉤蟲、線蟲、蛔蟲會寄生在我們體內，臉部和頭上則寄生著螨蟲，所以我們身上也不缺真核生物。

但是最近一些年的研究表明，獨立于細菌、古細菌和真核生物，生命樹的主干似乎還存在著第四個分支，而這一分支的神秘微生物也同樣存在于我們身上。

早在2010年，一個研究小組在人類的口腔中發(fā)現(xiàn)了兩種罕見的細菌，TM7和SR1。后來發(fā)現(xiàn)，它們也存在于我們的腸道中。當拼湊出它們完整的基因組時，科學家驚訝地發(fā)現(xiàn)，它們的基因組都非常小，只及大腸桿菌基因組的四分之一?；蚪M小，意味著所含基因少。它們的基因少到如此的程度，甚至缺少一些被公認為是獨立生命必需的基因。這意味著，它們只能寄生在其他細菌上，由別的細菌提供給它們自己無法制造的東西。

我們之前只聽說過病毒需要寄生在細菌上，細菌寄生在細菌上可能還是頭一回聽說！

此后，科學家在自然界又發(fā)現(xiàn)了更多的小基因組細菌。最近幾年，我們對這些奇怪的細菌有了更多的了解。在電子顯微鏡下觀察，它們中有些個頭實在太小了，不超過0.1微米（細菌的大小一般在0.5～1微米之間）。我們知道，一個細胞要想正常工作，體積不能太小;太小，就容納不下生存所必需的“設備”了。而這些超小型細菌的尺寸就已經小到了極限。

對于這些細菌中的“小布丁”，該不該在生命樹的主干上為它們另立一個分支，科學家們還有爭議。目前它們被歸到細菌的“潛在門分支（CPR）”?！皾撛凇钡囊馑际撬鼈儠簳r被歸到細菌一類，但未來有另立門戶的潛在可能。尤其重要的是，這些細菌“小布丁”種類是如此豐富：它們占到了細菌種類的一半左右。

在人體內，我們目前發(fā)現(xiàn)了三種不同類型的CPR細菌：TM7、SR1和GN02。在人的口腔、腸道、陰道和皮膚上都能找到它們的蹤影。對4.8萬年前尼安德特人牙石的研究表明，它們也存在于尼安德特人身上。

細菌“小布丁”影響我們的健康

這些細菌在我們身體上到底做什么？答案現(xiàn)在開始浮現(xiàn)了，而且似乎不妙。在健康人身上，CPR細菌在微生物群中所占比例通常不超過1%，但在患有某些疾病的人中它們的比例就高了。比如，在患有嚴重牙齦疾病的人中，20%的口腔微生物群都是CPR細菌。

那么，它們的大量存在是導致疾病的原因，還是疾病導致的結果呢？為了回答這個問題，美國生物學家麥克萊恩領導的一個小組在實驗室成功培養(yǎng)出一種從人類口腔中提取的TM7菌株——TM7X，使得在顯微鏡下研究這種微生物成為可能——我們說過，這些細菌“小布丁”離開身體是很難培養(yǎng)的，所以TM7X迄今仍是唯一離體培養(yǎng)成功的CPR細菌。

研究人員發(fā)現(xiàn)，只有當TM7X和一種叫做“齒突放線菌”的口腔細菌（這種細菌的過度繁殖會引起炎癥）一塊時，他們才能對TM7X離體培養(yǎng)。在顯微鏡下的研究揭示了為什么兩者必須一起生長：微小的TM7X原來只有寄生在較大的齒突放線菌表面才能存活。

有趣的是，當齒突放線菌被TM7X寄生之后，齒突放線菌會獲得躲避人體免疫系統(tǒng)“偵察”的能力。這可能有助于解釋CPR細菌與包括牙齦炎和腸炎在內的疾病之間的聯(lián)系。這些病都是由細菌引起的。也許這些細菌被CPR細菌寄生后，免疫系統(tǒng)很難發(fā)現(xiàn)它們，所以就能快速繁殖，從而引發(fā)炎癥。

可是另有證據表明，TM7X也能殺死齒突放線菌。

微生物之間這種相互依賴又相互制約的復雜關系，甚至有可能幫助我們找到治療疾病的新方法。譬如，對于細菌引起的疾病，我們現(xiàn)在一般都使用抗生素。但抗生素是一種粗暴的藥物，既會殺死有害的細菌，也會傷及有益的微生物。如果我們利用微生物之間這種微妙的關系，“以微生物控制微生物”，也許會取得更好的療效。

總之，CPR細菌的發(fā)現(xiàn)，不論對于拓寬我們對生命的認識，還是對于治療疾病，都是一個巨大的驚喜，其潛在的影響才剛剛開始。

拓展閱讀

人體“動物園”

我們的身體簡直就是微小生物的“動物園”，它們影響我們的健康，甚至精神狀態(tài)。以下簡單介紹幾種。

睫毛螨

螨是一種蠕形的微小動物，形狀像八條腿的鼻涕蟲。它們是蜘蛛的近親，最長只有0.4毫米。它們通常生活在我們的臉上和頭上。它們會導致皮膚問題，如酒糟鼻。

肥胖細菌

每個人的人體腸道內平均含有160種細菌，總重量約1.5千克。在西方人群中，以厚壁菌和擬桿菌類細菌為主。它們分解碳水化合物，制造必需的營養(yǎng)素，如維生素B。肥胖者的厚壁菌似乎高于正常水平，而擬桿菌則低于正常水平。

死亡微生物群

包括艱難梭菌（可引起腹瀉）和肉毒梭菌（可引起肉毒桿菌中毒）在內的細菌屬于“死亡微生物群”，它們在活人體內也存在，在人死后則基本上是它們的世界了。

改變你主意的微生物

你的腸道細菌可能會影響你的精神狀態(tài)：抑郁癥患者的腸道微生物群中糞球菌和瘤胃球菌的數(shù)量都低于正常水平。

阿爾茨海默氏菌

牙齦卟啉單胞菌是引起牙齦疾病的主要細菌之一，有證據表明，它們在引起老年癡呆癥中也起到很大的作用。