微生物獵人

勞拉·恰帕羅

由世界多國(guó)科學(xué)家參與的“地球微生物組計(jì)劃”，將盡可能地對(duì)地球微生物群落進(jìn)行取樣，以便促進(jìn)人們對(duì)微生物與人類、動(dòng)物、植物之間關(guān)系的理解。據(jù)專家估計(jì)，地球上大約有1萬(wàn)億種微生物，從人類的腸道到亞馬遜叢林，從火山口到大西洋海底……這些微生物無處不在。不過，基于種種原因，要全面鑒別這些微生物是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。

| 地球微生物組計(jì)劃 |

達(dá)爾文22歲時(shí)乘坐貝格爾號(hào)開始了一場(chǎng)環(huán)球旅行。在旅行的過程中，他采集了很多特有物種的樣本，并加以研究，這次旅行讓他發(fā)現(xiàn)了如今最具影響力的科學(xué)理論之一——自然選擇下產(chǎn)生的物種進(jìn)化論。

在差不多兩個(gè)世紀(jì)之后，一群來自世界各地的研究人員也試圖效仿達(dá)爾文，開啟一場(chǎng)環(huán)球冒險(xiǎn)。不過，這一次他們要分析和研究的生物，是肉眼看不見的微生物。這個(gè)項(xiàng)目叫“地球微生物組計(jì)劃”，啟動(dòng)于2010年，覆蓋了從北極到南極的七大洲，有來自43個(gè)國(guó)家的500多名研究人員參與其中，目前已經(jīng)收集到了27751個(gè)樣本和超過22億組DNA序列?！斑@個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)和研究結(jié)果，是面向所有人開放的?！痹擁?xiàng)目的協(xié)調(diào)員，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局研究員盧克·湯普森如是說。

新發(fā)現(xiàn)世界上仍有許多種微生物未被發(fā)現(xiàn)，一組西班牙科學(xué)家在南極考察時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)菌——假單胞菌

微生物學(xué)家杰克·吉爾伯特是這個(gè)項(xiàng)目的創(chuàng)始人之一，經(jīng)過一番調(diào)研之后，他產(chǎn)生了組建這個(gè)項(xiàng)目的想法?！拔耶?dāng)時(shí)正在研究海洋和陸地微生物的分布規(guī)律，我想知道，這些規(guī)律是否在地球上所有已知的環(huán)境中都適用?！痹谥ゼ痈绱髮W(xué)工作的吉爾伯特回憶道。如今，這一項(xiàng)目不僅研究微生物生態(tài)學(xué)是否存在普遍規(guī)律，還試圖找到一些推動(dòng)微生物多樣性和微生物生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的超級(jí)參數(shù)。

| 極端條件下也能生存 |

在寒冷的地球兩極，也有微生物的存在。當(dāng)年，年輕的達(dá)爾文還沒有機(jī)會(huì)踏上南極開展研究，但今天，科學(xué)家們可以操控各種儀器，將在南極采集到的微生物樣品添加到微生物圖譜之中。

在這個(gè)地球上最極端的環(huán)境之一——南極洲的麥克默多干谷，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)了微生物的存在。因?yàn)槠錁O低的濕度和飲用水的匱乏，麥克默多干谷被認(rèn)為是最接近火星的陸地環(huán)境，但在這片寒冷、干燥、營(yíng)養(yǎng)貧瘠的土壤中，竟然存在著大量的微生物?？茖W(xué)家們?cè)谀蠘O的土壤樣品中發(fā)現(xiàn)了23種微生物的DNA，通過重建它們的基因組，科學(xué)家們了解到，盡管缺少陽(yáng)光和水資源，這些微生物靠著一氧化碳和氫氣就能存活。

在北極，同樣也有一群科學(xué)家們?cè)谘芯课⑸锶郝?。加拿大拉瓦爾大學(xué)的生物學(xué)家科尼·拉夫喬伊遺憾地表示，此前科學(xué)界對(duì)北極微生物的研究實(shí)在是少得可憐，如果登陸“科學(xué)網(wǎng)”——一個(gè)科學(xué)論文的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，同時(shí)搜索“北極”和“微生物”這兩個(gè)關(guān)鍵詞，只有353篇學(xué)術(shù)論文，但搜索“北極”和“魚”，就有4271篇論文，“北極”和“北極熊”有770篇論文。對(duì)此，拉夫喬伊表示：“北極至少有數(shù)百萬(wàn)種微生物，需要有更多人來研究和關(guān)注北極的微生物?！?/p>

專家發(fā)現(xiàn)，在北極的凍土層中儲(chǔ)存著大量有機(jī)碳，隨著全球變暖，這些凍土層一旦融化，土壤中的微生物就會(huì)將有機(jī)碳降解轉(zhuǎn)為甲烷和二氧化碳等溫室氣體，加劇氣候變暖。同時(shí)，北極的凍土層一旦解凍，各種封閉在凍土層中的細(xì)菌和病毒也會(huì)復(fù)活，將對(duì)人類和其他生物的健康造成威脅。

| 微生物與人類的關(guān)系 |

“地球微生物組計(jì)劃”正在對(duì)世界各地發(fā)現(xiàn)的微生物進(jìn)行DNA測(cè)序，專家們希望通過獲取微生物的遺傳信息，找到微生物是如何進(jìn)化的線索。對(duì)此，該項(xiàng)目的聯(lián)合創(chuàng)始人，美國(guó)加州大學(xué)微生物群研究中心的羅布·奈特表示：“這是一項(xiàng)非常艱難的工作，因?yàn)槲⑸锏倪M(jìn)化過程至少有數(shù)百萬(wàn)年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了科學(xué)家們的研究周期。”

除了研究不同生態(tài)系統(tǒng)中的微生物之外，科學(xué)家也沒有忘記研究微生物和人類的關(guān)系。記者凱瑟琳·麥考利夫的《我是我自己和我身上的寄生蟲》一書中寫道，據(jù)估計(jì)，人體表面和內(nèi)部至少有100萬(wàn)億個(gè)微生物，包括細(xì)菌、真菌、寄生蟲、病毒和其他微生物。更可怕的是，這些微生物在某種程度上都影響著人們的生活。

不斷豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)迄今為止，“地球微生物組計(jì)劃”項(xiàng)目已經(jīng)收集到了超過22億組DNA 序列。下圖中，正在記錄數(shù)據(jù)的就是杰克·吉爾伯特，這一項(xiàng)目的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，他正在美國(guó)長(zhǎng)島的一個(gè)葡萄園里采集樣

| 肥胖和過敏癥都與微生物有關(guān) |

人體內(nèi)有超過人體細(xì)胞數(shù)十倍的細(xì)菌，它們主要生活在我們的腸道里，這些細(xì)菌雖然不能直接改變我們的基因，但能影響我們的情緒、行為和健康。有研究顯示，人們的肥胖癥和過敏癥都和微生物有關(guān)。

肥胖是一個(gè)熱門的公共衛(wèi)生話題，據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，自1975年以來，世界肥胖人口數(shù)量已經(jīng)翻了三番，肥胖癥如今困擾著至少13%的人口。意大利那不勒斯大學(xué)的帕烏拉·皮歐米諾發(fā)現(xiàn)，肥胖癥患者腸道和唾液中的菌群，都和一般人有所不同?！翱谇粌?nèi)的各種感覺，包括對(duì)食物味道和質(zhì)地的感覺，都會(huì)受到唾液的調(diào)節(jié)。”皮歐米諾對(duì)此解釋道。根據(jù)她的研究，肥胖癥可能和唾液中感知食物的微生物有關(guān)。

過敏癥也困擾著全世界至少20%的人口，過敏的發(fā)生和人類的免疫系統(tǒng)有著直接聯(lián)系，而免疫系統(tǒng)的主要功能，就是管理人體與微生物的關(guān)系。倫敦大學(xué)微生物學(xué)教授格雷厄姆·魯克介紹道：“當(dāng)我們的免疫系統(tǒng)對(duì)無害的外來物質(zhì)做出過度反應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)過敏，當(dāng)免疫系統(tǒng)對(duì)身體做出錯(cuò)誤反應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)自體免疫性疾病?！彼?，過敏癥和自體免疫性疾病發(fā)病率的上升，問題都出在我們自身的免疫系統(tǒng)。

母乳中的微生物嬰兒每天都要攝入約500 到800 毫升的母乳，包含10 萬(wàn)到1000 萬(wàn)個(gè)細(xì)菌，這其中最常見的是葡萄球菌（小圖）、鏈球菌、腸球菌、乳球菌、乳桿菌和明串珠菌。

魯克教授表示，已有大量的科學(xué)研究證實(shí)，接觸一些非致病性的微生物（如一些無害的細(xì)菌和寄生蟲），能夠幫助我們防止過敏等免疫性疾病的產(chǎn)生。這些對(duì)我們有益的微生物主要分布在兩個(gè)地方：一是我們所處的環(huán)境，在空氣、土壤、飲食和我們?nèi)粘＝佑|的物品中，密布著各類微生物，其中絕大多數(shù)對(duì)我們是無害的;二是在我們自己身上，包括我們的皮膚表面和身體內(nèi)部（包括消化道、呼吸道等）的各種黏膜表面。

專家建議，在生命早期就應(yīng)該接觸無害微生物，幫助我們建立免疫系統(tǒng)的耐受力，以減少對(duì)無害外來物質(zhì)或自身發(fā)生反應(yīng)，從而減少過敏和自體免疫性疾病的發(fā)生。但是隨著人類現(xiàn)代化的進(jìn)程，我們現(xiàn)在的生活方式發(fā)生了巨大的改變，這導(dǎo)致我們的免疫系統(tǒng)和一些無害的微生物被人為地隔離了，現(xiàn)代人的免疫系統(tǒng)也因此更容易出現(xiàn)紊亂。

比如，剖腹產(chǎn)出生的嬰兒，就無法像順產(chǎn)的嬰兒一樣，從母親的產(chǎn)道獲取有益微生物。同樣，沒有喝過母乳的嬰兒，也無法從母乳中獲取母體的有益微生物。所以，魯克教授建議父母要從小給孩子一些接觸無害微生物的機(jī)會(huì)，包括順產(chǎn)、母乳哺育，多在室外活動(dòng)，多與其他孩子接觸，以及不要對(duì)日常生活里接觸的東西過分消毒，尤其不要過度使用抗生素。因?yàn)?，在生命早期接觸無害微生物，對(duì)人體免疫系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要，這種影響將會(huì)一直持續(xù)到人成年以后。

| 孤獨(dú)不利于健康 |?

“多與人交往可以傳播和交換微生物群，那些獨(dú)來獨(dú)往的人身上的微生物群落較為單一，可能對(duì)健康不利。”魯克教授補(bǔ)充道，“能豐富我們身上微生物多樣性的活動(dòng)有很多，比如多和動(dòng)物接觸，多到外面走走，遵循多樣均衡的飲食習(xí)慣，都可以豐富我們的腸道微生物群?！?/p>

根據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，每150名兒童中就有1名自閉癥患兒。目前，對(duì)自閉癥的有效療法包括行為療法、社會(huì)療法、藥物療法和飲食療法，對(duì)自閉癥的最新研究顯示，微生物療法或許能給患者帶來新的希望。

糞便可治病微生物生態(tài)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，通過口服含有健康糞便中提取物的藥丸，可以使有益細(xì)菌移植入患者腸道，以此來治療一些腸道疾病。

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的羅莎·布朗博士表示：“我們發(fā)現(xiàn)，30%～50%的自閉癥患者都有慢性腸胃問題，主要是便秘或腹瀉，腸胃不適會(huì)導(dǎo)致患者煩躁，注意力無法集中，因而對(duì)行為產(chǎn)生負(fù)面影響。如果能解決這些腸胃問題，他們的行為就會(huì)改善。”

改善情緒的細(xì)菌對(duì)鼠李糖乳桿菌的最新研究表明，它具有一定的抗抑郁和抗焦慮作用。

亞利桑那州立大學(xué)的研究小組對(duì)比了自閉癥兒童與正常發(fā)育兒童的微生物組差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患有自閉癥兒童的腸道微生物多樣性較低，這導(dǎo)致他們體內(nèi)有益細(xì)菌，如雙歧桿菌和普氏菌也較少。研究人員通過對(duì)部分自閉癥兒童進(jìn)行腸道清潔、胃酸抑制和糞便微生物群移植后發(fā)現(xiàn)，他們的胃腸道癥狀和自閉行為癥狀都得到了改善。在治療停止兩年后，這些自閉癥兒童的胃腸道癥狀平均減少了一半，自閉癥狀也在緩慢而穩(wěn)定的改善中。不過，還需要更多的研究來驗(yàn)證微生物在治療自閉癥方面的有效性，研究團(tuán)隊(duì)也在繼續(xù)優(yōu)化治療的劑量和持續(xù)時(shí)間。

“發(fā)現(xiàn)微生物群的潛力，是本世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最重要的挑戰(zhàn)之一，”倫敦大學(xué)微生物學(xué)教授格雷厄姆·魯克說道，“像地球微生物組計(jì)劃這樣的項(xiàng)目，就是要增進(jìn)我們對(duì)微生物的了解，同時(shí)也讓我們知道，人類在這數(shù)萬(wàn)億種微生物面前是多么的渺小?！?/p>

[譯自西班牙《真有趣》]

責(zé)任編輯：劉婷