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華盛頓大學(xué)基因組研究中心對(duì)新生兒的大便很感興趣,。新生兒排泄物能夠用來(lái)研究壞死性小腸結(jié)腸炎，這是一種腸道疾病,，黏膜甚至腸深層都會(huì)壞死,，5%的早產(chǎn)兒死于此病。以往人們認(rèn)為這種病和細(xì)菌感染有關(guān),，是一種傳染病,，目前已經(jīng)證實(shí)它和一種微生物有關(guān)，這種微生物破壞了腸道菌群和人體之間的平衡而致病,。為了進(jìn)一步證實(shí)這種看法,，華盛頓大學(xué)的研究人員希望在新生兒大便中找到一個(gè)不正常的菌落組合，提示什么嬰兒將出現(xiàn)這種疾病,。
這個(gè)研究是“國(guó)際人類微生物組聯(lián)盟”（IHMC）工作中的一部分,，他們的目標(biāo)是分析人體健康和疾病狀態(tài)下人和微生物之間的關(guān)系。“這會(huì)改變我們對(duì)人體內(nèi)寄生微生物的認(rèn)識(shí),，人們將會(huì)認(rèn)識(shí)到我們盡最大努力用抗生素等藥物來(lái)消滅的微生物是我們的朋友,，而非敵人,。事實(shí)上，我們和這些微生物密不可分,，它們能幫助訓(xùn)練我們的免疫系統(tǒng),，提高我們的消化能力。我們每個(gè)人都是一個(gè)巨大而復(fù)雜的人類生態(tài)系統(tǒng)的一部分,，與其說(shuō)你是一個(gè)人,，不如說(shuō)是一個(gè)人和微生物結(jié)合的超級(jí)有機(jī)體。”倫敦帝國(guó)理工大學(xué)的杰里米·尼克爾森（JeremyNicholson）教授這樣告訴本刊記者,，他一直在從事人體微生物的研究。
“超級(jí)有機(jī)體”這個(gè)觀點(diǎn)讓研究人員必須從整體上研究人類生物學(xué),。以壞死性小腸結(jié)腸炎為例,，如今可以把它看成一種生態(tài)災(zāi)禍，也就是各種微生物之間相互合作失調(diào)的結(jié)果,。同樣,，節(jié)段性腸炎以及更常見(jiàn)的肥胖和糖尿病，可能都和腸道生態(tài)系統(tǒng)失衡有關(guān),。“肥胖和糖尿病越來(lái)越流行,，這提示我們內(nèi)部的生態(tài)系統(tǒng)受現(xiàn)代生活方式的威脅，對(duì)我們的健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,。在不久的將來(lái),，我們對(duì)自身體內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的擔(dān)心，不亞于我們擔(dān)心地球生態(tài)系統(tǒng)的失衡,。”尼克爾森說(shuō),。
微生物學(xué)家研究人體生態(tài)群落的時(shí)候喜歡用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。“這不足為奇,，微生物的數(shù)量非常巨大,。差不多每個(gè)人都是100兆微生物的家，其中大部分是細(xì)菌,，少部分是病毒,、真菌、原生動(dòng)物和古細(xì)菌,。”尼克爾森說(shuō),。在這個(gè)人體和微生物組成的超級(jí)有機(jī)體中，你是少數(shù)派,，微生物細(xì)胞的數(shù)量和你自身細(xì)胞的數(shù)量比是10比1,。它們無(wú)處不在，在腸道,、口腔,、皮膚黏膜和生殖器,，無(wú)所不在。人生只有一個(gè)階段和微生物絕緣,，那就是子宮內(nèi)的胎兒,。從細(xì)胞數(shù)量角度來(lái)說(shuō)，你出生時(shí)是100%的人,，死亡時(shí)是90%的微生物,。“在人生的漫長(zhǎng)階段中，你和一大群微生物共存,，理解這一點(diǎn)能更好地幫助我們認(rèn)識(shí)自己,。”
微生物殖民最復(fù)雜的地方就是腸道，那里聚集了人體大量的微生物,。正常分娩時(shí),，嬰兒會(huì)沾染上母親陰道和排泄物中的微生物；而剖腹產(chǎn)出生的嬰兒,，第一時(shí)間獲得的微生物則來(lái)自于最初接觸他們的人的雙手,。在嬰兒出生的最初幾個(gè)月，腸道菌群會(huì)經(jīng)歷幾次巨大的變化,，不同種類的菌群在那里生根發(fā)芽,。到3歲時(shí)，成熟的腸道生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)形成,，大多數(shù)菌落都駐扎在結(jié)腸,。研究人員發(fā)現(xiàn)，約有1000多種微生物居住在不同的人體內(nèi),，每一個(gè)人都攜帶有其中的幾百種,。具體的不同可能和基因組成、生活方式,、環(huán)境和飲食有關(guān),。
4月20日，歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室在《自然》雜志發(fā)表了一個(gè)最新研究,。他們分析了歐洲,、美國(guó)、日本等地400多人的腸道菌群,，發(fā)現(xiàn)人類有三種不同的腸道類型,，被稱為“菌型”（enterotypes），任何人基本都是其中的一種,。這種分類的形成可能因?yàn)閶雰簳r(shí)期某些種細(xì)菌率先占據(jù)腸道,，這些率先入侵者會(huì)改變腸道，使得后來(lái)者僅限于它們的同黨,。
至于不同腸道類型有什么不同,？研究說(shuō),，不同類型的區(qū)別在于細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)中酶的平衡狀態(tài)，比如說(shuō),，“菌型1”中細(xì)菌大多為擬桿菌屬（Bacteroides）,，有更多合成維生素B7的酶，而“菌型2”大多為普氏菌屬（Prevotella）,，更善于合成維生素B1,。不過(guò)，這種不同對(duì)健康的影響尚不明確,。
“我們要嚴(yán)肅對(duì)待我們體內(nèi)的小動(dòng)物園,。一個(gè)平衡并且健康的腸道幫助我們保留抵抗疾病的微生物，也和免疫系統(tǒng)的發(fā)展有關(guān),。”尼克爾森告訴本刊記者,。嬰兒獲取一些細(xì)菌，人體的免疫系統(tǒng)想要清除這些細(xì)菌,，而有些細(xì)菌卻存活下來(lái),。腸道菌群會(huì)刺激人體腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育,，并且不斷“訓(xùn)練”它,，讓它增加“分辨敵我”的能力。它還和防止人體過(guò)敏有關(guān),，經(jīng)過(guò)腸道菌群合理“訓(xùn)練”的人體免疫系統(tǒng)不會(huì)輕易做出過(guò)激的反應(yīng),，也就是說(shuō)讓人“過(guò)敏”。實(shí)驗(yàn)表明,，在缺乏腸道微生物的老鼠中,，免疫系統(tǒng)不能徹底成熟，對(duì)很多致病分子無(wú)法做出免疫反應(yīng),。而且在這種老鼠中,，小腸內(nèi)壁的微絨毛發(fā)育也不正常，微絨毛能夠增加腸道和食物的接觸面,，促進(jìn)吸收,。
實(shí)際上，每個(gè)人都在和自己的腸道細(xì)菌共同演化,，最后達(dá)到一種平衡,，這種平衡包括菌群和人體環(huán)境之間，菌群內(nèi)多個(gè)菌層之間的相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡,。一旦這種平衡被打破,，比如大量服用抗生素或化學(xué)藥物、高脂高蛋白飲食,、出現(xiàn)焦慮煩躁的情緒等,，菌群的種類與數(shù)量發(fā)生明顯的改變,，于是菌群失調(diào)，某些原不致病的細(xì)菌就會(huì)失去控制大量繁殖,，或離開(kāi)原定居的部位擴(kuò)散到身體其他部位,，如大腸桿菌進(jìn)入呼吸道可引起咳嗽、咳痰,，甚至肺炎等,。因此，維持菌群的平衡非常必要,。
“很多研究支持了我們的看法,，我們的腸道微生物集體行動(dòng)，是一個(gè)額外的,、有著自身功能的器官,。但是要想弄明白這些腸道微生物如何進(jìn)行確切的相互作用是一件非常困難的事情，它們數(shù)量龐大,，大部分無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng),。”尼克爾森說(shuō)?；蚪M技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種情況,，從樣本里直接提取DNA進(jìn)行測(cè)序的方法，幫科學(xué)家建立了一個(gè)美好的前景——我們體內(nèi)究竟是怎樣的,？目前已經(jīng)知道,，人類的結(jié)腸由兩個(gè)主要的細(xì)菌門類支配，壁厚菌門和擬桿菌門,，此外還有少數(shù)的變形菌,，一小部分真菌和原生動(dòng)物，不過(guò)對(duì)此知之甚少,。
基因組研究催生了一種稱為“元基因組學(xué)”的研究方法,，這個(gè)方法不同于傳統(tǒng)著眼于單個(gè)有機(jī)體的基因組研究，它通過(guò)收集生態(tài)系統(tǒng)中所有的基因,，建立一個(gè)整體的“元基因組”,。“人體腸道元基因組計(jì)劃”（MetaHIT）中有一部分的參與者患有腸道炎癥，例如潰瘍性結(jié)腸炎,。之前的研究顯示這一組人的腸道細(xì)菌種類的多樣性較低,。果然，在“人體腸道元基因組計(jì)劃”研究中顯示,，他們比正常人少25%的微生物基因,。去年，“人體腸道元基因組計(jì)劃”在3月4日出版的《自然》雜志發(fā)表文章說(shuō),，他們研究了124名歐洲人的排泄物,，發(fā)現(xiàn)了330萬(wàn)不同的微生物基因,，是人類基因組2萬(wàn)個(gè)基因的15倍，于是研究人員呼吁腸道系統(tǒng)可被視作人類的“第二基因組”,。
這些基因是做什么的呢,？“很多用來(lái)彌補(bǔ)人體自身基因組新陳代謝的不足，如果沒(méi)有腸道菌群的幫助,，我們將無(wú)法合成足夠的維生素B,，更不要說(shuō)維生素K。除此之外,，微生物還發(fā)揮著許多其他作用,。例如，它們包含的一些基因能將復(fù)雜的碳水化合物轉(zhuǎn)化為一種叫做短鏈脂肪酸的簡(jiǎn)單分子,，這種脂肪酸大概占我們能量總需求的5%～15%,。它們還有一些重要基因，可以幫助我們分解植物纖維素以及復(fù)合的糖類,，例如水果和蔬菜中發(fā)現(xiàn)的膠質(zhì),。如果沒(méi)有它們幫忙，我們將無(wú)法消化食物,。”尼克爾森說(shuō),。
“那種認(rèn)為腸道菌群在我們身體的生物化學(xué)調(diào)節(jié)中起不到什么作用的想法已經(jīng)過(guò)時(shí)了，腸道菌群非常重要,。”尼克爾森告訴本刊記者,，他甚至發(fā)現(xiàn),，人體的腸道菌群影響著人體對(duì)止痛藥撲熱息痛的代謝和反應(yīng),。“人體腸道元基因組計(jì)劃”也發(fā)現(xiàn)微生物基因參與代謝藥物和其他非飲食化合物，例如毒素和食物添加劑,?？磥?lái)，今后制藥公司在研究新藥的時(shí)候,，需要把我們的微生物元基因組以及人體基因組都考慮進(jìn)去,，醫(yī)學(xué)將變得越來(lái)越復(fù)雜。 文/曹玲
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