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人体内的微生物正在消失?

责任编辑:tspsy-念暖发布于2019-07-02 15:10 浏览次

　　心理导读：虽然人体微生物组内的细菌不计其数、种类繁多，但现代人体内许多微生物种群已经消失。与原始部落的人相比，西方人体内的微生物多样性少了一半。许多科学家已经开始构建人类的微生物库，为子孙后代保留微生物火种。 ---www.tspsy.com

　　在委内瑞拉的亚马逊热带雨林，当地土著亚诺玛米人以木薯、棕榈芯、野生香蕉为食。这些人也仍然在使用11000年前的方法猎捕青蛙、猴子、貘（生活在东南亚和南美洲的哺乳动物）。亚诺玛米人一直传承着古老的文化，与现代化的外界隔离开来，这得以让生物学家研究工业食品与抗生素出现之前，人类的消化系统是什么模样。

　　丢失的微生物

　　2009年之前，亚诺玛米村庄还不被人所知，在研究者们偶然发现这里之后，他们从30名村民身上采集了粪便和皮肤样本。在培养和分析亚诺玛米人的粪便微生物后，科学家发现了工业化后现代人类肠道就不曾出现过的细菌种类。更令人惊讶的是，平均来说，西方人体内的微生物多样性大约只有亚诺玛米人的一半。

　　考虑到肠道菌群重要的消化和代谢功能，研究人员意识到，这座“亚诺玛米微生物宝库”可能在基础科学上具有重要意义。现代医学中，科学家认为微生物在疾病中起到了重要的作用，包括肥胖、糖尿病、炎症性肠病和痴呆症在内。这些疾病不仅缩短了人的寿命，还会加重健康系统负担（全球每年光是投入治疗肥胖的费用就高达2万亿美元）。然而，这些没有进入工业化社会的土著几乎没有此类烦恼。因此，研究人员想了解是否有哪种微生物在起作用，能不能利用这些微生物解决现代化的顽疾？

　　“城市化进程是如此之快，”美国罗格斯大学的微生物学家Maria Gloria Dominguez-Bello说，她在2015年《科学进展》上揭示了“亚诺玛米微生物宝库”，“是我们的生活方式降低了微生物的多样性。”虽然还没人完全了解亚诺玛米人中究竟是哪些神秘微生物在起作用，但她认为科学家应该先采集、保存尽可能多的微生物，为未来的突破做准备。“我们不能再等下去了，”她说，“否则，我们将失去人类曾拥有的高度多样性的微生物群……或许在过去，我们知道如何利用微生物群来改善健康。”

　　保存微生物的火种

　　就在Bello发表亚诺玛米人微生物群两年多前，她差点丢失了全部的微生物收藏：她实验室的冷冻箱里装满了珍贵的标本，都是她花费大量时间从世界各地的人身上搜集来的。当飓风“桑迪”袭击美国东海岸时，她刚从波多黎各大学搬到纽约大学，当时整个实验室被洪水淹了，并导致了停电。她及时地将这些微生物转移到长岛的另一个储藏处，才勉强保住了她的微生物库。“我是幸运的，”她说，“但也是从这一事件中我意识到，保护微生物很重要，因为它们非常脆弱。”

　　Bello在了解了世界末日种子库项目后，提出了一个问题：也许微生物在自然冷冻的条件下会更安全？世界末日种子库是一个保存植物多样性的储存设施，由挪威政府于2004年成立，坐落在距离北极大约700英里的挪威斯瓦尔巴特群岛上。种子库包含了来自全球超过100万种不同植物的种子，它们被安全地存储在一座山里，这里处于永冻土地带，能给种子提供天然的保护，此外种子库还会配上机械冷却系统。如果某些植物因环境灾难或人类农业而灭绝，这些种子可以重新拿出来复原该植物种群。Bello观察到，种子库与微生物的保存有很多相似之处。“他们在植物灭绝前就保存了种子。”

　　2018年，Bello与加州大学圣地亚哥分校的Rob Knight等微生物研究人员共同创立了“微生物库信托基金”。去年十月，他们在一篇科学文章中宣布了他们的计划，“在人类进化的至少20万年里，微生物一直在我们祖先的身上繁衍生息，然而，现在我们却弄丢了一部分，这是我们亏欠后代的。”现在，许多来自委内瑞拉、挪威、中国香港、瑞士的科学家们都参与到了微生物库这个项目中。

　　研究人员们正热情地开展这个项目。Knight说:“我来自新西兰，那里有许多物种都已经灭绝了，我清楚地认识到保护生物多样性的价值。一旦某一种群的最后一个样本死亡，那就真的无能为力了。”因此，Knight和他的同事决心要保存好微生物。他们的目标是不仅要从种子库的成功中吸取经验，也要通过自己的专业知识筛选微生物。

　　“微生物库需要建立在一个中立国家，有可靠和公正的规章制度和良好的环境来维护其运转，”Knight说。他们首先要做的就是让每个国家对微生物库放心——其不会被任何国家或公司不公平地利用。另外，微生物要保存在零下85.5摄氏度的环境下，这只能通过液氮制冷达到。目前看来，挪威和瑞士都是最佳的地点。

　　而想要建立微生物库，资金也是一项挑战。末日种子库的修建花费了900万美元，鉴于氮气制冷的复杂性更高，建造和运转微生物库的成本可能超过种子库的10倍。

　　当然，科学家在微生物库开放之前还有许多工作可以做。除了Knight和Bello，麻省理工学院的全球微生物群落保护协会（GMC）也在领导一项大型项目，他们从世界各地的一些发展中国家收集粪便样本并储存肠道微生物。目前，他们已经拥有了超过11000种菌株，并发现了60个以前未知的种属。

　　“我们期待研究小组之间能够密切合作，”Knight说，“微生物库项目将成为一个永久的微生物档案，而GMC同样也在进行相同的工作。”换句话说，GMC能够让我们更加清楚微生物做了什么，而微生物库则可以在GMC需要的时候提供出微生物样本。

　　究竟丢失了多少微生物？

　　当Bello忙于微生物库的建设时，明尼苏达大学的计算生物学家Dan Knights正在收集泰国苗族人和美国双子城苗族移民的肠道菌群。自从泰国苗族人从东南亚来到美国，他们就饱受肥胖的折磨。虽然这可能是食谱的改变导致的（吃白菜和汉堡当然是有着天壤之别），但是Knights想要了解肠道微生物的改变是否也有责任。

　　Knights的研究成果发表在了去年十一月的《细胞》上，结果很是出乎意料。“当人们搬去一个新的国家，他们体内原来的微生物开始消失，而且几乎是立刻就获得了新国家的微生物，”他说。实际上，内在的微生物群要比外在的饮食改变还要迅速，考虑到微生物群在代谢中有重要作用，这种转变或许也能解释为什么体重突然增加了。

　　目前，Bello还无法验证她研究中的微生物是不是真的这么脆弱，更不用说建立微生物库了。甚至完全可能存在这样的情况：这些亚诺玛米人也不再像十年前一样，拥有那么多样的微生物。因为医务人员曾向他们提供过抗生素，显然，除开Bello十年前第一次遇到他们时冷冻的那一批微生物，亚诺玛米人体内的微生物都会受到抗生素的影响。

　　公众现在也开始逐渐流行关注肠道健康，但Knights的研究也揭示了这里面的一些问题。比如，你可以花几百美元让某些公司对你的微生物群进行测序，他们也能提供让你保护特定类型微生物的饮食建议。这些或许能在表面上改善健康，但是对健康的促进是很有限的。因为，目前的微生物多样性的基准都来自于西方人的肠道普查，这意味着我们在接受健康建议时，已经排除掉了人体曾有的许多益生菌，我们甚至都不知道有哪些益生菌从西方人体内消失了。

　　像Bello一样，Knights也认为建立微生物库是必要的，他将其视为全球后备的肠道系统，可用于人们“提取”所需的微生物。但是Knights也将其想像成一个全球微生物图书馆。“捐赠的微生物是给未来子孙的礼物，”她说道，“这是传递基因的另一种方式，人类的基因会遗传给自己的孩子，但有一天，你的微生物组基因可能会在数百万人身上找到归宿。”

　　相关链接：肠道菌群随季节改变

　　对现存为数不多的其中一个狩猎—采集者群体开展的研究表明，生活在人类肠道中的微生物随着季节发生变化。相关成果日前发表于《科学》杂志。

　　来自“人类食物工程”的Jeff Leach及其团队用一年多时间收集了生活在坦桑尼亚的350名哈扎人的粪便样本。“人类食物工程”是一个非营利性机构，旨在研究微生物组在健康中所起的作用。他们发现，哈扎人肠道微生物组的多样性比在西方国家居民肠道中发现的高30%左右。事实上，哈扎人肠道菌群的多样性和委内瑞拉一些亚诺玛米人的相仿。后者此前被描述为拥有全世界最丰富多样的微生物组。

　　出现在两个群体中的这种多样性并没有那么令人惊奇，考虑到他们几乎不使用抗生素，也不吃加工过的食品。不过，Leach团队还发现，哈扎人的微生物组是季节性的，全年会有一个变化周期。多样性在旱季达到顶峰。此时，普雷沃氏菌变得尤其丰富。而年度波动最大的细菌通常不是出现在拥有西方生活方式的人群肠道中的菌株。

　　肠道微生物组的这些年度变化是由哈扎人饮食的周期性变化引起的。在坦桑尼亚的干旱季节，哈扎人会食用很多肉类以及薯类和来自猴面包树的水果。但在湿润季节，他们会更多地食用蜜蜂和浆果。普雷沃氏菌尤其擅长分解植物材料，因此可能在干旱季节尤其有用。

　　来自荷兰瓦赫宁根大学的Willem de Vos表示，研究人员曾在农业文化中观测到肠道微生物组的季节性变化，但关于哈扎人的最新发现是首次探测到年周期变化。他预测，微生物组可能在拥有季节性饮食的其他人群中出现循环模式，包括食用季节性产品的我们。

　　Leach还连续若干个月采用了哈扎人的生活方式，以观察他的肠道微生物组是否和他们的类似。Leach甚至为自己移植了哈扎人的粪便。尽管结果仍未公开，但如今已回到美国的Leach表示，哈扎人的一些肠道细菌已在他的体内生存下来。

　　（撰文：Jonathon Keats | 翻译：董依明 | 来源：科学人）

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