中财网生产队解散是什么时间:人体，微生物的王国
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/07/08 16:01:36
人体，微生物的王国 2011年12月11日08:23
鼻孔、手指脚趾之间、皮肤皱褶的地方分布着大量汗腺。这些较潮湿的地方和前额、前臂等干燥的地方生活着截然不同的菌群。
现在，就在你的身上生活着200万亿个微生物，包括细菌、病毒和真菌
在杜克大学医学中心的危重婴儿护理室，早产儿躺在成排的保育箱中，到处是呼吸器和监视器。父母手里拿着一包包的母乳，看着他们的宝宝。新生儿学专家苏珊·拉图加正在查房。她每天都要和护士、营养学家和药剂师们讨论治疗方式。有婴儿早产了17个星期，重仅有1磅。
在下班前，拉图加在一个大冰箱前停下，拿出婴儿的大便样本检查。这是一项大型新研究的重要程序。在杜克大学校园内，技师们准备用强大的基因测序工具对这些样本进行分析，试图揭示每个婴儿肠道中的隐藏的微生物世界。
包括拉图加在内的多位杜克大学医学专家正和微生物生态学家们合作研究人体微生物群系———居住在人身上，尤其是肠道中的庞大微生物群落，包括细菌、真菌和病毒。寄生于人体的微生物的数量是人体细胞数量的20倍，一个成年人身上有超过200万亿个微生物，每个人身上寄生着至少1000种不同种类的微生物。从微生物的角度看，与其说人是一个独立的生物体，不如说是一个由众多生态系统构成的超级有机体，每个生态系统中都生活着对我们的健康至关重要的微生物。拉图加说：“我们希望，如果能够了解健康婴儿身上的微生物群落，那么就能操控不健康婴儿的微生物群落。”
杜克大学的研究只是过去5年中开始的多个人体微生物研究项目之一，它们都采用先进的基因测序技术来探索微生物多样性对人体健康的影响。其中最大的两个项目分别是美国国家卫生研究院的“人体微生物研究计划”和欧盟的“人类肠道宏基因组计划”。虽然这些组织才刚刚开始发表他们的研究结果，但寄生于人体的微生物群落显然比人们想象的更加复杂，对人类健康的影响也更重大。了解并控制人体寄生微生物的多样性，而不是简单地用抗生素将它们杀死，也许是未来医治一些棘手疾病的关键。
只是在最近几年，由于基因测序技术的发展，对人体菌群的深入分析才成为可能。这种测序技术和让科学家准确快速地识别人体基因组D N A的技术是一样的。“基因测序让我们认识到这些菌群到底有多么复杂。”杜克大学的儿科传染病专家帕特里克·希德说。他是早产儿研究的领导人之一，正在和生物学家罗伯·杰克逊合作。(南方都市报www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyM
在基因测序的价格下降到合理水平之前，要识别人体细菌首先需要在实验室中培养这种细菌。“但并非所有的细菌都能生长在培养液中，”拉图加说，“用这种方法只能识别20%的肠道寄生菌。”
像一片茂密的热带雨林，寄生于人肠道的微生物构成了一个多样性的生态系统，只有当所有相互依靠的物种都健康时，这个系统才会健康繁荣。“从生态学的角度，无论在陆地还是海上，物种较丰富的生态系统更加健康，”杰克逊说，“没有哪一个物种占据主导地位，这样的生态系统更高产，更能够对抗外界变化。”这不只是一种方便的类比。杰克逊曾经到世界各地研究微生物群落，包括亚马孙森林，他逐渐意识到，在这些环境中的生态平衡与人类肠道中的生态平衡本质上并没有太大差别。（他意外地发现，生活在美国大草原上的微生物群落比亚马孙热带雨林中的更具生物多样性。）
杰克逊对于微生物多样性的研究引起了希德的注意。希德早已对早产儿肠道微生物产生兴趣，但不具备生态学的专业知识。他找到了杰克逊，两人决定开始合作，发起“早产儿微生物研究计划”。多名杜克大学的医学专家和生态学家加入了该研究项目。他们希望了解新生儿体内主要寄生着哪些微生物？它们如何受到母乳喂养的影响？它们对婴儿常见疾病以及成年后的慢性疾病的形成有什么影响？
“对于传染性疾病的传统观点认为，一种单一有机体入侵人体，导致感染，”希德说，“但是，我们后来发现，某些疾病，比如肠易激综合征，似乎就是由于微生物的失衡导致。于是有人就问。‘其他一些健康问题会不会也是由同样的原因造成’。”其他研究团体———同样由生物医学和微生物生态学研究者组成———的初步研究显示，过敏、糖尿病和肥胖也可能和微生物的失衡有关。
生态学家和生物医学家的合作为人体微生物研究领域的一大特色。马萨诸塞州福塞斯研究所的微生物生态学家梵嘉·克勒帕克-瑟拉吉说：“生物医学家们了解疾病，因此他们知道疾病的源头，生态学家了解生物系统的复杂性和多种机体的互动。”
克勒帕克-瑟拉吉和密歇根州立大学的生态学家布莱恩·毛雷尔合作，研究囊肿性纤维化，发现微生物多样性对染病肺部的重要性。囊肿纤维化可导致肺部粘液的堆积，形成微生物滋生的温床，最终导致病人易发肺部感染。但是，对45位病人的研究发现，当呼吸道生活的微生物群落较多样化的时候，不太容易滋生绿脓杆菌———一种标志晚期囊肿性纤维化的重要病菌。毛雷尔说：“微生物的多样性标志着健康，即使在患病的肺部依然如此。”
人体微生物研究违背人们的直觉。多数人———甚至包括很多科学家———都认为微生物与疾病而非健康相关。当然，并非所有的微生物都是有益的。婴儿尤其容易患上因胃肠道细菌感染导致的疾病，其中包括败血症，慢性腹泻和坏死性肠炎———一种肠壁感染，也是导致早产儿死亡的主要原因之一。长期以来，抗生素一直是对抗这些危险的细菌的首选，但是很多研究者对于现代医学对抗生素的严重依赖感到担忧。毕竟，寄生于人体的很多微生物是无害甚至有益的。“金黄色葡萄球菌和大肠杆菌寄生于我们所有人身上，但是它们并不总是惹麻烦。”杰克逊说，“关键在于平衡。平衡的肠道菌生态系统可以抵消少数坏分子的破坏力。”(南方都市报www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyM
“早产儿微生物研究计划”是了解我们如何获得健康、平衡的菌群的重要一步。研究者知道，新生儿在产道中获取大约100种微生物，其他来自出生后与母亲的皮肤的接触。随着与外界接触的增加，更多的微生物来自医生、护士、父亲、亲戚和家庭宠物。当婴儿长到6个月大时，他或她将获得约700种微生物，到3岁时，每个孩子的身上微生物群构成都是独一无二的，就像指纹。
杜克大学研究的婴儿中多数是剖腹产接生的婴儿，通常是因为母亲或孩子受到感染，或是因为母亲患有怀孕导致的高血压而不能自然生产。由于他们没有经过产道，“这些孩子来到这个世界上几乎就像一张白纸，不携带任何的微生物，”希德说，“这让我们有机会研究这套系统是如何形成、工作的。”
这项研究还让科学家有机会了解抗生素对微生物群落形成的影响。“由于害怕感染，多数早产儿在出生后立刻被注射抗生素，”拉图加说，“但是，随着研究深入，我们越来越发现抗生素具有多种风险。”
大剂量使用抗生素可导致耐药反应，现在研究者怀疑，抗生素还可能打破微生物群落的平衡，导致疾病恶化。杜克研究项目的另一位新生儿病学家迈克尔·科腾分析了全美19所医院对4039名早产儿的抗生素治疗过程，发现长期使用抗生素可增加坏死性肠炎甚至死亡的风险。抗生素还可能阻止有益菌群落在新生儿体内形成。
去年，斯坦福大学的微生物学家大卫·雷曼发表了一份研究报告，说明了抗生素对于微生物群的巨大冲击。他给3名健康成年人服用抗生素药环丙沙星，5天为1疗程，在半年之后，再次用药，然后监视每个疗程后志愿者体内微生物群的状况。一段时间后，3人的肠道菌群都逐渐康复，但是均未能恢复到原始状态———微生物的构成发生变化，种类减少。“我们不知道这些变化是否会对健康构成影响，”雷曼说，“但是通常情况下，变化总是值得关注的。”他选择了环丙沙星，因为这种抗生素对于多数肠道菌影响有限，即便如此，志愿者肠道菌群依然有1/3至1/2受到影响。雷曼说：“破坏一个有机体，可能对其他生命产生涟漪效应。”
考虑到肠道中不同微生物的数量可能影响人体对抗病原体的能力，这种改变尤其令人担忧。“生物多样性越大，病原体入侵并存活的可能性越小。”纽约卡里生态系统研究所的疾病生态学家理查德·奥斯特菲尔德说，“如果肠道中所有的生存空间都已经被占据，新的病菌就很难存活。”
杰克逊说得更直接：“当使用抗生素，基本上相当于朝微生物群落丢一颗炸弹，希望爆炸不会伤害有益菌，这就好比，为了控制杂草而在森林里纵火。我们的建议是，谨慎地干预菌群中的成员，协调它们的关系，而不是将它们全体歼灭。”
管理微生物，而不是用抗生素将它们一举消灭，这种温和的方法在鸡和老鼠实验中取得了不错的结果，不但为未来治疗人类的方法指明道路，还可确保更健康的食物供给。比如，鸡饲料中抗生素的增加导致家禽出现抗生素耐药现象，这种耐药性可以被传递给禽肉消费者。为了对抗这一令人担忧的趋势。美国农业部的科学家们在农场鸡饲料中加入被称为“竞争性排斥培养物”的29种细菌，然后故意让鸡接触沙门氏菌。他们发现，喂食了“竞争性排斥培养物”的鸡被沙门氏菌感染的几率减少99%.
在另一起动物微生物实验中，圣路易斯华盛顿大学的杰弗逊·戈登从瘦削和肥胖的老鼠体内分别采集了一批微生物，然后将它们植入没有微生物寄生的老鼠肠道中。那些被植入肥胖老鼠微生物的老鼠和被植入瘦削老鼠微生物的老鼠相比体重明显增加。无论导致原来老鼠肥胖的原因是基因还是饮食，结果都一样。虽然，热量摄入依然是导致肥胖的最重要因素，戈登的研究显示，微生物也可能通过影响能量的吸收和能量的脂肪转化影响人的体重。
研究者希望在人体实验中取得类似显著效果。关键的一步在于揭示微生物之间的通信。“健康的微生物群落的建立肯定需要物种之间化学信息的交换。”得克萨斯A & M大学研究细菌互动的生物化学家保罗·斯翠特说。细菌可使用化学信号———包括小分子、蛋白、D N A———鼓励相邻的有机体生长或是告诉它们停止生长。如果研究者能够捕捉到，并了解这些分子交换信息，也许能够编写一本生物化学反应词汇手册。类似信息可以用来发起微生物之间的交流，从而促进有益微生物的生长，抑制有害细菌。
被称为“益生菌”的细菌组合还可能帮助维护肠道中微生物的平衡。益生菌已经被当作保健食品销售，很多宣传称它们具有改善新陈代谢、提高免疫力的作用。但是消费者不可能知道，这些益生菌的具体构成是什么；非处方产品的标签可能具有欺骗性。科学家对这些产品测试后发现很多与宣传不符。但是，真正的益生菌可通过引进非致病性微生物与致病细菌形成竞争，从而有效地维护肠道微生物群落的生态平衡。
“早产儿微生物研究计划”的研究人员已经开始了解我们最早是如何获得健康的微生物群的。他们已经完成了对两组婴儿的肠道微生物的基因测序，发现这些婴儿身上寄生着大量的真菌。在成人的体内，细菌构成了微生物群落的主体，因此，这一发现显示真菌对早期微生物群落的发展和新生儿的健康都有重要作用。
基因测序还让杰克逊和希德得以追踪微生物———无论有益或是有害———的源头，了解它们是如何过渡到婴儿体内的。他们发现的证据显示，母亲、母乳、医院都对婴儿体内的微生物群落做出一定贡献。在这个过程中，研究者还可以将某些婴儿体内致病病菌和医院育儿室的某一样设备或器具联系起来，类似信息可以帮助医生把高污染的医院环境改造得更加安全。
杜克小组也在研究肠道微生物是否影响免疫和新陈代谢发育。如果果真如此，那么可以针对性地引进微生物，用以改善婴儿的免疫和新陈代谢。研究者们还在继续研究母乳对于维护和鼓励健康肠道微生物生长的作用。母乳富含人体无法消化的低聚糖和复糖，但是它们或许能够改善新陈代谢和免疫系统。通过分析早产儿的大便样本以及母亲的大便和母乳样本，希德和杰克逊希望了解母乳如何影响不同细菌和真菌在婴儿肠道内出现的时间。
研究显示，母乳喂养的婴儿更健康、发育更快、智商更高。“我们将母乳视为一种药物。”拉图加说。他相信，迄今为止，母乳是预防早产儿感染的最佳武器，可减少对抗生素的长期依赖。“到底是什么让母亲的乳汁有如此神奇的效果？”她说，“它会如何改变肠道菌群，从而改善婴儿的健康？如果我们能够回答这些问题，我们将能够拯救婴儿的生命。”
杜克小组依然为如何将他们的研究结果应用到早产儿的治疗上而头痛。但是，已经有一种方法能够让医生干预肠道菌构成。明尼苏达大学的免疫学家和肠胃病学家亚历山大·克鲁特斯库领导的小组演示了一种成功的肠道菌移植方法———将健康的大便微生物移植到患者肠道中。这一很少人了解的方法早在上世纪5 0年代就已出现，当时还根本没有人知道肠道微生物的重要性。
去年夏天，克鲁特斯和他的同事报告，他们采用排泄物移植的方法成功治愈一名艰难梭状芽孢杆菌感染患者。这一疾病导致大肠严重发炎，可能危及生命。这位患者的情况相当严重：长期腹泻、在8个月里体重减轻60磅。“所有的抗生素都没有作用，已经到了危在旦夕的时刻，”克鲁特斯说。迫不得已，他决定采取最后一种方法：将病人丈夫的少量大便样本混合生理盐水注射入病人的直肠。24小时后，她的腹泻停止。几天后，症状全部消失。
在检查这位病人的康复情况时，克鲁特斯惊奇地发现，患者肠道菌群几乎完全被她丈夫的菌群所取代。“当此类病人到了这个绝望阶段，他们已经服用了大量的抗生素，自身的肠道微生物几乎全部被消灭，”他说，“因此，当我植入新的细菌后，它们轻而易举占领了新的空间。”在克鲁特斯和他的小组完成他们的实验之前，没有任何关于大便移植及其对微生物影响的研究。“在那之后，我们又在23位患者身上重复了相同的疗法，”他说，“都取得了戏剧性的效果。”
近几年，随着人类基因组测序成本的大幅下降，很多医学研究者开始宣扬个性化药物———根据个体的基因构成设计的独特疗法和合成药物。但是，“未来某一天，”杰克逊说，“我们的医生可能对我们身上的微生物群进行基因测序，然后据之做出诊断。现在看来，保持个人健康似乎要从保持寄生于人体的细菌的健康开始。”
人体微生物群落
现在，就在你的身上生活着200万亿个微生物，包括细菌、病毒和真菌。这些微生物的总重量可以达到4磅，它们不仅附着在你的肠道内，在皮肤上，每平方厘米上生活着超过100万个微生物。在你的头皮上、毛囊中也寄生有大量菌落，在手肘上又生活着截然不同的另一群微生物。在人的口腔中生活着大约1000种微生物，同一颗牙齿的两边也可能生活着完全不同的菌落。
然而，令人惊讶的是，我们对这些看不见的微生物群和它们如何影响人体健康却知之甚少。2007年，美国国家卫生研究院（NIH ）启动“人类微生物研究计划”，投入1.15亿美元专门研究寄生于人体的微生物，了解人体的微生物群落是否有核心的相似构成，这些微生物生态系统的改变将如何影响人的健康和疾病。2009年，N IH的遗传学家朱莉·塞格雷发表了一份研究报告，指出生理上近似的部位寄生的微生物也大致相同，而环境条件迥异的区域———比如湿热的腋下和干燥的额头———则生活着截然不同的菌群。“我头皮上的菌群更接近于你的头皮菌群而不是我背部的菌群。这是因为，细菌生长需要特定环境。”塞格雷说。比如面部最适合痤疮丙酸杆菌的生长。这是一种喜欢死细胞堆积的油脂环境的细菌。人们通常将这种细菌和痤疮联系起来，但它也帮助将油脂分解成天然的皮肤滋润剂。(南方都市报www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyM
人体是细菌滋生的乐园，听上去似乎很可怕，但事实上，寄生于我们身上的这些微生物大多是无害的。它们培养免疫系统，排挤外来病原体。比如表皮葡萄球菌广泛分布于我们的皮肤上，它们可防止致命的葡萄球菌的入侵。“有意思的是，美国人热衷于用杀菌产品给各种表面消毒，”塞格雷说，“而遍布人体的细菌却保护着我们的健康。我们应该重新审视对微生物的敌意。”
细菌早餐
大约900万美国成年人服用“益生菌”补充剂———含有乳酸菌、嗜酸乳杆菌和双歧杆菌球菌等有益肠道健康的细菌的药片。食物中也含有微生物，比如酸奶贴有益生菌标志，宣称可以改善免疫系统帮助消化。过去5年里，美国的益生菌产业增加了9%，年产值达到50亿美元。
但是，益生菌真的可以改善普通人的健康吗？对此研究者们并不确定。“一盒酸奶声称含有几十亿个益生菌，听上去似乎很多，但如果和寄生于人体的数万亿有机体相比，就像将一把罂粟种子丢进一片巨大草地期望长出罂粟来。”伦敦帝国学院的生物化学家杰瑞米·尼科尔森说。但是，另一方面，尼科尔森也发现一些益生菌可以引起戏剧性的变化。2008年，他给移植了人类菌群的老鼠喂食乳酸菌，发现老鼠的肠道、肝脏、肾脏和大脑的一部分的新陈代谢都发生了变化。然而，尼科尔森发现，老鼠体内的菌群却几乎没有变化，这说明益生菌可向已经寄生于体内的菌群发出化学信号，促使它们变得更加活跃。
预料益生菌对某个人的影响是困难的。尼科尔森说，“由于个体生物学、遗传学和生存环境的差异，它们可能对一些人有用，对另一些人却没有用。”没有确实的证据显示益生菌补充剂或是含有益生菌的食物对健康的人有益。但是，斯坦福大学的微生物学家大卫·雷曼发现，营养不良可能抑制有助营养消化的肠道菌的生长，加重不良饮食的恶劣影响。他说，“很多发展中国家的孩子无法有效地利用他们的食物，针对这个问题专门设计的微生物群落可以帮助他们。”
原文：Michael Tennesen/AmyBarth
原载：Discover Magazine
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