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举个栗子:细菌:人体中的黑社会

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 352次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:细菌:人体中的黑社会

人身上生活着很多细菌,皮肤表面、呼吸道和肠道内都有,这已不是什么秘密了。如果把人体比作主流社会的话,那么这些细菌就是黑社会,它们大都没有名字,没有户口,没有编制,终日寄生在人体内一些犄角旮旯的地方,靠“偷窃”为生,稍微管理不严就会跑出来惹是生非。

以上就是人们对于人体寄生细菌的传统认识。但是,当科学家们开始认真研究它们时,却发现真实情况要复杂得多。首先,人体寄生细菌的数量之多令人咋舌。据估计,人体内的细菌数量是人体细胞总数的 10 倍,也就是说,每一个人体细胞都要供养 10 个细菌!想象一下,如果一个国家的黑帮人数竟然比普通老百姓多 10 倍,那就不能把他们简单地叫做黑社会了,他们肯定参与了这个国家社会生活的方方面面,甚至可能已经暗地里接管了政府。作为老百姓,我们必须知道这个黑社会究竟干了些什么。

其次,科学家发现大多数人体寄生细菌都是没办法人工培养的。熟悉微生物学研究方法的人都知道,一种细菌如果没法人工培养,就没办法扩增,没办法克隆,因此也就很难进行研究,这就是为什么人类至今对这个细菌黑社会的情况所知甚少的主要原因。

基因测序技术的进步解决了这个难题。利用新的技术,科学家们不必培养细菌,就能测出样品中所有感兴趣的基因片段的顺序,并以此为据,判断出样品中所含细菌的种类和特征。2012 年,美国华盛顿大学遗传学家杰弗里·戈登(Jeffrey Gordon)博士和他领导的一个团队利用了这项新技术,对人体肠道细菌的分布和演化进行了研究。

研究人员把视野扩展到了整个地球,从南美洲委内瑞拉的一个亚马孙部落,非洲马拉维的一个土著部落,以及美国的几个大城市找到了 531 名身体健康的志愿者,获得了他们的粪便样本。这些人年龄不等,生活条件千差万别。研究人员提取出样本中所有的 DNA,利用新的基因测序法测量了其中含有的 16S 核糖体 RNA 的基因序列。这个 16SRNA 是蛋白质合成过程中必须用到的一种核酸分子,所有细菌里都有它,不同细菌之间的 16SRNA 顺序略有不同,可以用来鉴定细菌的种类。

研究显示,这三个地方的人虽然生活环境极为不同,但环境微生物入侵人体的过程却十分相似。简单来说,新生儿在刚出生的时候肠道内没有细菌,出生后头 6 个月内有几百种细菌开始在肠道内落户,此后数量不断增加,3 岁时肠道菌群的数量和分布模式就和成人相差不大了。

一个人在婴儿期和成人时的肠道菌群种类分布相差很大,但这种变化似乎都是为了满足人体的需要,仿佛细菌们听从了人的指挥。比如,叶酸是一种既可以从食物中来,又可以由肠道细菌合成出来的维生素。婴儿期食物成分单一,只能依靠细菌,因此婴儿肠道内的细菌含有的叶酸合成酶数量较多。而成人的食物来源丰富,不必依靠细菌合成,因此成人肠道内含有更多的专门利用叶酸的细菌,叶酸合成酶的含量反而较低。与此相反,维生素 B12 只能通过细菌合成,无法从食物中获取,而人体对 B12 的需求量随着年龄增长而增加,因此肠道中的 B12 合成酶的数量也随着年龄的增长而增加。

另一个有趣的发现是,美国人的肠道微生物多样性比另外两个国家的人都要低,虽然美国人所吃的食物种类肯定要比后者更多。研究人员猜测,这可能是因为美国人卫生条件较好的缘故,或者是源于抗生素的大量使用。至于说这种多样性的差异到底对健康有何影响,还有待进一步研究。

戈登教授将研究结果写成论文,发表在 2012 年 5 月 9 日出版的《自然》(Nature)杂志上。戈登教授表示,这项研究只能算是关于人类肠道菌群基因组分析的初步尝试,但是仅仅从这个初步的研究结果里,我们已经得到了很多以前不知道的有趣信息,这说明该领域的前景非常光明。事实上,这项研究属于一个叫做“人类微生物组计划”(Human Microbiome Project)的一部分,该计划由美国国立卫生研究院牵头,利用新的基因测序技术把人体寄生细菌全部检测出来。目前该计划已经完成了 178 个细菌的基因组测序工作,从中找到了超过 50 万个新的基因。该计划的最终目的是至少测量出 900 个重要寄生细菌的基因组,彻底揭开寄生在人体内的这个细菌黑社会的秘密。

(作者:土摩托)


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