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[转载]无症状感染增加新冠防控难度,“人菌共生”角度或提供新思路

已有 535 次阅读 2020-10-13 07:56 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

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无症状感染增加新冠防控难度,“人菌共生”角度或提供新思路

原创 张成岗 科技导报 昨天

10月12日,青岛市卫健委通报该市新型冠状病毒肺炎疫情情况:截至10月11日23时,青岛市共发现6例确诊病例。目前青岛市已启动应急响应机制,疫情处置工作正在加快推进。

严重急性呼吸系统综合征(SARS)、中东呼吸综合征(MERS)、新型冠状病毒肺炎……近年来发生的传染病以及生物安全相关事件,以及合成生物学技术在人造生命方面的安全风险,都提示我们传染病防控和生物安全的现状不容乐观。

在《科技导报》2020年第15期刊发的《从人菌共生的角度探讨生物安全与传染病防控的新思路》中,张成岗指出,需要正视微生物本身应有的生存空间与生存逻辑,从人菌共生、人菌共赢的角度出发,通过改善人体共生微生态环境来提高人体免疫力,为传染病防控和生物安全提供新思路。
“21世纪是生命科学的世纪”,随着生命科学的快速发展,人们对21世纪充满期待。然而进入本世纪以来,SARS、埃博拉疫情、MERS、寨卡病毒等传染病接连发生,生物安全、生物恐怖相关的事件也时有报导,传染病防控和生物安全的现状并不乐观!

人类与微生物、尤其是病原微生物之间,究竟应该形成何种关系?

01

病原微生物具有天然的传播和扩散能力

当前生物安全形势依然严峻

虽然人体有强大的免疫系统对抗病原微生物,但在烈性传染病面前,人类还是很难招架。天花、黑死病、西班牙大流感……历史上最致命的十大传染病,更是夺去了无数人的生命。

现在,即使我们已经战胜了天花、发现了青蒿素,即便生命科学研究和生物医学技术发展迅速,人类依然难以摆脱传染病的威胁。

严格来说,烈性传染性或传染病的说法,是站在人类角度而言的。

如果病原体没有与宿主发生接触(即宿主在没有受到病原体攻击和破坏),不会发生传染病。而当病原微生物与宿主接触,突破了宿主的生物防御体系(如皮肤等)和免疫防护屏障,宿主就会表现出急病(如烈性传染病)或慢病的症状。

病原微生物往往无法独立存活,需要宿主(人类)体内的碳源和氮源维持生命活动,还需要借助宿主细胞的转录和翻译系统复制后代。可以说,病原微生物理论上具有天生的、天然的攻击宿主的倾向性。

而传染病防控的关键在于两点。

一方面是通过物理隔离来防止病原微生物和宿主接触,或通过洗消杀灭等技术杀死病原微生物;

图为国家突发急性传染病防控队(浙江)队员正在穿戴个人防护装备,准备进入隔离区。

(来源:青年时报)

另一方面则是显著提升宿主的免疫力,通过增强宿主的防御之盾,减弱或消除病原微生物的攻击之矛。

但从近年来的实践看,传染病不仅没有得到有效防控,反而有进一步加剧的风险

此外,不论是病原微生物还是非致病微生物,一般都有特定的生活模式和特定的生存空间。当微生物的生存空间和生活模式受到挤压和挤占时,它们的生存压力增加,正常的繁殖过程被破坏,微生物会“想办法”适应环境的变化。比如盲目使用抗生素会消灭相当数量微生物的同时,容易诱发微生物发生基因突变,如果因此而形成超级耐药菌,有可能会带来生物安全风险。

因此,我们迫切需要发展新的防控策略,防止传染病的传播和发展,减少生物安全威胁。

02

从“人菌共生”和“人菌平衡”的角度

探究传染病防控新思路

生命的特征在于通过基因复制繁殖后代,这是一种客观而又自然的生命现象,无论是人的生命还是微生物的生命。

受到病原微生物攻击,导致人类出现烈性传染病甚至死亡,是我们不愿意看到的事实。但如果站在病原微生物的角度,我们在对抗病原微生物攻击时的多重防线(免疫系统、抗生素等),一定程度上诱发了病原微生物的基因突变,甚至导致超级耐药菌出现等复杂现象,反而增加了我们防控烈性传染病的难度。

传染病持续高发的风险反复提示我们,与病原微生物进行持续“对抗”,即“零和博弈”的思路,并不会一劳永逸地解决传染病防控问题。或许可以试试“逆向思维”,站在微生物,甚至病原微生物的“角度”,探究传染病防控的新思路。

张成岗团队在长期的肥胖和糖尿病相关慢病研究过程中,逐渐形成了“人菌共生、人菌平衡”新认识,从人体和微生物(尤其是肠道菌群)之间存在天然共生关系的角度出发研究,最终得到了饥饿源于菌群的新发现。

大量研究证明,通过靶向调控肠道菌群,消除其向人体传递的饥饿感之后,人在只喝水不吃东西的情况下,可以连续7~14天正常工作和休息,并且健康状态稳定,肥胖和相关的慢病症状得到了显著改善。

在这些研究的基础上,形成了菌心说学说”“柔性辟谷技术”,为肥胖相关的慢病防控和健康管理提供了新思路。

反观这些研究,说明就人体慢病(不包括烈性传染病)而言,并非(人类)基因致病论,更应该是(肠道菌群)基因致病论,这一点为形成肠道菌群基因组异常是人类慢病物质基础的医学遗传学2.0提供了重要的科学依据,并为重新认识人体、认识慢病乃至传染病的起源与防控策略,提供了新思路。

从自然科学和生命科学的发展历史来看,总体上符合从简单到复杂、从低级到高级的认识规律,在慢病以及传染病和生物安全方面,理论上也应该符合这个认识。

菌心说学说提出以来,张成岗团队结合国内外相关领域的进展并进行完善后,认识到人体内的基因组是由人类基因组(第一基因组,或称第一操作系统,operating system 1,OS/1)和人体共生微生物基因组(第二基因组,第二操作系统,operating system 2,OS/2)两套基因组系统构成的统一体。

OS/1自主性主导了人体(胎儿)在子宫内的发育过程,而OS/2则在胎儿出生之后从环境迅速覆盖人体内外表面,构成了人体共生微生物系统,并与人体形成终生共生的能量需求共同体、生存利益共同体(甚至也是命运共同体)。人体和共生微生物之间既有矛盾、又有平衡;既有对抗、又有合作。

现在,我们有必要反思这个问题:究竟什么是正常的人体?

在研究饥饿源于菌群和慢病源于菌群的过程中,发现通过粪菌移植,更换引起人体慢病的异常菌群(相当于重置人体的第二基因组),有可能逆转慢病防控的被动局面。

通过强化OS/2来保护OS/1的思路,可以为传染病防控提供新的启发。

03

良好的人体共生微生态系统

传染病防控的重要保护层

人体内存在大量微生物,主要分布在肠道中(5%~10%左右分布于小肠,90%分布于大肠)。正常、健康的肠道菌群不会引起人体产生异常的免疫反应,但当肠道菌群的微生态系统紊乱时,人体会出现一系列问题,例如有报道认为,慢性疲劳综合征就是肠道微生物病毒异常所致。

事实上,一出生,人类就开始与环境微生物互动平衡,并逐渐形成了相对稳定的人菌共生体,为人体形成良好的保护层。

如果人体的内外表面受到损伤,这些部位的微生物会与伤口直接接触,通过伤口侵入人体;环境中的微生物,也可能在这些局部损伤部位定植。

当人体免疫能力不足时,这些受损部位就很容易成为微生物异常繁殖的土壤,表现为局部感染和炎症反应。如果感染源(如病原微生物)不被控制,有可能形成脓毒血症和败血症等严重问题甚至导致患者死亡。

可见,人体内外表面与共生微生态系统直接接触,通过良好的微生态系统与环境进行互动,而良好的微生态系统有助于防止感染和防控传染病

此外,必须反思是否由于抗生素的使用甚至滥用,导致人体内外表面的共生微生态防护系统被破坏,从而加剧了人体慢病增加、传染病高发和生物安全异常失控的局面。

如果关于抗生素的猜想被证实,在防控慢病、控制传染病的过程中,需要更加严格地限制抗生素的使用,避免(广谱)抗生素滥用造成对从动物到人的共生微生态系统的连锁反应性破坏。

随着国内外相关领域研究的不断深入,学术界已逐渐认识到人菌共生的重要性。有理由相信,观念的转变将有望为防控传染病提供新思路。

04

重建人体与共生微生态系统的良好秩序

可提高传染病防控效率

为什么要强调从共生角度理解传染病的发生发展和防控问题呢?

地球生命系统中最初就是微生物的世界,动物和人类是在漫长的过程之后才出现的。理论上,只有那些能够获得共生微生态系统(OS/2)保护的动物和人类(OS/1),才能够生存下来,否则必将会被病原微生物攻击而最终灭绝。

在这些共生微生态系统中,不仅包括细菌、真菌,还有病毒等。这些微生态系统一方面与宿主终生频繁对话;另一方面也在维持微生态系统的内在平衡。

我们用“1+X”(1种宿主对应有X种共生微生物)的模式来进行表征和理解。宿主的基因组系统作为第一基因组(OS/1)控制和维持宿主自身的生理状态;共生微生态系统作为第二基因组(OS/2)控制和维持微生态系统的运行状态;“+”则是相互作用关系的体现。

因此,对于人体和动物而言,讨论其发育过程与疾病(包括传染病的发生、发展与防控)过程中,应该同时从第一基因组和第二基因组之间的交叉对话角度综合考虑。

后续针对传染病和生物安全领域进行研究和应用的过程中,应确立人菌共生、人菌共赢的新思路,即“两条腿走路”模式,不仅关注和保护宿主、而且关注和保护菌群,有利于避免此前大量使用广谱抗生素(包括兽用抗生素、水产养殖使用的抗生素等)而导致宿主共生微生态破坏后,进而影响宿主健康的对抗性思路。

作者简介:张成岗,北京中医药大学生命科学学院,研究员,研究方向为肠道菌群与慢病防控。

本文发表于《科技导报》第15期,欢迎订阅查看。
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