微生物——藏在人体内的人类“共生战友”

杨杰;李菲

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科学有意思

科学家们已经证实，在人们体内和体表生存和繁衍的微生物，数量达1000亿个，是人体细胞数量的10倍。我们体内和体表的微生物以及含有的全部基因数量是人类基因组中基因数量的100倍。所以，从基因数量的角度说，我们99%是微生物，1%是“人”。科学家们已经意识到，仅仅关注人体，关注人类基因组，并不能完全掌握人类疾病与健康的关键问题。我们体内和体表广泛存在的微生物，对人体的代谢、行为、发育、适应，甚至进化，都有重要的影响。

　　微生物于人体无处不在

随着“益生菌”概念的广泛传播，人们已经意识到肠道中微生物的存在及其对人们身体健康的重要影响。人类的肠道生存着约100种所有人都有的核心微生物，以及成百上千种微生物组成的每个人独一无二的微生物种群。如果某位病人大量服用抗生素，希望杀死其体内的致病菌，那么其肠道中的微生物也会受到抗生素的影响。接受大量抗生素治疗的人常常会出现消化不良问题。此外，饮食习惯、居住条件、人的年龄和性别等也会影响肠道微生物。除肠道外，人的皮肤、口腔和泌尿生殖道等也存在着丰富多样的微生物。2018年，美国阿拉巴马大学的神经学家在人的大脑中发现细菌的存在。

　　2008年，美国国立卫生研究院发起人类微生物组计划，在数百个人的15个部位取样，分析其上的微生物种类和结构，分离和培养微生物菌株，测定其基因组，分析人体的微生物群落结构与人类健康的关系。目前该计划仍在进行中。这一大规模研究项目已经发表的报告证实，微生物在人体各个部分都存在；身体的不同部位有不同的微生物群体；即使是健康的个体间，其身体同一部位的微生物群体也存在差异；虽然个体间的微生物种类可能存在差异，但是整个微生物群体的功能还是相对保守的。

　　与人体“统一战线”

　　达尔文自然选择理论已被广泛接受，“物竞天择，适者生存”的理念已经深入人心。对于我们体内和体表的微生物，人体为它们提供了丰富的营养和稳定的生存环境。显然，我们帮助了这些微生物的生存和繁衍。不过这些微生物并非是我们的“寄生虫”，他们通过多种方式，给我们以极大地回馈。人体与其共生的微生物，已经成为不可分割的整体。

　　早在100多年前，科学家就意识到，大量食用乳酸菌发酵的乳制品，牧民得病的几率更小，寿命更长。随着研究技术的发展，肠道菌群影响人体多个生理功能的机理，一一地被揭示出来。肠道微生物可以分解植物淀粉和人体难以消化的其它食物。人体本身不能合成维生素K。肠道细菌合成和分泌维生素K和其他维生素，供给人体作为营养物质吸收。肠道菌群也会影响人的体重。将肥胖和纤瘦的双胞胎的肠道菌群分别饲喂给无菌小鼠，来自于肥胖双胞胎的微生物显著增加了被饲喂小鼠的身体脂肪含量。此外，肠道微生物还可以结合食物中的部分有毒物质并解毒。近期的研究还证明，肠道微生物影响血液中的激素水平，最终影响大脑的生理功能。抑郁症、自闭症和帕金森症等，都与肠道菌群的改变有关。

　　除肠道菌群外，人体口腔、皮肤和阴道等部位的微生物群体，也对人体有各种积极的作用。对微生物来说，人体是非常理想的食物。空气中有无数的微生物在等待机会入侵并消化我们。而人体皮肤上的细菌有助于保持微酸性环境，保护人们免受各种致病菌的感染。我们已经与皮肤上的微生物群建立了紧密合作的关系，它们帮助我们远离各种致病菌。作为回报，我们分泌一些物质到皮肤表面，使有益的微生物在我们的皮肤上拥有充足的食物和幸福的生活。

　　母体微生物能“遗传”胎儿

人们普遍认为胎儿是无菌的，分娩过程中新生儿受到母体阴道和粪便微生物的污染而获得基本的肠道微生物。现在有数据证实，母体中的胎儿并不是完全无菌的，母体会向胎儿传递关键的功能微生物。不过，分娩方式也会影响新生儿的肠道菌群结构。

　　通过阴道正常分娩出生的人类婴儿可以获得母亲胃肠道中的微生物，而通过剖宫产出生的婴儿最初主要获得母亲皮肤表面的微生物。这种差异会影响婴儿的健康与成长。剖宫产的婴儿肥胖的几率更高，也更容易患哮喘等疾病。除上述两种途径之外，母亲的乳汁已被证明是婴儿肠道中益生菌，包括葡萄球菌、链球菌、双歧杆菌、乳酸菌和各种肠道相关的专性和兼性厌氧菌的来源。婴幼儿与父母和家庭其他成员的密切身体接触，也会获得各种微生物。科学研究证明，家庭成员间的微生物群体更加相似。有科学家提出这样一种假设，亲吻这种灵长类动物，特别是人类使用的传达感情的方式，最初是为了让父母将所需的益生菌与食物一起传递给后代。

　　人类体内和体表的微生物对我们吸收营养、抵御病菌等非常重要。这些微生物——至少其中一部分，可以代代相传。那么，如果有某个人获得了具有特殊功能的益生菌，是否能给他本人、他的子孙后代带来生存和竞争优势或劣势呢？

　　日本是个岛国，地狭人稠，资源有限。日本人的食物中，海产品占相当大的比例。也因此，日本人的肠道中的普通拟杆菌（Bacteroidesplebeius）从海洋细菌Zobelliagalactanivorans中获得了海藻多糖酶、琼脂酶等基因。用于制作日本典型食物——寿司的紫菜，其细胞壁的40％左右都是海藻多糖。此外，富含琼脂的海藻也是日本的日常饮食的重要部分。比较日本人和世界其他地区人们的肠道菌群，发现在日本人群中，肠道菌群通常具有海藻多糖酶、琼脂酶等基因，但在其他地区的个体中，其肠道菌群不具有这些基因。日本人通过肠道细菌，获得了消化利用海藻多糖和琼脂的能力。数据表明，海藻和寿司所携带的海洋细菌是日本人群获得消化利用海藻多糖和琼脂的能力的途径。

　　共生微生物可以获得，亦可失去。科学家们提出，“过度卫生”的现代化生活方式、抗生素的广泛使用、剖宫产分娩和配方奶粉喂养婴儿，减少了婴幼儿接触各种微生物的机会，改变了人们体内和体表的微生物群体结构，最终导致现代社会人们肥胖、过敏等症状的增加。

　　目前关于人体共生微生物的研究已经证实，我们体内和体表生活着大量的、种类繁多的微生物。这些微生物对我们有着广泛而重要的影响。当然，关于人体的共生微生物，还有很多问题，需要科学家们进一步研究，例如，健康人之间微生物群体差异的原因和影响、免疫系统区分益生菌和致病菌的机制、益生菌影响人体健康的生理、生化和分子机理等等。不过，目前的研究结果，已经足以让我们改变以自我为中心的盲目自大的观点。我们应该认识到，人体和体内及体表的微生物互利合作，以达到整个生命体共同的最大的生存和繁衍概率，才是自然界的客观现实。

来源：《大众科学》2019年02期