我們與細菌共生共存

林聲

我們和我們體內的微生物一起，作為一個整體，共同經營著不斷進化演變的人類-微生物集居地。

在人體的許多部位都生活著細菌。我們一出生，細菌就進入了我們體內，它們幾乎無孔不入，占據著我們的消化道、呼吸道，生活在我們的牙齒上、皮膚里，它們在我們體內建立起日益復雜的細菌群落“棲息地”，并且像森林那樣蔓延開來，當我們長到幾歲時，這些細菌群落“棲息地”已經將我們體內的幾乎所有“空地”都覆蓋了，我們一生都將攜帶這些細菌一起生活，或多或少，相伴相隨，不離不棄。

居住在我們體內的細菌數量十分驚人，尤以腸道中數量最多——超過100萬億個，這個數字大約是人體細胞總數的10倍！然而，這個驚人的事實往往引不起我們的注意——人體細菌盡管數量龐大，但個體十分微小，總重量很輕，幾千克而已，而且我們用肉眼是看不到它們的。正因此，人體細菌對人體的作用以及影響很容易被我們所忽視。長期以來，對于少數傳染性細菌的破壞性影響的研究顯得更為重要和迫切，而科學家對那些“好”的微生物的研究似乎就不那么重視了。

然而，運用各種新的檢測手段，現在科學家已經能夠對生活在我們身體表面和內部的微生物進行觀察檢測和分析研究，并且取得了共識：人體內的細菌雖然微小，卻是一個個強大的“化學工廠”，能夠從根本上影響人體的各項機能。它們在我們體內不是簡單地、隨機性地擇地而居，而是形成了一個個有組織的細菌“社區”，與我們一起進化，并代代傳承。那些生活在人體腸道內的數以百萬億計的小小微生物，它們將在幾十年時間里與我們人體共生共存。更重要的是，它們將永不懈怠地行使幫助我們消化和防止感染等職能。可以說，它們是長期生活在我們身體里的“嘉賓”。

現在，醫療微生物學和環境微生物學之間的界限正日趨模糊。科學家認識到，人體就是這些微生物群落的生存環境，它們被迫適應了我們的飲食習慣和生活方式；反過來也成為我們生存環境的一部分，我們的身體也在適應它們。

此外，隨著人類和微生物之間深刻的相互關系日趨明顯，宿主和寄生生物體之間的區別和界限也顯得越來越不那么重要了。2011年6月，在美國波士頓召開的第108屆微生物學大會上，微生物學家瑪格麗特·麥克福爾·尼蓋指出：人類與微生物共生的研究是一門新興科學，其重大意義在于，人類不是一個個獨立的個體，而是由各種有機體構成的生態群落。也就是說，我們的身體并不只是為其他生物體提供了一個可以共生的棲息地，我們也和其他生物體一起，組成一個整體，共同經營著一個不斷進化演變的人類-微生物集居地。

我們的身體不斷地與體內共生的微生物進行著溝通，健康或疾病或許正是我們和微生物之間的復雜關系變化的結果。

人類基因組的30億堿基對序列圖譜在2000年成功繪制后，被譽為“人類生命的藍圖”。然而，不過十年的時間，大多數科學家現在不得不承認，在我們的基因組里，只有一部分是真正屬于我們自己的。過去，研究人員發現了多種表觀遺傳現象（如胚胎發育、基因沉默等）對遺傳物質的最終表達所起的作用。而如今，在這些影響因素中，還應該加上小小的人體微生物。

科學家現在已經無法忽略人體微生物在人類基因庫中所起的作用，有科學家甚至將人體稱為“超有機體”。所謂“超有機體”，指一群相互依賴并以共同行為構成一個單位的有機體, 如像群居的昆蟲，其復雜程度遠遠超出單一的基因編碼。“超有機體”理論與傳統的人體理論有著很大的不同。舉例來說，在生理機能上，某些人體功能被看作是共生伙伴之間協調的結果，而疾病則被看作是溝通失敗的結果。

最近有證據表明，人體的肥胖可能與人體消化道微生物有關——消化道微生物不只是直接幫助處理食物，還對能量最終是否以脂肪形式儲存在體內產生影響。科學家發現，在實驗小鼠的消化系統中，體瘦小鼠和體胖小鼠體內的各種微生物的比例是不同的，體胖小鼠體內的某些微生物似乎更擅長于從食物中獲取能量，如果將這類微生物轉移到體瘦小鼠體內，它們的體重就會很快增加。類似的模式在人體研究也發現了。一項最新研究結果顯示，胖瘦不同的雙胞胎兄弟，其體內的細菌群落明顯不同。

人們越來越清楚地認識到，我們的身體在不斷地與體內的微生物進行著溝通，健康或疾病可能正是我們和我們的共生微生物之間的復雜關系變化的結果。科學家曾猜測，動物體與其共生細菌之間通過分子“語言”進行溝通。而現在，有科學家進一步指出，我們與有害或有益細菌之間的互動關系如何，不在于使用的溝通“語言”不同，而在于“語氣”不同——是爭論的“語氣”，還是友好交談的“語氣”。細菌產生的一些被稱為“致病因素”或“毒素”的產物不一定就是進攻信號，它們有可能只是微生物和宿主之間“對話”的一部分。

微生物研究的發展

對人體微生物群落的研究始于1683年。當時，荷蘭博物學家、顯微鏡發明者安東尼·范列文虎克在寫給英國皇家學會的一封信中說，他在顯微鏡下觀察自己的牙菌斑時，看到了許多活動著的微生物。但是，在接下來的三個世紀里，對人體微生物群落的研究興趣主要限于如何將細菌從其天然生存環境中移出來，在實驗室的培養皿中進行培養。這或許是當時唯一的觀察和了解細菌的方法，但卻極大地限制了科學家對細菌真實生活的了解，因為他們了解到的只是培養皿中的微生物，而忽略了在真實生存環境中微生物與宿主之間產生的高度復雜和多樣化的共生形式。這種研究方法就好比是將人困在斗室里進行研究，而忽略了人的自然生存環境——城市和社會。

直到基因測序技術問世之后，情況才有所改變。研究人員獲得了對大量基因迅速測序的能力，可以從提取的環境樣本中，對成千上萬的基因片段進行測序，從中直接獲取關于微生物的信息，而無需將它們與環境隔離開來。這類研究顯示，微生物世界之大，完全超乎人們的想象。

如今，環境微生物學家使用新的研究手段，開始涉足于一些之前未曾涉足的領域——生命可能存在的一些極端之地（如酸性湖泊、深海熱液口、凍土地帶等），以及人類和其他生物體共生的環境生態（從后臼齒、鼻腔到腸道……）。隨著這些研究項目的推出，醫學研究和環境微生物學領域已經漸漸開始融合。

或許有一天，一個人的體內微生物生態會成為他（她）的天然識別標簽。正如有科學家所說：它“是你的身份和身世的簽名”。

人體微生物研究具有一些特別的意義——在我們服用抗生素后，胃部的不適是否是體內一場內戰開始的信號？我們往牲畜飼料中加入了大量的抗生素，它們最終去了哪里？這些抗生素是否會破壞微妙的生態平衡？在整個進化史上，我們都與微生物生活在一起，而且使用了大量的會殺死這些微生物的化學物質，這是否會改變我們與它們長期形成的共同進化關系？……

1683年，荷蘭博物學家、顯微鏡發明者安東尼·范列文虎克在顯微鏡下觀察自己的牙菌斑時，發現了微生物。當代微生物學家的任務之一，就是區分哪些微生物是與我們共同進化的，哪些只是我們身體中的匆匆“過客”。然而，人體微生物的種類之多令人驚訝，而且因人而異。不同的人體以及人體的不同部位，為細菌提供了一個個多樣化的棲息地，比如營養豐富的人體腸道是相對穩定的細菌“社區”，而生存環境較為嚴酷的皮膚則是細菌們匆匆來去的“流動社區”。而且，與罕有流動的深海棲息環境不同的是，人體微生物群落還會不斷受到外部環境微生物的影響，比如腸道微生物會與隨同食物一起進來的其他微生物產生交集，這些新來者代表著巨大而不可預知的因素。如此看來，微生物是一種不斷變化的動態生命形式，科學家很難對他們所看到的微生物進行分類，發現并界定人類微生物的種類是一項異常艱難的工作。

不過，在人體微生物的個性化因素使人類與微生物關系的研究變得相當復雜的同時，也給我們帶來了極大的機遇。在未來，醫生或許可以根據每個人體內特定的微生物生態環境來制定出有針對性的治療方案。屆時，人體的微生物生態就如一份份遺傳基因檔案，成為每個人的天然識別標簽。正如有科學家所說：它“是你的身份和身世的簽名” 。

細菌往往被認為是簡單低級的生命體，除了其傳染性外，我們很少去重視它們的存在。現在，科學家指出，微生物以不同尋常的機制，在進化之路上取得了很大的成功，微生物群落中充滿了為群體利益而自甘犧牲的例子，一些細胞的存在僅僅只是為其他細胞提供結構支撐或保護。這種“命運的相互交織”值得人類借鑒和考慮，人類是否應該向它們學習，更注重人類社會的整體發展，而不是只熱衷于個人的身份地位和事業成功？

以硫化氫為食的深海微生物

科學家于1977年首次發現了生活在深海熱液口附近的生機勃勃的生命形式，包括生活在高溫并彌漫著硫化氫氣體環境中的巨大管狀蠕蟲。科學家無法解釋這些在極端條件下生存的生命形式。過去，所有的生命都被認為只能依靠來自太陽的能量才能生存下去。那么，在遠離任何光線的海底棲息地，管狀蠕蟲等生物是如何生存的呢？科學家發現，在管狀蠕蟲的體內，共生著一些以硫化氫為食的微生物，它們將硫化氫這種“毒藥”變為其他生命形式可以接受的能量。這一發現表明，所有的生命形式都離不開微生物，無論是在深海底，還是在人體腸道內。我們曾經忽略了我們身體內那些微不足道的成員，現在是該拋棄這種一葉障目偏見的時候了。