微生物獵人

勞拉·恰帕羅

由世界多國科學家參與的“地球微生物組計劃”，將盡可能地對地球微生物群落進行取樣，以便促進人們對微生物與人類、動物、植物之間關系的理解。據專家估計，地球上大約有1萬億種微生物，從人類的腸道到亞馬遜叢林，從火山口到大西洋海底……這些微生物無處不在。不過，基于種種原因，要全面鑒別這些微生物是一項極具挑戰性的工作。

| 地球微生物組計劃 |

達爾文22歲時乘坐貝格爾號開始了一場環球旅行。在旅行的過程中，他采集了很多特有物種的樣本，并加以研究，這次旅行讓他發現了如今最具影響力的科學理論之一——自然選擇下產生的物種進化論。

在差不多兩個世紀之后，一群來自世界各地的研究人員也試圖效仿達爾文，開啟一場環球冒險。不過，這一次他們要分析和研究的生物，是肉眼看不見的微生物。這個項目叫“地球微生物組計劃”，啟動于2010年，覆蓋了從北極到南極的七大洲，有來自43個國家的500多名研究人員參與其中，目前已經收集到了27751個樣本和超過22億組DNA序列。“這個項目的數據庫和研究結果，是面向所有人開放的。”該項目的協調員，美國國家海洋和大氣局研究員盧克·湯普森如是說。

新發現世界上仍有許多種微生物未被發現，一組西班牙科學家在南極考察時發現了一種新的細菌——假單胞菌

微生物學家杰克·吉爾伯特是這個項目的創始人之一，經過一番調研之后，他產生了組建這個項目的想法。“我當時正在研究海洋和陸地微生物的分布規律，我想知道，這些規律是否在地球上所有已知的環境中都適用。”在芝加哥大學工作的吉爾伯特回憶道。如今，這一項目不僅研究微生物生態學是否存在普遍規律，還試圖找到一些推動微生物多樣性和微生物生態系統結構的超級參數。

| 極端條件下也能生存 |

在寒冷的地球兩極，也有微生物的存在。當年，年輕的達爾文還沒有機會踏上南極開展研究，但今天，科學家們可以操控各種儀器，將在南極采集到的微生物樣品添加到微生物圖譜之中。

在這個地球上最極端的環境之一——南極洲的麥克默多干谷，科學家們也發現了微生物的存在。因為其極低的濕度和飲用水的匱乏，麥克默多干谷被認為是最接近火星的陸地環境，但在這片寒冷、干燥、營養貧瘠的土壤中，竟然存在著大量的微生物。科學家們在南極的土壤樣品中發現了23種微生物的DNA，通過重建它們的基因組，科學家們了解到，盡管缺少陽光和水資源，這些微生物靠著一氧化碳和氫氣就能存活。

在北極，同樣也有一群科學家們在研究微生物群落。加拿大拉瓦爾大學的生物學家科尼·拉夫喬伊遺憾地表示，此前科學界對北極微生物的研究實在是少得可憐，如果登陸“科學網”——一個科學論文的數據庫平臺，同時搜索“北極”和“微生物”這兩個關鍵詞，只有353篇學術論文，但搜索“北極”和“魚”，就有4271篇論文，“北極”和“北極熊”有770篇論文。對此，拉夫喬伊表示：“北極至少有數百萬種微生物，需要有更多人來研究和關注北極的微生物。”

專家發現，在北極的凍土層中儲存著大量有機碳，隨著全球變暖，這些凍土層一旦融化，土壤中的微生物就會將有機碳降解轉為甲烷和二氧化碳等溫室氣體，加劇氣候變暖。同時，北極的凍土層一旦解凍，各種封閉在凍土層中的細菌和病毒也會復活，將對人類和其他生物的健康造成威脅。

| 微生物與人類的關系 |

“地球微生物組計劃”正在對世界各地發現的微生物進行DNA測序，專家們希望通過獲取微生物的遺傳信息，找到微生物是如何進化的線索。對此，該項目的聯合創始人，美國加州大學微生物群研究中心的羅布·奈特表示：“這是一項非常艱難的工作，因為微生物的進化過程至少有數百萬年，遠遠超過了科學家們的研究周期。”

除了研究不同生態系統中的微生物之外，科學家也沒有忘記研究微生物和人類的關系。記者凱瑟琳·麥考利夫的《我是我自己和我身上的寄生蟲》一書中寫道，據估計，人體表面和內部至少有100萬億個微生物，包括細菌、真菌、寄生蟲、病毒和其他微生物。更可怕的是，這些微生物在某種程度上都影響著人們的生活。

不斷豐富的數據庫迄今為止，“地球微生物組計劃”項目已經收集到了超過22億組DNA 序列。下圖中，正在記錄數據的就是杰克·吉爾伯特，這一項目的聯合創始人之一，他正在美國長島的一個葡萄園里采集樣

| 肥胖和過敏癥都與微生物有關 |

人體內有超過人體細胞數十倍的細菌，它們主要生活在我們的腸道里，這些細菌雖然不能直接改變我們的基因，但能影響我們的情緒、行為和健康。有研究顯示，人們的肥胖癥和過敏癥都和微生物有關。

肥胖是一個熱門的公共衛生話題，據世界衛生組織統計，自1975年以來，世界肥胖人口數量已經翻了三番，肥胖癥如今困擾著至少13%的人口。意大利那不勒斯大學的帕烏拉·皮歐米諾發現，肥胖癥患者腸道和唾液中的菌群，都和一般人有所不同。“口腔內的各種感覺，包括對食物味道和質地的感覺，都會受到唾液的調節。”皮歐米諾對此解釋道。根據她的研究，肥胖癥可能和唾液中感知食物的微生物有關。

過敏癥也困擾著全世界至少20%的人口，過敏的發生和人類的免疫系統有著直接聯系，而免疫系統的主要功能，就是管理人體與微生物的關系。倫敦大學微生物學教授格雷厄姆·魯克介紹道：“當我們的免疫系統對無害的外來物質做出過度反應，就會出現過敏，當免疫系統對身體做出錯誤反應，就會出現自體免疫性疾病。”所以，過敏癥和自體免疫性疾病發病率的上升，問題都出在我們自身的免疫系統。

母乳中的微生物嬰兒每天都要攝入約500 到800 毫升的母乳，包含10 萬到1000 萬個細菌，這其中最常見的是葡萄球菌（小圖）、鏈球菌、腸球菌、乳球菌、乳桿菌和明串珠菌。

魯克教授表示，已有大量的科學研究證實，接觸一些非致病性的微生物（如一些無害的細菌和寄生蟲），能夠幫助我們防止過敏等免疫性疾病的產生。這些對我們有益的微生物主要分布在兩個地方：一是我們所處的環境，在空氣、土壤、飲食和我們日常接觸的物品中，密布著各類微生物，其中絕大多數對我們是無害的;二是在我們自己身上，包括我們的皮膚表面和身體內部（包括消化道、呼吸道等）的各種黏膜表面。

專家建議，在生命早期就應該接觸無害微生物，幫助我們建立免疫系統的耐受力，以減少對無害外來物質或自身發生反應，從而減少過敏和自體免疫性疾病的發生。但是隨著人類現代化的進程，我們現在的生活方式發生了巨大的改變，這導致我們的免疫系統和一些無害的微生物被人為地隔離了，現代人的免疫系統也因此更容易出現紊亂。

比如，剖腹產出生的嬰兒，就無法像順產的嬰兒一樣，從母親的產道獲取有益微生物。同樣，沒有喝過母乳的嬰兒，也無法從母乳中獲取母體的有益微生物。所以，魯克教授建議父母要從小給孩子一些接觸無害微生物的機會，包括順產、母乳哺育，多在室外活動，多與其他孩子接觸，以及不要對日常生活里接觸的東西過分消毒，尤其不要過度使用抗生素。因為，在生命早期接觸無害微生物，對人體免疫系統的平衡至關重要，這種影響將會一直持續到人成年以后。

| 孤獨不利于健康 |?

“多與人交往可以傳播和交換微生物群，那些獨來獨往的人身上的微生物群落較為單一，可能對健康不利。”魯克教授補充道，“能豐富我們身上微生物多樣性的活動有很多，比如多和動物接觸，多到外面走走，遵循多樣均衡的飲食習慣，都可以豐富我們的腸道微生物群。”

根據美國疾病控制和預防中心的數據，每150名兒童中就有1名自閉癥患兒。目前，對自閉癥的有效療法包括行為療法、社會療法、藥物療法和飲食療法，對自閉癥的最新研究顯示，微生物療法或許能給患者帶來新的希望。

糞便可治病微生物生態學家研究發現，通過口服含有健康糞便中提取物的藥丸，可以使有益細菌移植入患者腸道，以此來治療一些腸道疾病。

美國亞利桑那州立大學的羅莎·布朗博士表示：“我們發現，30%～50%的自閉癥患者都有慢性腸胃問題，主要是便秘或腹瀉，腸胃不適會導致患者煩躁，注意力無法集中，因而對行為產生負面影響。如果能解決這些腸胃問題，他們的行為就會改善。”

改善情緒的細菌對鼠李糖乳桿菌的最新研究表明，它具有一定的抗抑郁和抗焦慮作用。

亞利桑那州立大學的研究小組對比了自閉癥兒童與正常發育兒童的微生物組差異，結果發現，患有自閉癥兒童的腸道微生物多樣性較低，這導致他們體內有益細菌，如雙歧桿菌和普氏菌也較少。研究人員通過對部分自閉癥兒童進行腸道清潔、胃酸抑制和糞便微生物群移植后發現，他們的胃腸道癥狀和自閉行為癥狀都得到了改善。在治療停止兩年后，這些自閉癥兒童的胃腸道癥狀平均減少了一半，自閉癥狀也在緩慢而穩定的改善中。不過，還需要更多的研究來驗證微生物在治療自閉癥方面的有效性，研究團隊也在繼續優化治療的劑量和持續時間。

“發現微生物群的潛力，是本世紀生物醫學領域最重要的挑戰之一，”倫敦大學微生物學教授格雷厄姆·魯克說道，“像地球微生物組計劃這樣的項目，就是要增進我們對微生物的了解，同時也讓我們知道，人類在這數萬億種微生物面前是多么的渺小。”

[譯自西班牙《真有趣》]

責任編輯：劉婷