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细菌主宰人体:共生细菌数量为人体细胞10倍

2012年09月05日 07:56
来源:环球科学杂志

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细菌主宰人体

各司其职的细菌

不管是细胞数量,还是拥有的基因数量,寄生在人体表面和内部的细菌都远超人体本身。现在,科学家正在思考:掌控人体的,到底是我们还是那些共生细菌?

撰文詹妮弗· 阿克曼(Jennifer Ackerman) 翻译李升伟

生物学家曾认为,人体是一座生理之岛,完全可以自行调控身体内部的运转。我们的身体能分泌消化酶消化食物,合成营养物质维护身体组织和器官;可以感受到自身发出的信号,比如饥与饱;免疫细胞能识别危险的微生物(病原体),向它们发起进攻,同时避免伤害到自身组织。

但在过去十多年中,研究人员发现,人体并不是一座自给自足的世外小岛。它更像一个复杂的生态系统,一个庞大的社会。在我们的身体内,住着数以万亿计的细菌和其他微生物。它们寄生在我们的皮肤、生殖器、口腔,特别是肠道等部位。实际上,人体细胞并不是人体内数量最多的细胞,共生细菌的数量是人体细胞的10倍。由微生物细胞和它们所包含的基因组成的细菌群落,不仅不会危害我们的健康,反而对人体有益,能帮助身体进行消化、生长和防御。

小小的细菌居然有如此大的影响力。生物学家已经对人体内数量最多的一些细菌,进行了深入研究。最近,他们又开始研究其他细菌。这些研究,有助于我们更加了解自己身体的功能。也让我们更清楚,为什么有些疾病发病率越来越高,比如肥胖症和自身免疫性疾病。

你看不见我

提到身体内的微生物,人们通常会想到病菌。事实上,研究人员也在很长一段时间,只关注那些有害病菌,忽视了那些有益的细菌。美国加州理工学院的生物学家萨基斯· K · 马兹曼尼安(Sarkis K.Mazmanian)认为,这源于我们的一些错误认识。“孤芳自赏迷住了我们的眼睛,人类自以为拥有所有保持健康所需的功能,这些有益细菌虽然不属于人体,却相伴我们一生,它们是我们身体内不可或缺的一部分。”

人从很小的时候开始,体内就有一个微生物群落,当然,这些细菌并不是与生俱来的。每个人都是在与周围环境接触的过程中,渐渐形成自己的共生细菌群落的。一般说来,子宫内没有细菌,所以生命之初的胎儿是真正无菌的个体。但是,当新生儿通过产道时,母亲体内的共生细菌,就会转移到婴儿身上,并开始繁殖。随着与父母、祖父母、兄弟姐妹、朋友,还有床单、毯子、宠物等的接触,婴儿体内的细菌会变得越来越多,到婴幼儿晚期,我们体内已经形成了地球上最复杂的微生物群落。

大约5年前,科学家开始研究这种微生物生态系统。当时他们面临一个难题——肠道内的细菌已经习惯了以群居方式、在无氧环境中生存,单个细菌在开阔的培养皿中根本无法存活。现在,这个难题已经解决了。研究人员不再研究细菌个体,而是改成研究细菌的基因——即链状DNA和RNA的结构。由于DNA和RNA可在常规的有氧实验环境下进行研究,因此科学家可以从人体中提取细菌样本,再从样本中提取遗传物质进行实验分析。

每种共生细菌都有自己的“身份证”——16S核糖体RNA基因,在每种细菌中,这种基因都不一样。该基因可以编码核糖体中特定的RNA分子(核糖体是细胞中负责合成蛋白质的机器)。科学家试图通过确定这类基因的序列,打造一本“人体细菌手册”。这样,我们就可以知道自己体内有哪些细菌,和别人体内的细菌有什么不同。

接下来要做的,是分析细菌群落中的其他基因,搞清楚哪些细菌在人体中比较活跃、有什么功能。这项工作也非常复杂,细菌不仅数量巨大,在提取过程中它们的基因还会混在一起。鉴定一种基因属于哪个菌种很难。相对而言,鉴定一种细菌基因是否活跃就比较简单了。幸运的是,在最近十年中,我们有了更强有力的计算机和超快的基因测序仪,只要不怕麻烦,完全可以完成过去无法完成的细菌分选和分析工作。

在美国和欧洲,各有一组科学家利用这种新技术,对人体内的细菌基因进行统计。2010年初,欧洲小组发表了他们对人体消化系统中细菌基因数目的统计结果——330万个基因(来自1 000多个菌种),差不多是人类基因数量的150倍(人类有2万~2.5万个基因)。

在研究人体内细菌群落的过程中,有许多令人惊奇的发现——比如,你几乎找不到细菌群落组成完全一样的两个人,即使是同卵双胞胎。人类基因组计划(Human Genome Project)已证实:所有人的DNA99.9%都是相同的。看起来,细菌基因的变异对人类个体的命运、健康、行为造成的影响,远胜于我们自己的基因。不同人的体内,细菌种类和数量虽然大不相同,但对于大多数人来说,他们体内的、发挥关键作用的有益细菌基因其实都差不多,尽管这些基因来源于不同的菌种。另外,即使是最有益的细菌,如果它们在不恰当的地方大量滋生的话,也可能导致严重的疾病。比如,细菌跑到血液中,就会导致败血症;进入腹部器官之间的组织网络中,就会导致腹膜炎。

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[责任编辑:杜苗] 标签:共生细菌 细菌群落 人体脂肪
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