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健康與生活技術與應用

消失的微生物 第三章人類微生物群系 第二節

發布人:奧姆龍   時間:2020-09-18   閱讀:1139

第三章人類微生物群系

第二節

       據估算,人的身體由30萬億個細胞組成,但是它卻容納了超過100萬億個細菌與真菌細胞,這些微生物朋友們與我們協同演化??紤]一下這個事實:此時此刻,你身體內70%~90%的細胞都不是人類細胞,而是微生物細胞。微生物寄居于你的每一寸肌膚, 你的口、鼻、耳,你的食管里、 胃里,尤其是腸道里。女性的陰道里也有豐富的細菌種類。

       在世界上已知的50個門的細菌之中,人體中已經發現 了8~12個。其中6個,包括擬桿菌門( Bacteroidetes) 與 厚壁菌門(Firmicutes), 占了人體內細菌的99. 9%。與我 們人類“同居”最成功的微生物就從這少數幾支種系傳承下來,它們為人類微生物群系的形成奠定了基礎。隨著時間的流逝,它們演化出了特殊的功能,包括耐受酸性、利用特殊的食物、適應干燥或潮濕的環境,從而在人的體表與體內的 特殊微環境(niche) 里繁衍生息。

       這些細菌加在一起大約有1.3 千克重,與你的大腦相當,包含了上萬種不同的物種。在美國,還沒有哪個動物園有超過1000種動物。生活在人的體表與體內的微生物比動物園里的動物更加多樣、更加復雜。

       當你還在母親子宮里的時候,你的體內是沒有細菌的, 但是隨著分娩的進行,你很快就被數以萬億計的細菌占領了。在后面,我們將會討論這個驚人的過程。對微生物而 言,從零增長到萬億只需要很短的時間。在人出生之后的頭三年內,微生物陸陸續續地入住到人體,從起初的拓荒者到 后來的喬遷客,微生物的“移民"是一個井然有序的過程。

       最終,你身體的每個角落,無論是內里的臟腑還是外表的皮膚,都有獨特的菌群棲息。胳膊肘上與腳趾縫里是完全不同的物種,胳膊上的細菌、真菌、病毒與口腔或者結腸里的微生物也完全不同。

       皮膚是一個巨大的生態系統,它比半塊三合板稍大一 點,覆蓋了約2平方米的平面、褶皺、導管和罅隙。這些空 間往往非常細小,要用顯微鏡才能看到。如果湊近觀察,這些看似光滑的皮膚可能更接近于月球的表面,到處是環形山與溝壑。何種微生物在哪塊皮膚上棲居取決于該區域是多油(比如面部)、濕潤(比如腋窩)還是干燥(比如前臂)。汗腺和毛囊里有獨特的微生物。有些細菌靠死去的皮膚細胞為 生,有些利用皮膚分泌的油脂維持濕度,還有一些可以抵御入侵的有害細菌或真菌。

說起鼻子,研究人員最近發現健康人的鼻腔內里生活著 許多典型的病原體,但是它們卻沒有致病。其中還有臭名昭著的金黃色葡萄球菌(Sta ph ylococcus aureus),它可能導至 癤子、鼻竇炎、食物中毒、血液感染,但是它也可以在鼻屋 里與人類和平共處,自顧自地營生。無論何時,人群里都有三分之一以上的人攜帶著它們。微生物在人體內最大的聚居地是消化道,這始于最上端 的口腔。如果你對著鏡子觀察,你馬上就可以發現口腔可以分成不同的區城,比如牙齒、舌頭、面頰以及口腔上顎,且每個位點都有許多不同的表面:舌頭的上下表面、牙齒的不同表面、牙齒與牙限的交界處??梢哉f,在你的口腔里,每個表面上都生活著完全不同的細菌群體。美國國立衛生研究院從2007年開始啟動了人類微生物組計劃(Human Mi- crobiome Proiec),為期5年,我們由此獲得了許多新知識, 該計劃的目標之一是從 242位健康的成年人體內提取微生物樣本,并對這些微生物的基因組進行測序分析。其中一個值得記住的結論是,雖然不同成年人所攜帶的細菌從整體上看非常相似,但每個人的菌群都有獨特之處。我們微生物組的差異遠遠大于基因組的差異。這是一個我們將要一再提及的 事實——我們的微生物是因人而異的。 盡管如此,還是有一 些一般性的組織原則適用于整個人體微生物群系,我們將在談到胃腸道的時候討論它們。

       在人類微生物組計劃中,口腔是重點取樣區域。好幾個科的微生物在多個口腔采樣位點都很常見,比如韋榮球菌屬(ilomellas)、鏈球菌屬(Srreprococci)、 卟啉單脆菌屬(Porphyromonads),但是它們的分布差異極大。而其他的 微生物只在非常有限的區域內出現。

       口腔中微生物最為富集的地帶是牙齦縫隙(gingival crevice),這里充滿了細菌,其中許多是厭氧微生物,它們不僅不喜歡氧氣,甚至會被氧氣殺死。這聽起來有悖常理———我們的口腔 每時每刻都有空氣通過,空氣中含有氧氣,怎么會有大量的厭氧微生物?但是事實的確如此。這告訴我們,口腔里有許多特殊的微環境,在這些微小的區城里 厭氧細菌可以茁壯生長。

       有沒有琢磨過為什么早晨剛剛醒來的時候你的口氣會不那么清新?那是因為在大部分睡眠時間里,你其實都在用鼻孔呼吸,因此經由口腔的空氣減少,厭氧微生物的數目上升。它們會分泌出許多揮發性的化合物,從而導致了“清晨口臭”。當你刷牙的時候,你就是在刷掉這些殘留物以及這 些細菌本身,它們的整體數量下降,總體分布改變直到第二天又開始新的循環。

       產生氣味的不止是口腔中的微生物,而是人體所有部位的微生物。在身體的某些部位。比如腋窩和腹股溝,微生物濃度非常高。其中占主導地位的微生物分泌出的味道更加令人不悅。盡管人類為控制這些異味發展出了一整套清潔護理產業,但這些氣味的產生并非偶然。從昆蟲到人類,每種生物體都具有其標志性的“微生物氣味”。這些氣味暗示我們誰是朋友、親人、敵人、愛人,抑或潛在的配偶,它們還告訴我們何時宜于同房。母親熟悉孩子的氣味,孩子也熟悉母親的氣味。氣味非常重要,而它們基本上都是微生物產生的。氣味甚至決定了我們是否招蚊子,一旦我們理解了這背后的原理,我們就可能利用這此知識來躲避或者驅趕這些害蟲。不過這已經不是本書要討論的主題了。

       在口腔里,你的牙齒、唾液、酶與友好細菌開啟了食物消化的第一一步。一旦食物離開口腔,它們就被送進了食管。 這是一個長長的管道,上承咽喉,下接胃部。一直以來,人們認為食管是無菌的。但在2004年,我們在其中發現了一個含有數十種微生物的群落,消除了這個誤解。

       食物然后進人胃部,在這里,胃酸和消化酶幫助著消化的進行。胃部是強酸環境,但其中仍然有細菌生活著,包括通常占主導地位的幽門螺桿菌(上已提及),其他的微生物 也可能存在.但是數量上要少很多。胃也會像甲狀腺之類的腺體那樣分泌激素。胃壁里有免疫細胞,能幫助抵御感染, 正如脾臟、淋巴結和結腸所做的那樣。幽門螺桿菌對于胃酸 的分泌、荷爾蒙的產生、免疫力的維持都發揮著作用。

       下一站,小腸。這是一個更長的管道,包含了消化吸收所需的重要成分——去污劑、 酶、轉運蛋白。大部分食物消化都發生在小腸,細菌當然也存在于此,不過數量相對較 少,大概是因為過多的微生物活動可能會干擾營養消化與吸 收的關鍵功能。

       最后,所有殘留的食物抵達了結腸,這里細菌如織,“菌山菌?!?。人體內的大多數微生物都寓居于這個邊境地 帶,數目極為驚人。每立方厘米結腸中所包含的細菌數量比 地球上的總人口都要多而你的結腸容積有幾千立方厘 米。在這個浩瀚的“細菌宇宙”里,細菌們密密麻麻地擁擠 在一一起,分泌多種化合物,陪伴你度過每一天的人生旅程。 你也許認為這不過是生命不得不完成的又一筆交易: 我們為 它們提供住所,它們幫助我們生活。但是這未免失之過簡。 許多人因為這樣那樣的疾病或者受傷而失去了結腸及其中所 有的細菌,但是他們依然可以健康地生活幾十年。因此,盡管結腸中的海量細菌非常有用,但它們并不是必需的(如前 所述,這并不適用于你的整個微生物群系一喪失了整個微 生物群系很可能導致災難性的后果)。結腸的微生物幫助降解素食纖維并消化淀粉。在一定意義上,所有抵達小腸末端的食物就已經被排出體外了,因為 你無法再消化它們。但是,結腸里饑餓的細菌還能進一步代謝許多殘留物質。舉例而言,蘋果中的纖維素不會被小腸消 化,卻能被結腸里的微生物利用。與此同時,這些微生物還分泌出一些短鏈脂肪酸,它們可以被腸壁細胞吸收并為人體所用。從這個意義上來說,這些微生物同樣滋養了你!

       結腸中寄居的微生物為我們提取的能量最多可以占到食物總能量的15%。如同我們身上棲息的所有微生物,它們不只是萍水相逢的過客——我們彼此幫助, 協同演化。在所有的哺乳動物中,即使是那些數千萬年前在進化上就已經分離開的物種,結腸微生物組成與功能依然非常相似。

       腸道環境溫暖潮濕,并且在緩慢蠕動著,不同的區域里住著功能各異的微生物。有些能分泌特殊維生素的微生物可能生活在特定的小角落里,而那些將淀粉分解為簡單糖類的 微生物可能生活在更大的社區里,這里當然會有競爭。正如在城市里,重要地段的停車位和私立學校的入學名額都廣受追捧。許多需要同樣營養物質的細菌都具有同樣的酶類,就像獅子與獵豹追捕同樣的獵物那樣,這些細菌也為相似的食物而激烈競爭。在我看來,許多細菌都渴望潛身于那柔軟的黏液層之下,它們為了避開胃酸或膽汁的暴風驟雨而競爭有限的庇護之所。與此同時,每天都有許多黏附在胃腸管道內壁的細胞被沖刷走,因此,今天的避難之地也許明天就成了流離之所。最后,當消化的終產物以糞便的形式離 開人體,大量的細菌細胞也隨著脫落的腸道內壁細胞一起 被裹挾而去??偟膩碚f,細菌及其殘骸還有水分構成了糞便的主體。

       為了更好地理解微生物對人體代謝的重要性,考慮 一下如下事實吧:你血液里幾乎所有的化學物質都是由微生物活動產生出來的。細菌同樣可以消化乳糖、合成氨基酸、分解草莓或者海苔(如果你愛吃壽司的話)里的纖維。

       微生物的產物可以作用于血管內特殊的受體,幫你穩定血壓(奇怪的是,這些受體也存在于你的鼻腔里)。這些感受器可以檢測到腸道微生物分泌的小分子,而對這些分子的反應則會影響血壓。因此,在你進食之后,血壓可能會降低。有朝一日,我們是否可以利用這些細菌來更好地治療高血壓呢?非常有可能。

       細菌也在代謝藥物。比如,全球有數百萬的人在服用地高辛,這是從植物毛地黃中提取的一種藥物,用于治療各種心臟疾病。腸道是地高辛化學加工的第一站,隨后地高辛被吸收。由于每個人的微生物群系組成不同,地高辛在腸道內的化學加工也因人而異,這決定了抵達血液的藥物量,并且會帶來不同的結果:若是劑量太低,藥物不會起作用;若是劑量太高,又會有副作用,導致心臟問題、改變色覺或者引起嘔吐。未來,醫生也許可以通過減弱或者強化腸道微生物來控制地高辛進人血液的劑量。

       有些腸道細菌可以合成維生素K,它對于傷口處的血液凝結不可或缺,但人體自身的細胞卻不能制造它。大約是因為細菌的效率更高,人體細胞干脆就依賴于細菌提供維生素K,而不必耗費能量興師動眾地親自合成它。因此,在原始 的人類身上,那些獲得了合成維生素K的細菌的人便比那些 需要自己合成或者從植物中獲取維生素K的人多了競爭優勢。在一定意義上,我們的祖先把這項關鍵的生理功能“承 包”給了細菌。我們為它們提供食物與住所,它們幫助我們 愈合傷口——一筆愉快的交易。

       有些微生物甚至可以合成“安定”(又名地西洋,一種 鎮靜性藥物)。重癥肝癌患者往往會陷人昏迷,但是如果給他們注射苯并二氮類(比如藥物安定)的抑制劑,他們就會 醒來。這是因為健康的肝臟可以分解腸道微生物分泌的天然 形式的安定,但是功能受損的肝臟卻不行,于是人體內微生物合成的安定就直接進人大腦,導致病人陷人昏迷。另外, 居住在新兒內亞高原的人們體內的微生物也有所不同。當地 人的食譜中90%都是紅薯,蛋白質含量很低——他們能以此 為生,全靠體內的微生物。新幾內亞原住民的腸道微生物能 利用紅薯中的糖類來合成蛋白質——這些微生物和根瘤菌一樣,它們固定空氣中的氮氣。并以此來制造氨基酸。

網絡轉載《消失的微生物》作者馬丁·布萊澤。


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