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        微生物獵人

        2019-10-18 03:53:24勞拉·恰帕羅
        海外文摘 2019年10期
        關(guān)鍵詞:免疫系統(tǒng)自閉癥北極

        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(guān)系的理解。據(jù)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(zhàn)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(huán)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(fā)現(xiàn)了如今最具影響力的科學理論之一——自然選擇下產(chǎn)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(huán)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(jīng)收集到了27751個樣本和超過22億組DNA序列?!斑@個項目的數(shù)據(jù)庫和研究結(jié)果,是面向所有人開放的?!痹擁椖康膮f(xié)調(diào)員,美國國家海洋和大氣局研究員盧克·湯普森如是說。

        新發(fā)現(xiàn)世界上仍有許多種微生物未被發(fā)現(xiàn),一組西班牙科學家在南極考察時發(fā)現(xiàn)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(chuàng)始人之一,經(jīng)過一番調(diào)研之后,他產(chǎn)生了組建這個項目的想法?!拔耶敃r正在研究海洋和陸地微生物的分布規(guī)律,我想知道,這些規(guī)律是否在地球上所有已知的環(huán)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(tài)學是否存在普遍規(guī)律,還試圖找到一些推動微生物多樣性和微生物生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的超級參數(shù)。

        | 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(huán)境之一——南極洲的麥克默多干谷,科學家們也發(fā)現(xiàn)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(huán)境,但在這片寒冷、干燥、營養(yǎng)貧瘠的土壤中,竟然存在著大量的微生物??茖W家們在南極的土壤樣品中發(fā)現(xiàn)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(wǎng)”——一個科學論文的數(shù)據(jù)庫平臺,同時搜索“北極”和“微生物”這兩個關(guān)鍵詞,只有353篇學術(shù)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(shù)百萬種微生物,需要有更多人來研究和關(guān)注北極的微生物?!?/p>

        專家發(fā)現(xiàn),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(zhuǎn)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(guān)系 |

        “地球微生物組計劃”正在對世界各地發(fā)現(xiàn)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(lián)合創(chuàng)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(shù)百萬年,遠遠超過了科學家們的研究周期?!?/p>

        除了研究不同生態(tài)系統(tǒng)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(guān)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(jù)估計,人體表面和內(nèi)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(shù)據(jù)庫迄今為止,“地球微生物組計劃”項目已經(jīng)收集到了超過22億組DNA 序列。下圖中,正在記錄數(shù)據(jù)的就是杰克·吉爾伯特,這一項目的聯(lián)合創(chuàng)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(guān) |

        人體內(nèi)有超過人體細胞數(shù)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(guān)。

        肥胖是一個熱門的公共衛(wèi)生話題,據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計,自1975年以來,世界肥胖人口數(shù)量已經(jīng)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(fā)現(xiàn),肥胖癥患者腸道和唾液中的菌群,都和一般人有所不同?!翱谇粌?nèi)的各種感覺,包括對食物味道和質(zhì)地的感覺,都會受到唾液的調(diào)節(jié)。”皮歐米諾對此解釋道。根據(jù)她的研究,肥胖癥可能和唾液中感知食物的微生物有關(guān)。

        過敏癥也困擾著全世界至少20%的人口,過敏的發(fā)生和人類的免疫系統(tǒng)有著直接聯(lián)系,而免疫系統(tǒng)的主要功能,就是管理人體與微生物的關(guān)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(tǒng)對無害的外來物質(zhì)做出過度反應,就會出現(xiàn)過敏,當免疫系統(tǒng)對身體做出錯誤反應,就會出現(xiàn)自體免疫性疾病?!彼?,過敏癥和自體免疫性疾病發(fā)病率的上升,問題都出在我們自身的免疫系統(tǒng)。

        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(chǎn)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(huán)境,在空氣、土壤、飲食和我們?nèi)粘=佑|的物品中,密布著各類微生物,其中絕大多數(shù)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(nèi)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(tǒng)的耐受力,以減少對無害外來物質(zhì)或自身發(fā)生反應,從而減少過敏和自體免疫性疾病的發(fā)生。但是隨著人類現(xiàn)代化的進程,我們現(xiàn)在的生活方式發(fā)生了巨大的改變,這導致我們的免疫系統(tǒng)和一些無害的微生物被人為地隔離了,現(xiàn)代人的免疫系統(tǒng)也因此更容易出現(xiàn)紊亂。

        比如,剖腹產(chǎn)出生的嬰兒,就無法像順產(chǎn)的嬰兒一樣,從母親的產(chǎn)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(chǎn)、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(tǒng)的平衡至關(guān)重要,這種影響將會一直持續(xù)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?!?/p>

        根據(jù)美國疾病控制和預防中心的數(shù)據(jù),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(tài)學家研究發(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn),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(chǎn)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(fā)育兒童的微生物組差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),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(nèi)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(fā)現(xiàn),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(wěn)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(xù)優(yōu)化治療的劑量和持續(xù)時間。

        “發(fā)現(xiàn)微生物群的潛力,是本世紀生物醫(yī)學領(lǐng)域最重要的挑戰(zhàn)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(shù)萬億種微生物面前是多么的渺小?!?/p>

        [譯自西班牙《真有趣》]

        責任編輯:劉婷

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