現代人體內，一場生物大滅絕正在上演？

繪圖：Daria Kirpach

雖然人體微生物組內的細菌不計其數、種類繁多，但現代人體內許多微生物種群已經消失。與原始部落的人相比，西方人體內的微生物多樣性少了一半。許多科學家已經開始構建人類的微生物庫，為子孫後代保留微生物火種。

撰文 Jonathon Keats

翻譯 董依明

編輯 楊心舟

在委內瑞拉的亞馬遜熱帶雨林，當地土著亞諾瑪米人以木薯、棕櫚芯、野生香蕉為食。這些人也仍然在使用 11000 年前的方法獵捕青蛙、猴子、貘（生活在東南亞和南美洲的哺乳動物）。亞諾瑪米人一直傳承著古老的文化，與現代化的外界隔離開來，這得以讓生物學家研究工業食品與抗生素出現之前，人類的消化系統是什麼模樣。

丟失的微生物

2009 年之前，亞諾瑪米村莊還不被人所知，在研究者們偶然發現這裡之後，他們從 30 名村民身上採集了糞便和皮膚樣本。在培養和分析亞諾瑪米人的糞便微生物後，科學家發現了工業化後現代人類腸道就不曾出現過的細菌種類。更令人驚訝的是，平均來說，西方人體內的微生物多樣性大約只有亞諾瑪米人的一半。

亞諾瑪米人。圖片來源：Wikipedia

考慮到腸道菌群重要的消化和代謝功能，研究人員意識到，這座「亞諾瑪米微生物寶庫」可能在基礎科學上具有重要意義。現代醫學中，科學家認為微生物在疾病中起到了重要的作用，包括肥胖、糖尿病、炎症性腸病和痴呆症在內。這些疾病不僅縮短了人的壽命，還會加重健康系統負擔（全球每年光是投入治療肥胖的費用就高達 2 萬億美元）。然而，這些沒有進入工業化社會的土著幾乎沒有此類煩惱。因此，研究人員想了解是否有哪種微生物在起作用，能不能利用這些微生物解決現代化的頑疾？

「城市化進程是如此之快，」美國羅格斯大學的微生物學家 Maria Gloria Dominguez-Bello 說，她在 2015 年《科學進展》上揭示了「亞諾瑪米微生物寶庫」，「是我們的生活方式降低了微生物的多樣性。」雖然還沒人完全了解亞諾瑪米人中究竟是哪些神秘微生物在起作用，但她認為科學家應該先採集、保存儘可能多的微生物，為未來的突破做準備。「我們不能再等下去了，」她說，「否則，我們將失去人類曾擁有的高度多樣性的微生物群……或許在過去，我們知道如何利用微生物群來改善健康。」

保存微生物的火種

就在 Bello 發表亞諾瑪米人微生物群兩年多前，她差點丟失了全部的微生物收藏：她實驗室的冷凍箱里裝滿了珍貴的標本，都是她花費大量時間從世界各地的人身上搜集來的。當颶風「桑迪」襲擊美國東海岸時，她剛從波多黎各大學搬到紐約大學，當時整個實驗室被洪水淹了，並導致了停電。她及時地將這些微生物轉移到長島的另一個儲藏處，才勉強保住了她的微生物庫。「我是幸運的，」她說，「但也是從這一事件中我意識到，保護微生物很重要，因為它們非常脆弱。」

Bello 在了解了世界末日種子庫項目後，提出了一個問題：也許微生物在自然冷凍的條件下會更安全？世界末日種子庫是一個保存植物多樣性的儲存設施，由挪威政府於 2004 年成立，坐落在距離北極大約 700 英里的挪威斯瓦爾巴特群島上。種子庫包含了來自全球超過 100 萬種不同植物的種子，它們被安全地存儲在一座山裡，這裡處於永凍土地帶，能給種子提供天然的保護，此外種子庫還會配上機械冷卻系統。如果某些植物因環境災難或人類農業而滅絕，這些種子可以重新拿出來複原該植物種群。Bello 觀察到，種子庫與微生物的保存有很多相似之處。「他們在植物滅絕前就保存了種子。」

2018 年，Bello 與加州大學聖地亞哥分校的 Rob Knight 等微生物研究人員共同創立了「微生物庫信託基金」。去年十月，他們在一篇科學文章中宣布了他們的計劃，「在人類進化的至少 20 萬年里，微生物一直在我們祖先的身上繁衍生息，然而，現在我們卻弄丟了一部分，這是我們虧欠後代的。」現在，許多來自委內瑞拉、挪威、中國香港、瑞士的科學家們都參與到了微生物庫這個項目中。

研究人員們正熱情地開展這個項目。Knight 說:「我來自紐西蘭，那裡有許多物種都已經滅絕了，我清楚地認識到保護生物多樣性的價值。一旦某一種群的最後一個樣本死亡，那就真的無能為力了。」因此，Knight 和他的同事決心要保存好微生物。他們的目標是不僅要從種子庫的成功中吸取經驗，也要通過自己的專業知識篩選微生物。

繪圖：Daria Kirpach

「微生物庫需要建立在一個中立國家，有可靠和公正的規章制度和良好的環境來維護其運轉，」 Knight 說。他們首先要做的就是讓每個國家對微生物庫放心——其不會被任何國家或公司不公平地利用。另外，微生物要保存在零下 85.5 攝氏度的環境下，這隻能通過液氮製冷達到。目前看來，挪威和瑞士都是最佳的地點。

而想要建立微生物庫，資金也是一項挑戰。末日種子庫的修建花費了 900 萬美元，鑒於氮氣製冷的複雜性更高，建造和運轉微生物庫的成本可能超過種子庫的 10 倍。

當然，科學家在微生物庫開放之前還有許多工作可以做。除了 Knight 和 Bello，麻省理工學院的全球微生物群落保護協會（GMC）也在領導一項大型項目，他們從世界各地的一些發展中國家收集糞便樣本並儲存腸道微生物。目前，他們已經擁有了超過 11000 種菌株，並發現了 60 個以前未知的種屬。

「我們期待研究小組之間能夠密切合作，」 Knight 說，「微生物庫項目將成為一個永久的微生物檔案，而 GMC 同樣也在進行相同的工作。」換句話說，GMC 能夠讓我們更加清楚微生物做了什麼，而微生物庫則可以在 GMC 需要的時候提供出微生物樣本。

究竟丟失了多少微生物？

當 Bello 忙於微生物庫的建設時，明尼蘇達大學的計算生物學家 Dan Knights 正在收集泰國苗族人和美國雙子城苗族移民的腸道菌群。自從泰國苗族人從東南亞來到美國，他們就飽受肥胖的折磨。雖然這可能是食譜的改變導致的（吃白菜和漢堡當然是有著天壤之別），但是 Knights 想要了解腸道微生物的改變是否也有責任。

Knights 的研究成果發表在了去年十一月的《細胞》上，結果很是出乎意料。「當人們搬去一個新的國家，他們體內原來的微生物開始消失，而且幾乎是立刻就獲得了新國家的微生物，」他說。實際上，內在的微生物群要比外在的飲食改變還要迅速，考慮到微生物群在代謝中有重要作用，這種轉變或許也能解釋為什麼體重突然增加了。

圖片來源：pixabay

目前，Bello 還無法驗證她研究中的微生物是不是真的這麼脆弱，更不用說建立微生物庫了。甚至完全可能存在這樣的情況：這些亞諾瑪米人也不再像十年前一樣，擁有那麼多樣的微生物。因為醫務人員曾向他們提供過抗生素，顯然，除開 Bello 十年前第一次遇到他們時冷凍的那一批微生物，亞諾瑪米人體內的微生物都會受到抗生素的影響。

公眾現在也開始逐漸流行關注腸道健康，但 Knights 的研究也揭示了這裡面的一些問題。比如，你可以花幾百美元讓某些公司對你的微生物群進行測序，他們也能提供讓你保護特定類型微生物的飲食建議。這些或許能在表面上改善健康，但是對健康的促進是很有限的。因為，目前的微生物多樣性的基準都來自於西方人的腸道普查，這意味著我們在接受健康建議時，已經排除掉了人體曾有的許多益生菌，我們甚至都不知道有哪些益生菌從西方人體內消失了。

像 Bello 一樣，Knights 也認為建立微生物庫是必要的，他將其視為全球後備的腸道系統，可用於人們「提取」所需的微生物。但是 Knights 也將其想像成一個全球微生物圖書館。「捐贈的微生物是給未來子孫的禮物，」她說道，「這是傳遞基因的另一種方式，人類的基因會遺傳給自己的孩子，但有一天，你的微生物組基因可能會在數百萬人身上找到歸宿。」

文章來源：

http://discovermagazine.com/2019/july/save-the-microbes

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