百歐博偉生物：我們的身體由大約30萬(wàn)億個(gè)人體細(xì)胞組成，但它們也擁有大約39萬(wàn)億個(gè)微生物細(xì)胞。這些在我們的腸道、口腔、皮膚和其他地方的細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物和真菌群落——統(tǒng)稱為人類微生物組——不僅由貪吃者和潛伏的病原體組成。相反，隨著科學(xué)家越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，這些微生物形成了對(duì)我們健康至關(guān)重要的生態(tài)系統(tǒng)。越來(lái)越多的研究旨在了解這些微妙系統(tǒng)的破壞如何剝奪我們所需的營(yíng)養(yǎng)，干擾食物的消化，并可能引發(fā)我們身心的痛苦。
但我們對(duì)微生物組仍然知之甚少，以至于我們才剛剛開(kāi)始回答一個(gè)更根本的問(wèn)題：這些微生物來(lái)自哪里？它們會(huì)像感冒病毒或胃病一樣從其他人那里傳播嗎？
現(xiàn)在，對(duì)人類微生物群傳播進(jìn)行的最大規(guī)模、最全面的分析提供了一些重要的線索。意大利特倫托大學(xué)(University of Trento)的基因組學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌群在人與人之間廣泛傳播，尤其是在那些經(jīng)常在一起的人之間。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在今年1月的《自然》雜志上，填補(bǔ)了我們對(duì)人類如何在一生中組裝和重組微生物群的理解上的重要空白。
其他科學(xué)家對(duì)這項(xiàng)研究表示贊賞。西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)和基因組科學(xué)副教授何塞·克萊門特·利特蘭（Jose Clemente Litran）稱贊這項(xiàng)工作“出色”，并表示它首次明確衡量家庭成員或同居者之間的分享程度。
這項(xiàng)研究還引發(fā)了關(guān)于微生物是否可以提高或降低我們患糖尿病或癌癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)的有趣猜測(cè) - 從而為通常不被認(rèn)為具有傳染性的疾病帶來(lái)傳播維度。對(duì)于不列顛哥倫比亞大學(xué)微生物學(xué)教授布雷特·芬利（Brett Finlay）來(lái)說(shuō)，他在2020年為《科學(xué)》雜志撰寫(xiě)了一篇關(guān)于這種可能性的評(píng)論，這些發(fā)現(xiàn)“最終確認(rèn)一件事，即非傳染性疾病可能不應(yīng)該被稱為這種疾病。
深不可測(cè)的多樣性
微生物組就像指紋：如此多樣化，以至于沒(méi)有兩個(gè)人可以擁有相同的指紋。它們也是令人難以置信的動(dòng)態(tài) - 在一個(gè)人的一生中增長(zhǎng)，縮小和進(jìn)化如此之多，以至于嬰兒的微生物組在他們長(zhǎng)大時(shí)看起來(lái)會(huì)大不相同。在西化社會(huì)中，90%以上的人群中發(fā)現(xiàn)了少數(shù)微生物物種，但大多數(shù)物種存在于20%至90%的人中。（即使是大腸桿菌，這可能是大多數(shù)人能說(shuō)出的唯一腸道細(xì)菌，也低于90%的頻率。研究表明，非西方化社會(huì)的微生物種類更加多樣化，微生物組的變異性更大。
在一個(gè)群體中，任何兩個(gè)隨機(jī)選擇的個(gè)體通常只有不到一半的微生物組物種是共同的——平均而言，腸道微生物組成的重疊在 30% 到 35% 之間。微生物學(xué)家爭(zhēng)論是否存在所有健康人都有的“核心”微生物物種，但如果存在，它可能占總數(shù)的個(gè)位數(shù)百分比。
我們的口腔是各種微生物的家園，例如真菌曲霉菌（左）以及從嘴唇和牙齒之間收集的這三種細(xì)菌樣本。
然而，確定微生物在人與人之間傳播的頻率是一個(gè)比尋找物種更棘手的問(wèn)題。單個(gè)物種可以由許多不同的菌株或遺傳變異組成。因此，研究人員需要能夠通過(guò)觀察微生物組樣本中的基因來(lái)識(shí)別單個(gè)菌株。在人類微生物組中，可能存在200萬(wàn)到2000萬(wàn)個(gè)獨(dú)特的微生物基因，微生物不斷重新洗牌它們的基因，突變和進(jìn)化。
這就是為什么了解微生物組中的大量細(xì)胞如何傳播“比學(xué)習(xí)如何追蹤一種病原體的傳播要困難得多，”特倫托大學(xué)博士后研究員，新研究的第一作者M(jìn)ireia Valles-Colomer說(shuō)。直到最近，通過(guò)人群追蹤菌株是不可能的。
2010年，當(dāng)尼古拉·塞加塔（Nicola Segata）作為哈佛大學(xué)的博士后首次開(kāi)始為人類微生物組計(jì)劃分析大量遺傳數(shù)據(jù)集時(shí)，可用的工具缺乏確定人類微生物組中哪些物種所需的分辨率。他們可以確定微生物所屬的一般分類群，但這就像將某人的位置縮小到美國(guó)中西部一樣。
在接下來(lái)的幾年里，各種實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了社會(huì)互動(dòng)和近距離生活影響靈長(zhǎng)類動(dòng)物和小鼠微生物組的證據(jù)。對(duì)巴布亞新幾內(nèi)亞和其他地方相對(duì)孤立的人群進(jìn)行的人類研究也發(fā)現(xiàn)了微生物共享的特征。有些人甚至發(fā)現(xiàn)了寵物可能傳播的痕跡。但由于這些研究的局限性，目前尚不清楚發(fā)生了多少傳播，以及它是否在任何地方都以相同的程度發(fā)生。
在Segata于2013年在特倫托大學(xué)建立實(shí)驗(yàn)室后，這種情況發(fā)生了變化。他和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始創(chuàng)建和改進(jìn)宏基因組學(xué)工具，可以區(qū)分同一物種的菌株，這使得更詳細(xì)地研究微生物組傳播成為可能。
Segata于2018年開(kāi)始通過(guò)分析母親及其嬰兒的微生物來(lái)探索這個(gè)問(wèn)題。Segata說(shuō)，他的小組的研究結(jié)果和其他幾項(xiàng)研究證實(shí)了早先的懷疑，即從母親到嬰兒的大量傳播，以至于母親“在出生時(shí)就印上了微生物組”。最近的研究表明，母親在幾年內(nèi)繼續(xù)塑造嬰兒的微生物組。
但是微生物組的多樣性在童年和成年之間發(fā)生了顯著變化，因此母親的早期遺傳“并不能解釋我們?cè)诔赡耆松砩峡吹降奈⑸?，”Segata說(shuō)。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，研究人員在很大程度上排除了新微生物來(lái)自人們吃的食物的可能性，因?yàn)檫@些微生物不能很好地定植腸道。
所以“它必須是傳播，”Segata說(shuō)。“一定是我們腸道中的東西來(lái)自其他人的腸道。
與家人和朋友分享
對(duì)于微生物組的新的全球分析，Segata，Valles-Colomer和他們的同事磨練了他們的工具，足以識(shí)別以前未知的物種和同一物種的不同菌株。他們檢查了來(lái)自五大洲20個(gè)國(guó)家的9700多個(gè)糞便和唾液樣本，代表了生活方式非常多樣化的社區(qū)，涵蓋了人類壽命的全部范圍和許多不同的生活安排。他們追蹤了家庭、室友、鄰居和村莊之間的80多萬(wàn)種微生物，并計(jì)算了共享物種中相同菌株的百分比。
正如他們所預(yù)料的那樣，他們發(fā)現(xiàn)在生命的第一年，母親和嬰兒之間發(fā)生了最多的菌株共享 - 在嬰兒腸道中發(fā)現(xiàn)的共享物種中約有50%是從母親傳播的菌株。母親的影響力隨著時(shí)間的推移而減弱——從3歲時(shí)的27%下降到30歲的14%——但并沒(méi)有消失。中國(guó)的一些老年人被證明仍然與他們幸存的百歲母親分享壓力。
對(duì)于梅奧診所（Mayo Clinic）的免疫學(xué)家維娜·塔內(nèi)賈（Veena Taneja）來(lái)說(shuō)，研究結(jié)果中更令人驚訝的花絮之一是，盡管陰道出生的嬰兒比剖腹產(chǎn)出生的嬰兒與母親共享更多的菌株，但這種差異在三歲時(shí)消失了。她說(shuō)，“人們從中受益”，通過(guò)剖腹產(chǎn)出生的嬰兒可能更容易患上某些疾病。但研究結(jié)果表明，也許這“不應(yīng)該是一件大事”。
（本月發(fā)表在Cell Host&Microbe上的一項(xiàng)新研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)剖腹產(chǎn)出生的嬰兒比陰道出生的嬰兒接受的母親微生物組更少，但他們并沒(méi)有錯(cuò)過(guò)，因?yàn)樗麄儚哪溉橹蝎@得了更多的微生物。
隨著年齡的增長(zhǎng)，我們微生物組的很大一部分繼續(xù)來(lái)自與我們住在一起或附近的人。不出所料，Segata及其同事的研究發(fā)現(xiàn)，配偶和其他身體上親密的伴侶共享許多微生物：他們共享的腸道物種中有13%屬于同一菌株，38%的共享口腔物種也是如此。
但柏拉圖式生活在一起的人也不差太多，有12%的人有共同的腸道物種，32%的人有共同的口腔物種。這是因?yàn)?，正如Segata、Valles-Colomer和他們的團(tuán)隊(duì)所發(fā)現(xiàn)的那樣，傳播的唯一最重要的決定因素是在一起的時(shí)間。住在同一屋檐下的人分享的菌株最多，但即使是住在同一個(gè)村莊的人也往往比相隔較遠(yuǎn)的人有更多的共同菌株。菌株共享的頻率在不同社會(huì)中是一致的，但該團(tuán)隊(duì)確實(shí)證實(shí)了之前的發(fā)現(xiàn)，即非西方化國(guó)家的人往往擁有更多樣化的微生物群。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，共同持有的菌株可能會(huì)丟失。一起長(zhǎng)大的雙胞胎有大約30%的水平，在分開(kāi)生活30年后下降到10%左右。
Segata認(rèn)為，大多數(shù)其他共享物種的品系也可能來(lái)自其他人 - 主要來(lái)自朋友或同事等親密接觸者，但也可能來(lái)自我們遇到的人，更短暫和隨意。（然而，寵物可能不是大的貢獻(xiàn)者：Segata說(shuō)，動(dòng)物大多擁有通常不會(huì)在我們身上定居或持續(xù)存在的微生物物種。
這些發(fā)現(xiàn)是迄今為止最有力的證據(jù)，表明我們與與我們相處時(shí)間最長(zhǎng)的人共享部分微生物組。作者能夠在全球范圍內(nèi)看到這種傳播模式，而不僅僅是在單個(gè)人群中，這一事實(shí)是“驚人的”，康奈爾大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授Ilana Brito說(shuō)。她補(bǔ)充說(shuō)，這些數(shù)據(jù)集非常嘈雜，在這些不同的生物體中發(fā)生了許多突變。但該團(tuán)隊(duì)成功地發(fā)現(xiàn)了“噪音中的信號(hào)”。
目前尚不清楚微生物組生物如何在人與人之間傳播。接吻和性行為解釋了其中的一些原因，但微生物也可以通過(guò)咳嗽和打噴嚏噴出的飛沫傳播，或者可以從受污染的表面撿起。關(guān)于哪些微生物比其他微生物更容易傳播，還有很多東西需要了解?；卮疬@個(gè)問(wèn)題對(duì)于理解微生物組生物可以傳播的想法的含義至關(guān)重要。
傳播健康或疾病
現(xiàn)在，共享的程度已經(jīng)揭示了獨(dú)特微生物的分布模式，我們可以研究疾病中發(fā)生的事情?！皬倪@個(gè)意義上說(shuō)，我認(rèn)為這項(xiàng)工作真的很重要，”克萊門特說(shuō)。
一些通常不被認(rèn)為是傳染性的疾病可能具有被忽視的傳染性。芬利說(shuō)，研究發(fā)現(xiàn)，許多患有不會(huì)在人與人之間傳播的疾病的人的微生物組似乎“搞砸了”。
例如，一些大腸桿菌菌株可能會(huì)釋放可能增加患癌癥風(fēng)險(xiǎn)的毒素?；加心承┙Y(jié)直腸癌的人，其微生物組含有更多的梭桿菌屬，往往預(yù)后較差，治療結(jié)果更差。影響體內(nèi)葡萄糖和胰島素水平的腸道微生物與肥胖和代謝綜合征甚至2型糖尿病等疾病有關(guān)。不平衡的腸道微生物組與神經(jīng)變性有關(guān)，理論上它可能在阿爾茨海默病等大腦疾病中發(fā)揮作用。
生活在人類腸道微生物組中的無(wú)數(shù)生物種類包括細(xì)菌Fusobacterium nucleatum，古細(xì)菌Methanobrevibacter smithii，細(xì)菌Verrucomicrobium spinosum和細(xì)菌Escherichia coli。
“如果這些疾病至少部分依賴于微生物組，然后微生物組至少部分傳播，那么這些疾病至少部分傳播，”Segata說(shuō)。
但是“了解某種微生物組導(dǎo)致[疾病]風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量，這是一個(gè)困難的問(wèn)題，”克萊門特說(shuō)。即使是大多數(shù)發(fā)現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)的研究也無(wú)法區(qū)分微生物是否會(huì)導(dǎo)致這種疾病，或者只是發(fā)現(xiàn)更容易定植一個(gè)有疾病風(fēng)險(xiǎn)的人。
如果增加非傳染性健康問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)的“壞”微生物可以在人與人之間傳播，那么理論上降低這些風(fēng)險(xiǎn)的“好”微生物也可以傳播。一些研究表明，微生物可以保護(hù)哮喘和過(guò)敏等疾病，尤其是在早期生活中。故意分享健康的微生物組片段，例如通過(guò)糞便移植，已被證明在治療某些疾病和感染方面取得了驚人的成功，如艱難梭菌。
我們進(jìn)化到維持我們的微生物種群，因?yàn)槲覀儚闹惺芤娣藴\，科克大學(xué)和APC微生物組愛(ài)爾蘭生態(tài)學(xué)，食品和微生物組教授Jens Walter說(shuō)。這就是為什么沃爾特不相信我們共同的微生物可能導(dǎo)致疾病的假設(shè)，并且更多地被相反的想法所吸引，有時(shí)被稱為“老朋友”或衛(wèi)生假說(shuō)。它提出，在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，我們的微生物組可能有助于訓(xùn)練我們免疫系統(tǒng)的反應(yīng)。因此，現(xiàn)代抗生素和防腐劑使用的增加以及我們更高的總體清潔度可能會(huì)改變微生物組的組成，并為我們帶來(lái)更多的健康脆弱性。
與一個(gè)世紀(jì)前相比，“我們絕對(duì)不會(huì)在當(dāng)今世界更容易傳播微生物，”沃爾特說(shuō)。炎癥性腸病，多發(fā)性硬化癥，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和1型糖尿病 - 所有這些都被認(rèn)為是免疫疾病而不是傳染病 - 在傾向于廣泛使用抗生素和防腐劑的西方社會(huì)中更為普遍。
共享的有益或有害影響可能取決于共享哪些物種和菌株，這仍然有點(diǎn)黑匣子。布里托說(shuō)，我們還應(yīng)該考慮到，影響我們健康的可能不是我們微生物組中的單個(gè)生物，而是它們一起傳播的社區(qū)。某些生物在一種社區(qū)環(huán)境中可能比另一種社區(qū)更重要。
Segata，Valles-Colomer和他們的團(tuán)隊(duì)在他們的研究中只分析了健康個(gè)體，但在他們正在進(jìn)行的研究中，他們正在將他們的宏基因組工具應(yīng)用于疾病患者的數(shù)據(jù)集，看看這些發(fā)現(xiàn)是否闡明了健康與微生物組之間的聯(lián)系。
他們目前還從三個(gè)日托中心抽取數(shù)據(jù) - 來(lái)自嬰兒及其父母，兄弟姐妹，寵物和老師。研究人員希望弄清楚微生物是如何傳播的，以及特定的腸道和口腔微生物在人與人之間跳躍需要多長(zhǎng)時(shí)間。
追蹤微生物組生物的傳播長(zhǎng)期以來(lái)一直被忽視，因?yàn)椤拔覀冋J(rèn)為它不會(huì)對(duì)我們的健康產(chǎn)生如此大的影響，”Valles-Colomer說(shuō)?，F(xiàn)在我們有了探測(cè)微生物組的技術(shù)，“我們看到它幾乎與任何疾病有關(guān)。
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