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细菌“小布丁”对我们的健康有什么影响?

人体是微生物的家园,里面有些微生物是如此奇特,它们不仅正在改写生命之树,还深刻地影响着我们的健康。

“什么?在我们自家的一亩三分地里还藏有神秘的生物?”看到这个题目你可能会叫起来。因为在很多人看来,人的身体里里外外都已被医生、科学家研究透了。要找神秘未知的微生物,非上天入地不可。?

但是,错啦!人体的秘密似乎到现在都还没有穷尽。不信吗?那就请往下读。

美拉娜菌:与光合作用的进化有关

差不多有39万亿个微生物寄生在人的体内和体表,而人体细胞才只有30万亿个。我们的皮肤每平方厘米上生活着10亿个细菌。单寄生在人类肠道中的微生物种类就多达2000种(具体到每个人,只有这个数字的1/10左右)。多年来,我们一直认为它们是有害的,但现在我们知道了,许多实际上是我们的盟友,与我们的健康密切相关。

直到几十年前,微生物学家都必须在实验室中培养,然后才能鉴定和研究它们。然而,绝大多数人体内的微生物不能在体外培养,因此严重限制了他们的研究范围。今天,他们另辟蹊径,发明了元基因组测序来解决这个问题。

元基因组测序用微生物的DNA来识别它们——即使它们不能离体培养。例如,从人类粪便样品中,科学家对几乎所有DNA片段进行测序,把序列信息先储存在电脑中,然后通过软件把它们一段一段拼接(虚拟拼接)回去,重建整个基因组。得益于这种技术,科学家在我们体内又发现了很多之前未知的微生物。

这些新发现真是出乎意料。例如,2013年美国的一个研究小组发现,我们的肠道内寄生着一种叫“美拉娜菌(美拉娜是希腊神话中黑暗水域女神的名字)”的全新微生物,它是蓝藻(或叫蓝细菌)的近亲。

在进化史上,蓝藻是最早出现的进行光合作用、制造氧气的单细胞生物,也是迄今所知唯一进行光合作用的微生物。它对于复杂生命的进化至关重要。譬如,植物之所以能进行光合作用,是因为它们将蓝藻融入其细胞中,变成了一个细胞器——叶绿体。这项进化史上的创举改变了地球的大气,为复杂生命(包括我们)的进化铺平了道路。但是蓝藻本身是如何进化来的仍是个谜,所以科学家一直在寻找与其相关的微生物,而美拉娜菌或许可填补这一空白。对其初步的研究表明,光合作用在生命史上出现得相对较晚。

更重要的是,美拉娜菌还可能在人类健康中发挥重要作用。2018年的一项研究表明,帕金森症患者肠道中的美拉娜菌比正常人要少。

人体上发现超小型细菌

就个头而言,美拉娜菌还属于正常的细菌,但我们体内还寄生着一大类超小型的细菌,它们在生命树上甚至有独立出来、自成一家的可能。

目前,生命树主干上的三个分支是:细菌、古细菌和真核生物。这三个分支的生物在我们身上都不缺。

细菌是我们身上最多的一种微生物,常见的有大肠杆菌、乳酸杆菌等。

古细菌表面上看起来像细菌,实际上却属于一个独特的门类,常见于一些极端环境(如高温的热液)。科学家一度认为像人体这样温和的环境,不太可能成为古细菌的栖息地,但2018年的一项研究表明,古细菌在人类阑尾和鼻腔中跟细菌一样丰富。

细菌和古细菌的体内没有成形的细胞核,所以又叫“原核生物”。细胞中有成形的细胞核的生物统称为“真核生物”。所有动、植物和真菌都属于真核生物。一些寄生虫,像钩虫、线虫、蛔虫会寄生在我们体内,脸部和头上则寄生着螨虫,所以我们身上也不缺真核生物。

但是最近一些年的研究表明,独立于细菌、古细菌和真核生物,生命树的主干似乎还存在着第四个分支,而这一分支的神秘微生物也同样存在于我们身上。

早在2010年,一个研究小组在人类的口腔中发现了两种罕见的细菌,TM7和SR1。后来发现,它们也存在于我们的肠道中。当拼凑出它们完整的基因组时,科学家惊讶地发现,它们的基因组都非常小,只及大肠杆菌基因组的四分之一。基因组小,意味着所含基因少。它们的基因少到如此的程度,甚至缺少一些被公认为是独立生命必需的基因。这意味着,它们只能寄生在其他细菌上,由别的细菌提供给它们自己无法制造的东西。

我们之前只听说过病毒需要寄生在细菌上,细菌寄生在细菌上可能还是头一回听说!

此后,科学家在自然界又发现了更多的小基因组细菌。最近几年,我们对这些奇怪的细菌有了更多的了解。在电子显微镜下观察,它们中有些个头实在太小了,不超过0.1微米(细菌的大小一般在0.5~1微米之间)。我们知道,一个细胞要想正常工作,体积不能太小;太小,就容纳不下生存所必需的“设备”了。而这些超小型细菌的尺寸就已经小到了极限。

对于这些细菌中的“小布丁”,该不该在生命树的主干上为它们另立一个分支,科学家们还有争议。目前它们被归到细菌的“潜在门分支(CPR)”。“潜在”的意思是它们暂时被归到细菌一类,但未来有另立门户的潜在可能。尤其重要的是,这些细菌“小布丁”种类是如此丰富:它们占到了细菌种类的一半左右。

在人体内,我们目前发现了三种不同类型的CPR细菌:TM7、SR1和GN02。在人的口腔、肠道、阴道和皮肤上都能找到它们的踪影。对4.8万年前尼安德特人牙石的研究表明,它们也存在于尼安德特人身上。

细菌“小布丁”影响我们的健康

这些细菌在我们身体上到底做什么?答案现在开始浮现了,而且似乎不妙。在健康人身上,CPR细菌在微生物群中所占比例通常不超过1%,但在患有某些疾病的人中它们的比例就高了。比如,在患有严重牙龈疾病的人中,20%的口腔微生物群都是CPR细菌。

那么,它们的大量存在是导致疾病的原因,还是疾病导致的结果呢?为了回答这个问题,美国生物学家麦克莱恩领导的一个小组在实验室成功培养出一种从人类口腔中提取的TM7菌株——TM7X,使得在显微镜下研究这种微生物成为可能——我们说过,这些细菌“小布丁”离开身体是很难培养的,所以TM7X迄今仍是唯一离体培养成功的CPR细菌。

研究人员发现,只有当TM7X和一种叫做“齿突放线菌”的口腔细菌(这种细菌的过度繁殖会引起炎症)一块时,他们才能对TM7X离体培养。在显微镜下的研究揭示了为什么两者必须一起生长:微小的TM7X原来只有寄生在较大的齿突放线菌表面才能存活。

有趣的是,当齿突放线菌被TM7X寄生之后,齿突放线菌会获得躲避人体免疫系统“侦察”的能力。这可能有助于解释CPR细菌与包括牙龈炎和肠炎在内的疾病之间的联系。这些病都是由细菌引起的。也许这些细菌被CPR细菌寄生后,免疫系统很难发现它们,所以就能快速繁殖,从而引发炎症。

可是另有证据表明,TM7X也能杀死齿突放线菌。

微生物之间这种相互依赖又相互制约的复杂关系,甚至有可能帮助我们找到治疗疾病的新方法。譬如,对于细菌引起的疾病,我们现在一般都使用抗生素。但抗生素是一种粗暴的药物,既会杀死有害的细菌,也会伤及有益的微生物。如果我们利用微生物之间这种微妙的关系,“以微生物控制微生物”,也许会取得更好的疗效。

总之,CPR细菌的发现,不论对于拓宽我们对生命的认识,还是对于治疗疾病,都是一个巨大的惊喜,其潜在的影响才刚刚开始。

拓展阅读

人体“动物园”

我们的身体简直就是微小生物的“动物园”,它们影响我们的健康,甚至精神状态。以下简单介绍几种。

睫毛螨

螨是一种蠕形的微小动物,形状像八条腿的鼻涕虫。它们是蜘蛛的近亲,最长只有0.4毫米。它们通常生活在我们的脸上和头上。它们会导致皮肤问题,如酒糟鼻。

肥胖细菌

每个人的人体肠道内平均含有160种细菌,总重量约1.5千克。在西方人群中,以厚壁菌和拟杆菌类细菌为主。它们分解碳水化合物,制造必需的营养素,如维生素B。肥胖者的厚壁菌似乎高于正常水平,而拟杆菌则低于正常水平。

死亡微生物群

包括艰难梭菌(可引起腹泻)和肉毒梭菌(可引起肉毒杆菌中毒)在内的细菌属于“死亡微生物群”,它们在活人体内也存在,在人死后则基本上是它们的世界了。

改变你主意的微生物

你的肠道细菌可能会影响你的精神状态:抑郁症患者的肠道微生物群中粪球菌和瘤胃球菌的数量都低于正常水平。

阿尔茨海默氏菌

牙龈卟啉单胞菌是引起牙龈疾病的主要细菌之一,有证据表明,它们在引起老年痴呆症中也起到很大的作用。

 

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