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人的体内正在进行生物大灭绝

时间:2019-07-08|栏目: 生物 • 医学 |点击:2

    虽然人体微生物组内的细菌不计其数、种类繁多,但现代人体内许多微生物种群已经消失。与原始部落的人相比,西方人体内的微生物多样性少了一半。

    人的体内正在进行生物大灭绝

    在委内瑞拉的亚马逊热带雨林,当地土著亚诺玛米人以木薯、棕榈芯、野生香蕉为食。这些人也仍然在使用11000年前的方法猎捕青蛙、猴子、貘(生活在东南亚和南美洲的哺乳动物)。亚诺玛米人一直传承着古老的文化,与现代化的外界隔离开来,这得以让生物学家研究工业食品与抗生素出现之前,人类的消化系统是什么模样。

    丢失的微生物

    2009年之前,亚诺玛米村庄还不被人所知,在研究者们偶然发现这里之后,他们从30名村民身上采集了粪便和皮肤样本。在培养和分析亚诺玛米人的粪便微生物后,科学家发现了工业化后现代人类肠道就不曾出现过的细菌种类。更令人惊讶的是,平均来说,西方人体内的微生物多样性大约只有亚诺玛米人的一半。

    人的体内正在进行生物大灭绝

    亚诺玛米人。图片来源:Wikipedia

    考虑到肠道菌群重要的消化和代谢功能,研究人员意识到,这座“亚诺玛米微生物宝库”可能在基础科学上具有重要意义。现代医学中,科学家认为微生物在疾病中起到了重要的作用,包括肥胖、糖尿病、炎症性肠病和痴呆症在内。这些疾病不仅缩短了人的寿命,还会加重健康系统负担(全球每年光是投入治疗肥胖的费用就高达2万亿美元)。然而,这些没有进入工业化社会的土著几乎没有此类烦恼。因此,研究人员想了解是否有哪种微生物在起作用,能不能利用这些微生物解决现代化的顽疾?

    “城市化进程是如此之快,”美国罗格斯大学的微生物学家Maria Gloria Dominguez-Bello说,她在2015年《科学进展》上揭示了“亚诺玛米微生物宝库”,“是我们的生活方式降低了微生物的多样性。”虽然还没人完全了解亚诺玛米人中究竟是哪些神秘微生物在起作用,但她认为科学家应该先采集、保存尽可能多的微生物,为未来的突破做准备。“我们不能再等下去了,”她说,“否则,我们将失去人类曾拥有的高度多样性的微生物群……或许在过去,我们知道如何利用微生物群来改善健康。”

    保存微生物的火种

    就在Bello发表亚诺玛米人微生物群两年多前,她差点丢失了全部的微生物收藏:她实验室的冷冻箱里装满了珍贵的标本,都是她花费大量时间从世界各地的人身上搜集来的。当飓风“桑迪”袭击美国东海岸时,她刚从波多黎各大学搬到纽约大学,当时整个实验室被洪水淹了,并导致了停电。她及时地将这些微生物转移到长岛的另一个储藏处,才勉强保住了她的微生物库。“我是幸运的,”她说,“但也是从这一事件中我意识到,保护微生物很重要,因为它们非常脆弱。”

    Bello在了解了世界末日种子库项目后,提出了一个问题:也许微生物在自然冷冻的条件下会更安全?世界末日种子库是一个保存植物多样性的储存设施,由挪威政府于2004年成立,坐落在距离北极大约700英里的挪威斯瓦尔巴特群岛上。种子库包含了来自全球超过100万种不同植物的种子,它们被安全地存储在一座山里,这里处于永冻土地带,能给种子提供天然的保护,此外种子库还会配上机械冷却系统。如果某些植物因环境灾难或人类农业而灭绝,这些种子可以重新拿出来复原该植物种群。Bello观察到,种子库与微生物的保存有很多相似之处。“他们在植物灭绝前就保存了种子。”

    2018年,Bello与加州大学圣地亚哥分校的Rob Knight等微生物研究人员共同创立了“微生物库信托基金”。去年十月,他们在一篇科学文章中宣布了他们的计划,“在人类进化的至少20万年里,微生物一直在我们祖先的身上繁衍生息,然而,现在我们却弄丢了一部分,这是我们亏欠后代的。”现在,许多来自委内瑞拉、挪威、中国香港、瑞士的科学家们都参与到了微生物库这个项目中。

    研究人员们正热情地开展这个项目。Knight说:“我来自新西兰,那里有许多物种都已经灭绝了,我清楚地认识到保护生物多样性的价值。一旦某一种群的最后一个样本死亡,那就真的无能为力了。”因此,Knight和他的同事决心要保存好微生物。他们的目标是不仅要从种子库的成功中吸取经验,也要通过自己的专业知识筛选微生物。

    人的体内正在进行生物大灭绝

    绘图:Daria Kirpach

    “微生物库需要建立在一个中立国家,有可靠和公正的规章制度和良好的环境来维护其运转,”Knight说。他们首先要做的就是让每个国家对微生物库放心——其不会被任何国家或公司不公平地利用。另外,微生物要保存在零下85.5摄氏度的环境下,这只能通过液氮制冷达到。目前看来,挪威和瑞士都是最佳的地点。

    而想要建立微生物库,资金也是一项挑战。末日种子库的修建花费了900万美元,鉴于氮气制冷的复杂性更高,建造和运转微生物库的成本可能超过种子库的10倍。

    当然,科学家在微生物库开放之前还有许多工作可以做。除了Knight和Bello,麻省理工学院的全球微生物群落保护协会(GMC)也在领导一项大型项目,他们从世界各地的一些发展中国家收集粪便样本并储存肠道微生物。目前,他们已经拥有了超过11000种菌株,并发现了60个以前未知的种属。

    “我们期待研究小组之间能够密切合作,”Knight说,“微生物库项目将成为一个永久的微生物档案,而GMC同样也在进行相同的工作。”换句话说,GMC能够让我们更加清楚微生物做了什么,而微生物库则可以在GMC需要的时候提供出微生物样本。

    究竟丢失了多少微生物?

    当Bello忙于微生物库的建设时,明尼苏达大学的计算生物学家Dan Knights正在收集泰国苗族人和美国双子城苗族移民的肠道菌群。自从泰国苗族人从东南亚来到美国,他们就饱受肥胖的折磨。虽然这可能是食谱的改变导致的(吃白菜和汉堡当然是有着天壤之别),但是Knights想要了解肠道微生物的改变是否也有责任。

    Knights的研究成果发表在了去年十一月的《细胞》上,结果很是出乎意料。“当人们搬去一个新的国家,他们体内原来的微生物开始消失,而且几乎是立刻就获得了新国家的微生物,”他说。实际上,内在的微生物群要比外在的饮食改变还要迅速,考虑到微生物群在代谢中有重要作用,这种转变或许也能解释为什么体重突然增加了。

    人的体内正在进行生物大灭绝

    图片来源:pixabay

    目前,Bello还无法验证她研究中的微生物是不是真的这么脆弱,更不用说建立微生物库了。甚至完全可能存在这样的情况:这些亚诺玛米人也不再像十年前一样,拥有那么多样的微生物。因为医务人员曾向他们提供过抗生素,显然,除开Bello十年前第一次遇到他们时冷冻的那一批微生物,亚诺玛米人体内的微生物都会受到抗生素的影响。

    公众现在也开始逐渐流行关注肠道健康,但Knights的研究也揭示了这里面的一些问题。比如,你可以花几百美元让某些公司对你的微生物群进行测序,他们也能提供让你保护特定类型微生物的饮食建议。这些或许能在表面上改善健康,但是对健康的促进是很有限的。因为,目前的微生物多样性的基准都来自于西方人的肠道普查,这意味着我们在接受健康建议时,已经排除掉了人体曾有的许多益生菌,我们甚至都不知道有哪些益生菌从西方人体内消失了。

    像Bello一样,Knights也认为建立微生物库是必要的,他将其视为全球后备的肠道系统,可用于人们“提取”所需的微生物。但是Knights也将其想像成一个全球微生物图书馆。“捐赠的微生物是给未来子孙的礼物,”她说道,“这是传递基因的另一种方式,人类的基因会遗传给自己的孩子,但有一天,你的微生物组基因可能会在数百万人身上找到归宿。”

    文章来源:

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

    原文标题《一场生物大灭绝正在你体内上演》

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