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发布时间:2020-08-09 16:12:27

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作者:(美) 奇普·基德,(美) 罗布·奈特,(美) 布伦丹·布勒,[美]巴里·施瓦茨等

出版社:中信出版社

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TED思想的力量系列(共11册)

TED思想的力量系列(共11册)试读:

目录

CONTENTS

封面

版权信息

为什么有的人特别招蚊子?

演讲的力量

你为什么而工作

我父亲是恐怖分子

安静的力量

爱情数学:如何用数学找到真爱?

我们为什么要去火星?

未来建筑的100种可能

像TED一样演讲

医学的真相

瞬间打动人心的设计

目录

CONTENTS

前言 为什么有的人特别招蚊子?

第一章 人体到底寄居着多少微生物?

第二章 微生物是父母给孩子最好的礼物

第三章 微生物与人类健康息息相关

第四章 微生物对情绪及行为的影响

第五章 打造更好的人体微生物环境

第六章 抗生素能频繁使用吗?

第七章 微生物与人类未来

附录 如何了解自己的微生物组

致谢

参考文献

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向我父母艾莉森(Allison)和约翰(John)的基因、想法和微生物致敬前言为什么有的人特别招蚊子?

关于你,我们已知:人类,双足动物,拥有高贵的理智、无限的才能,集万物之大成,从未仔细阅读过一份《最终用户许可协议》——只是勾选了复选框而已。现在来认识一下你的其他部分:数万亿的微小生物生活在你的眼睛里、耳朵里以及肠道里。我们体内的微观世界具备重新定义疾病、健康和人类自身的潜力。

由于新科技的出现,尤其是近几年涌现的新科技,科学家们如今比以往任何时候都更清楚地了解我们体内的微观生命形式,他们的研究成果更是让人瞪目结舌。单细胞生物,即微生物,不仅数量比我们想象的要庞大,几乎存在于身体的每一个角落和缝隙,而且作用比我们想象的更为重要,几乎关系着人类健康的方方面面,甚至连性格也受其影响。

这些存在于我们体内和体表的微小生物集合,被称为人类微生物群(human microbiota),它们的基因被称为人类微生物群组(human microbiome)。像许多科学突破性发现一样,发现微观世界这一事实,也打击了人类的自尊心。天文学告诉我们,地球不是宇宙的中心;进化论指出,人类只是哺乳动物中的一员。人类微生物组图谱则告诉我们,即使是在我们体内,也充盈了能够自行设定目标和安排日程的独立或共生的生命形式。

我们的体内究竟有多少微生物呢?人是由大约10万亿个人源细[1]胞组成的,但是人体携带着大约百万亿个微生物细胞。这意味着:你的大部分都不是你自己。

但我们并非只会招来传播感染的致病病菌的不幸的宿主。事实上,我们的生活与整个微生物组一直保持着平衡。这些小生物绝非懒惰的宿客,而是在我们生活的方方面面扮演着不可或缺的角色,包括消化、免疫反应甚至行为举止等。

我们体内的微生物群(community of microbes),其实更像不同社区的集合。不同组的微生物群寄宿在身体的不同部位,各司其职。寄生在嘴里的微生物与驻留在皮肤上或肠道里的微生物是截然不同的。我们的身体不是孤立的个体,而是一个完整的生态系统。

人体微生物的多样性甚至可以帮助解释某些身体的奇怪现象,而我们之前一直把它们归咎于运气的好坏。举例来说,为什么蚊子似乎更喜欢吸某些人的血?这些小家伙们很少咬我,但是我妻子阿曼达却颇受蚊子的青睐。事实证明,对蚊子而言,有些人的血液比其他人的更加美味可口。血液味道不同的一个重要的原因在于,我们的皮肤上有着不同的微生物群(更多详细说明请参见第一章)。

它们的作用还不止这些,因为不同人携带的微生物大相径庭。你可能知道,就人类遗传物质而言,我们几乎都是相同的,你与坐在你旁边的人的相似度为99.99%。但是,人与人在肠道微生物方面的差异就天上地下了——也许你们两人肠道内的微生物只有10%的相似度。

这些区别解释了人与人之间存在差异的原因——从体重不同到过敏源与过敏反应的不同;从我们生病的概率差异到焦虑程度不同。虽然我们才刚刚开始了解这个广阔的微观世界,但是这方面研究成果的影响却是深远的。

微生物世界的多样性真是令人难以置信,但下面的事实会让你更加兴奋:大约40年前,我们还不知道单细胞生物的数量和种类究竟有多少。在此之前,我们对归类世界万物的基本思想,来自出版于[2]1859年的查尔斯·达尔文所著的《物种起源》。达尔文勾勒出的进化树,是根据生物共有的身体特征来归类的,比如短吻雀、长喙雀,以此类推,这也成为我们归类物种的依据。

人类对生命形式的传统了解,基于裸眼或通过显微镜所看到的东西:较大的生物被归类为植物、动物和真菌;其余的单细胞生物被归类为原生生物和细菌。我们对植物、动物和真菌的概念是对的,但是我们对单细胞生物的了解完全是错误的。

1977年,美国微生物学家卡尔·乌斯和乔治·福克斯通过比较细胞层次的生命形式,运用rRNA(核糖体核糖核酸),绘制出了生命树。这种RNA(核糖核酸)与DNA(脱氧核糖核酸)相似,存在于每一个细胞中,可以用来制造蛋白质。卡尔·乌斯和乔治·福克斯揭露出一个令人震惊的事实:单细胞生物比所有植物和动物的总和还多。[1]事实证明,动物、植物和真菌;人类、水母和蜣螂;每一根海藻、每一片苔藓和每一棵高耸的红木;每一种地衣和蘑菇……我们的眼睛能看到的所有生命,都只出现在生命树树干末端的三个小树枝上。单细胞生物——细菌、古细菌(是由卡尔·乌斯和乔治·福克斯发现的)、酵母菌和其他细菌——在生命树上则占据着主导地位。

几年前,我们对人类体内微观生命的了解取得了惊人的突破。新技术(包括DNA测序技术)取得的进步,以及计算能力的井喷,成为取得突破的关键。现在,利用新一代测序方法,我们可以从身体的不同部位采集细胞样本,迅速分析里面包含的微生物DNA,并把全身样本细胞的信息结合起来,以识别寄居在我们身上的成千上万种微生物。我们发现细菌、古细菌、酵母和其他单细胞生物(如真核生物)共同拥有的定义其基因图谱的基因组,比我们人类的还要长。

然而,新的计算机遗传算法可以更容易地解释所有的遗传信息。具体来说,我们现在可以创建自己的微生物地图,并与身上不同部位的微生物组进行比较,也可以与其他人身上的微生物组进行比较。我们不断了解到的许多知识都来自人类微生物组项目。这个研究项目由美国国家卫生研究院(NIH)资助,耗资1.7亿美元。到目前为止,所资助的200多名科学家已经分析了至少4.5万亿字节的DNA数据。而这仅仅是一个开始,国际上其他组织和机构也都在努力,例如欧盟资助的科研小组“人类肠道元基因组计划”(MetaHIT)一直在补充和分析更多的数据。

这种分析的成本正在迅速下降,越来越多的人因而有机会了解寄居在其体内的微生物的多样性。大约100年前,如果你想了解自己的微生物组的构成,大概需要花费1亿美元。现在只需要花费100美元就可以获得这些信息——这么便宜,以至于可能不久微生物组的构成就会成为医生要求的常规医疗检测项目。

为什么医生想了解你的微生物组呢?因为新兴的研究表明,微生物和多种疾病之间存在着我们以前所不知道的联系,这些疾病包括肥胖症、关节炎、自闭症和抑郁症等。随着对这些联系的了解不断加深,我们也看到了未来治愈这些疾病的曙光。你能想到的任何事情,都会对微生物组产生影响:药物、饮食甚至你是否是家里最大的孩子,或者你有多少个性伴侣等。在下面的章节中,你将会了解到,微生物已经深深地融入我们生活的各个方面。是的,微生物正在重新定义人类。

[1] 值得注意的是,最近美国微生物科学院的报告称,通过增加人类细胞计数,这一比率被降低到了3:1。但无论哪种方式,我们的微生物细胞数量要远远多于人类细胞。详见网站:http://academy.asm.org/index.php/faqseries/5122-humanmicrobiome.

[2] 可以从古登堡计划的网站(www.gutenberg.org/fles/1228/1228-h/1228-h.htm)上获得。第一章人体到底寄居着多少微生物?

人体到底寄居着多少微生物?

如果按重量来算,中等体重的成年人身上大约有1.4千克的微生物。这个分量使微生物组成为人体内部最大的器官之一——与大脑重量相仿,比肝脏略轻。

我们已经知道,就细胞的绝对数量而言,人类体内的微生物细胞要远远多于人体细胞,比例高达10:1。如果用DNA来衡量会怎样呢?以这种方式来看,每个人身体里大约有2万个人类基因,但我们携带的微生物基因大约有200万到2 000万个。这意味着,从遗传的角度来说,我们所继承的基因99%都是微生物基因。

如果你想保留一点人类的尊严,那就把这当作一个严肃的问题来看待。每个人类细胞携带的基因数要多于微生物细胞数,但人体的微生物细胞基数甚大,这些微生物细胞所携带的不同种类的基因加起来,数目就要远超人类细胞基因数了。

我们携带的微生物数量繁多,种类复杂。大多数(而并非全部)微生物都是单细胞有机体,都属于生命树的三个主要分支。你可能会在自己的肠道里发现古细菌,这些单细胞有机体虽然没有细胞核,却能正常工作;其中最常见的就是产甲烷菌——这些没有氧气也可以生存的微生物,能帮助我们消化,并排出体内的甲烷(奶牛体内也有产甲烷菌)。再就是真核生物,如引发足癣的真菌,以及聚集在阴道、有时也寄居在肠道内的酵母菌。而其中最具优势地位的是细菌,如大肠杆菌,我们一般认为这是食用未洗净的菠菜而感染的一种疾病,但实际上它们存在于大多数人的肠道内,对人类有益无害。

在新技术的帮助下,我们每天都会发现这些微生物比我们已知的更加丰富多彩。这就与我们用粗眼拖网在大海里捕鱼,得到的结论是海洋生物只有鲸鱼和巨型乌贼一样。如今,我们在渔网之外发现了更多的鱼。例如,你可能会以为,寄居在你的肠道里的任何两种细菌都以你刚吃到肚子里的三明治为食,它们十分相似。事实上,它们的差别就如同海参与大白鲨的差别一样,这两种生物的行为方式、营养来源和生态作用都截然不同。

那么,我们身上所有的微生物到底寄居在哪里,它们到底在做什么呢?让我们通过仔细观察人类的身体来一窥究竟吧!皮肤

据说从战场返回的拿破仑一世,提前给约瑟芬皇后传去消息:“我明天晚上到达巴黎,你不要洗澡。”他喜欢心爱女人身上浓郁的气味。但是为什么身体会有味道呢?为什么我们不用肥皂、止汗剂、浴粉或香水的话,身体会发出臭味?这主要是因为微生物在尽情享用我们体表的分泌物,导致分泌物的臭味更浓郁。

科学家们仍在探讨,这些微生物在我们最大的器官——皮肤上寄居所产生的东西到底有什么用途。虽然用途方面尚不确定,但有一点是肯定的:它们让身体产生体味,包括那些吸引蚊子的气味。[1]蚊子之所以偏爱某些人身上的味道,微生物是始作俑者。这些微生物让皮肤产生的化学物质发生代谢变化,变成味道不同的挥发性有机化合物,蚊子对其中某些味道情有独钟。不同种类的蚊子偏爱不同的身体部位。对冈比亚按蚊 (一种主要传播疟疾的蚊子)来说,吸引它的味道来自手和脚而非腋窝。这就给了我们一个有趣的研究方向:在手脚上涂抹抗生素可能会抵御特殊蚊子的叮咬,因为只要杀死了微生物,就不会产生吸引蚊子的味道。

与身上其他的微生物一样,这些寄居在皮肤上的微生物也不是为了我们的利益而存在的。但是作为良性居民,它们实际上帮了我们很大的忙:只要它们寄居在我们的皮肤上,其他一些难对付的微生物就很难感染我们。不同身体部位的皮肤上寄居着不同的微生物,但寄居微生物的种类和数量并没有直接联系——腋窝和额头上寄居着许多微生物,但种类相对较少;相比之下,寄居在手掌和前臂的微生物虽然数量少,但种类很多。[2]女性手上的微生物组往往比男性手上的更加复杂,即便男人女人同时洗手,这种差异还是存在,这表明寄居的微生物组的不同可能源于寄主之间的差别,虽然具体原因目前尚不清楚。[3]

我们还发现,寄居在人类左手上的微生物与寄居在右手上的微生物也不尽相同。我们的双手会做相同的动作,如搓手、掰响另一只手的指关节以及触摸相同物体等,每个动作都能让不同的微生物组得以寄居。这激发了诺亚·菲勒(科罗拉多大学波尔得分校生态学教授,进化生物学教授)和我的兴趣,我们要尝试重现大规模生物学领域中最著名的发现之一。英国生物学家、人类学家阿尔弗雷德·罗素·华莱士等人提出了一个详尽的生物地理学理论,用来解释岛屿上生物的分布情况,以及物种多样性与岛屿面积之间的关系。[4]与达尔文同时代并且也提出了自然选择观点的华莱士,发现了一条至今仍存在于印度尼西亚和马来西亚国土上的分割线。这条分割线把亚洲动物区系(猴子、犀牛)从澳洲动物区系(鹦鹉、袋鼠)分离出来。我和菲勒都想知道,我们是否能够通过用户左手和右手触摸键盘而在键盘上留下的不同微生物来找到键盘上字母G和H之间的那条“华莱士分割线”,也就是区分键盘左右区的那条线。我们还想知道由于空格键比其他键要大,空格键上的微生物种类会不会比其他键上的多呢?

我们在研究中找到了那条分割线,但是我们惊讶地发现了一些更加值得注意的现象:每一个手指及其对应的按键上的微生物组本质上是相同的。我们现在能够把某个人的电脑鼠标与其手掌进行匹配,准确率超过90%。[5]寄居在你手上的微生物与其他人手上的是不一样的——就微生物的种类中值来说,你俩手上至少有85%的微生物是不同的——这就意味着每个人都拥有一套独一无二的微生物指纹。

我们做了进一步的研究,通过实验来了解人到底触摸某个物体多少次才会在上面留下可以被检测到的微生物痕迹。这个发现的科学性目前还得不到法庭取证方面的认可,但是犯罪类型的影视剧从这一发现中获得了灵感——我们应当说,影视剧稍微降低了取证标准——就在我们发表第一篇有关这个发现的论文之后,《犯罪现场调查:迈阿密》([CSI:Miami])就播出了一集以微生物法医学为前提的影视

[1]剧。

与此同时,法医微生物学家大卫·卡特最近从内布拉斯加州搬到了夏威夷州,他要在那里建立一个尸体农场。你可能会问,尸体农场?法医科学家在发现尸体时必须要弄清楚,该人已经死亡多长时间了。[2]在法医实验室里,以不同的死亡场景摆放着捐赠来的尸体,法医们每隔一段时间就检查一遍,以观察尸体到底是如何腐烂的。尸体上微生物的演替十分显著。就像裸露的岩石首先会被地衣覆盖,接下来按顺序会是苔藓、小草、杂草、灌木,最后是树木——植物腐烂的过程遵循着一个很容易就可以推测出的模式。

杰西卡·梅特卡夫是我在科罗拉多大学波尔得分校实验室里的一名博士后研究员,她用40只死老鼠建立了一个微型尸体农场(这些老鼠是在探索治疗心脏病和癌症方法的实验中死亡的)。她发现她能推算出放在玻璃箱里死亡3天以内的老鼠的具体死亡时间,这就像依据尸虫[6]来推算死亡时间一样精准。那么,为什么还要使用微生物来做推断呢?这是因为尸虫需要一定时间才能找到尸体,然而微生物一直都在人的身上,这可以让它们在没有尸虫的犯罪现场发挥作用。鼻子和肺部

接下来,让我们来观察一下人类的鼻子。人类的鼻孔里寄居着独特的微生物,其中就有金黄色葡萄球菌,这种细菌会给生病的人带来葡萄球菌感染。健康的人体内往往寄居着我们认为很危险的微生物。我们发现,人类鼻子里的其他细菌可以阻止金黄色葡萄球菌在鼻子里安家。另一个有趣的发现是,我们的生存环境极大地影响了寄居在鼻子里的微生物的类型。而且小孩子的鼻子里的微生物种类更多,例如那些住在农场或农场附近的孩子,长大后得哮喘症和过敏症的概率就很小。[7]事实证明,在泥里玩耍对健康是有好处的。

接下来说说肺部,我们通常只会在肺里找到死亡的细菌。[8]肺里接触空气的肺泡壁和毛细血管壁上含有多种抗菌肽,一旦有细菌附着在上面,这些微小的蛋白质就会将它们杀死。但是在病人体内,例如在那些患有囊胞性纤维症或感染人类免疫缺陷病毒 (艾滋病)的病人体内,有时医生们会发现一些诱发肺部疾病的有害微生物。[9]

人的喉咙里是否寄居着独特的微生物组,或者那些只是口腔微生物经过喉咙时所做的短暂停留,在科学上仍然是一个颇有争议的话题。[10]但是,我们可以证明,吸烟的人喉咙里的微生物和不吸烟的人喉咙里的微生物是不一样的——这大概可以证明吸烟不仅对人体有害,而且对生活在我们体内的微生物也有害。[11]口腔和胃部

你可能听说过寄居在口腔里的有害细菌,这些细菌会引发龋齿和牙周疾病。有一种有害细菌叫变异链球菌,它们喜欢腐蚀我们的牙齿。伴随着人类农业的发展,微生物也得到了进化,[12]我们饮食中的碳水化合物越来越多,尤其是糖类。就像我们不经意间驯化了老鼠,让它们习惯了以垃圾里的食物为生那样,寄生细菌也已经习惯在我们的身体里生活。幸运的是,大部分寄居在口腔里的微生物都对我们有益,它们会形成菌膜来抵挡有害细菌。口腔内的微生物通过生成一氧化氮(一种与氧化亚氮有关的化学物质,你可能在看牙医的时候接触过)这种化合物来放松我们的动脉,甚至帮助我们调节血压。

另一种细菌,被称为具核梭杆菌,通常存在于健康的口腔中,但也会诱发牙周疾病。[13]有趣的是,在罹患结肠癌的病人体内的肿瘤中也发现了具核梭杆菌。[14]我们不知道到底是具核梭杆菌引发了肿瘤,还是具核梭杆菌只是简单地适应了肿瘤所处的环境。寄居在口腔里的微生物种类也十分丰富。甚至同一颗牙的不同侧面也有自己独特的微生物组,这可能受许多因素的影响,包括与氧气的接触和咀嚼方式等。

胃里是一个高度酸性的环境,就像汽车的电池一样,只有少数几种微生物能在这里生存。但这些微生物非常重要,其中尤为重要的是幽门螺旋杆菌(或简写为H. pylori),这种微生物很久以前就寄居在人类的胃里了,所以我们可以依据胃里幽门螺旋杆菌的菌株来源判断人类种群的亲疏关系,以及他们在迁移时到底与哪些人群有过接触。[15]

幽门螺旋杆菌在溃疡的形成过程中起了很大作用,这些胃溃疡或小肠溃疡是由于胃壁粘膜和肠道粘膜被破坏,胃酸腐蚀人体组织而引起的。最初的症状表现为口臭、胃部有灼烧痛感,严重时会出现恶心、胃部两端出血等症状。多年以来,医生们把溃疡的成因归咎于压力和饮食,建议患者注意休息,禁食辛辣食物、酒精以及咖啡,并推荐牛奶和抗酸剂。虽然病人们的症状得到了缓解,但是极少有人完全康复。

在20世纪80年代,澳大利亚医生巴里·马歇尔和罗宾·沃伦发现,大多数溃疡实际上是由幽门螺旋杆菌感染引起的,可以用针对细菌的抗生素或化学药品铋来治疗。马歇尔对此结论信心十足,为了证实这一发现,他喝了含有幽门螺旋杆菌的培养液。这一行为虽然导致他得了胃炎,但他和罗宾·沃伦最终获得了诺贝尔生理或医学奖。

然而今天我们了解到,几乎超过半数的人体内都寄居着幽门螺旋杆菌。那么为什么不是所有人都会得溃疡呢?看起来幽门螺旋杆菌只是引起溃疡的许多危险因素之一:必要但不充分。其实很多人身上都寄居着幽门螺旋杆菌以及许多与疾病息息相关的细菌。微生物学的挑战和承诺之一,就是要弄清楚这些微生物突袭我们的方式及原因。肠道

接下来,让我们观察一下肠道。我们认为肠道是人体内最大也是最重要的微生物组聚居地。假设你是一个寄居在人体的微生物,那肠道就是身体这座大厦里的豪宅,有6~9米长,里面遍布角落和缝隙。这个环境对微生物十分有利:气候温暖、食物丰富、水源充足,还有一个便利的废物处理系统。我们的肠道拥有庞大的微生物种群和丰富的可用能源,就像繁华的纽约和盛产石油的沙特阿拉伯一样。

小肠负责吸收食物中的大部分营养,然后把它们输送到体内循环的血液中。大肠负责吸收水分,这里的有益微生物让来自小肠却未被消化的食物纤维发酵。这将释放更多的能量供人体使用。因为肠道与消化系统一起工作,所以肠道微生物在许多方面都在为我们的新陈代谢把关。它们有潜力来支配我们吃什么,可以从食物中吸取多少热量,能接触到哪些营养素和毒素,以及如何被毒品影响。

从科学上讲,肠道微生物组非常重要,而且我们很容易就能采集到样本。微生物们会自行抛弃一批微生物,这些微生物无论是死是活,通常会随着清晨的粪便排出体外。排泄物中所包含的微生物大多来自大肠末端,这些微生物距离肛门很近。[16]虽然寄居在大肠和小肠内的微生物之间存在差异,但通过对比不同个体,我们发现这些差异是极其微小的。[17]这就意味着,排泄物能很好地证明每个人的肠道内都存在着独一无二的微生物。

当然,从某些方面来看,我们对从排泄物中检测到的微生物的理解不够全面。例如,字面上看起来不好的大肠杆菌,已经获得了许多关注。它们偶尔以自己的方式从不太干净的餐厅厨房进入食物,但是它们本身并不具什么威胁性。我们听说过大肠杆菌,只是因为在排泄物中很容易就能找到它们。(如果你在肉类或蔬菜中发现大肠杆菌,这就意味着它们已经被排泄物污染了。)事实上,大肠杆菌并不是肠道活动的主要参与者,在大多数健康人体内,大肠杆菌只占万分之一。[18]其成名的原因是,它像杂草一样,生命力十分顽强,可谓细菌中的战斗机。同大肠杆菌一样,其他许多细菌在培养皿里也被培养得十分成功,这对我们理解微生物组起到了极为关键的作用:我们之所以能了解它们,是因为它们能在实验室里被培养。

肠道里的绝大多数微生物很容易发生变化,因此我们到现在还不知道如何在体外培养(即在实验室里培养)它们。这些肠道微生物,主要来自厚壁菌门和拟杆菌门这两大细菌群体,[19]它们对于消化食物和代谢药物来说十分重要,但也与许多疾病相关,包括肥胖症[20]、炎症性肠病、结肠癌、心脏病[21]、多发性硬化[22]以及自闭症[23]。这就是新一代基因测序技术掀起一场革命的原因——我们终于有能力看到以前无法看见的微生物了。生殖器

首先,我们得承认人类的无知:我们对阴茎携带的微生物还不甚了解。对于第一个观察到精子的荷兰科学家安东尼·范·列文虎克(对他的详细介绍,见后文延伸阅读“微生物简史”)所建立的微生物学领域来说,现代微生物学并没有更细致地观察男性的生殖器。然而,人们当前已经在此方面取得了一些进展。

我的一个同事针对青少年性传播疾病的风险,进行了一项非常重要的研究。他的工作的一小部分内容,就是观察青春期男孩阴茎内部和表面的微生物组。为此,他需要定期收集样本,在青少年每次发生性行为之后也要收集。他接到来自样本采集者打来的电话时,就会打扮成朋克风格——戴上他的长假发,穿上皮夹克,戴上金链子,然后开着研究专用的白色面包车去采集青少年阴茎上的样本。当然,这一切都是为了科学。而且孩子们所做的一切,都是由头脑冷静的家长签署了知情同意书并允许的。可能是因为会遭到嘲笑,这个领域的研究并不多;这就意味着我的这位同事在阴茎微生物组方面的研究,会在前列腺健康方面发挥重要作用。

然而,有关阴道微生物的研究却十分广泛。有欧洲血统的健康成年女性阴道内的微生物主要是几种乳酸菌。这些乳酸菌与酸奶中的乳酸菌不一样,但工作机制大体相同,它们可以产生乳酸来保持阴道酸性。马里兰大学微生物学和免疫学教授雅克·拉威尔的实验表明,某位女性阴道内的主要微生物组会随着时间的推移发生变化,比如在其经期,一种叫脱铁杆菌属的代谢铁细菌就会出现在阴道内,以经血为食。[24]女性阴道内的微生物,在其与新的性伴侣发生性行为后也会发生改变。

直到最近,许多针对阴道微生物的研究才开始关注性传播感染。科学家们已经研究了阴道微生物在细菌性阴道疾病中的作用,同时也检查了阴道微生物是否会帮助或阻止各种性传播疾病的蔓延,比如艾滋病病毒。

但事实证明,健康的阴道微生物组看起来各不相同。最新研究表明,不同的人种——如西班牙人、非裔美国人、高加索人和亚洲人——所拥有的健康的阴道微生物组是不一样的。正如我们看到的那样,从某些方面来说,阴道微生物决定着我们的命运。

[1] 《犯罪现场调查:迈阿密》第9季第2集。

[2] 如果想看关于尸体农场有用且有趣的介绍,可查阅作家玛丽·罗奇的《人类尸体的有趣故事》(Stiff:The Curious Lives of Human Cadavers)一书。第二章微生物是父母给孩子最好的礼物

如果你已为人父母,自然希望给予孩子的一切都是最好的。如果你是一个科学家,基于观测数据和统计分析,有时候你会对实验有非常具体的想法。而如果你像我一样,是一位研究体内微生物在婴儿出生前所扮演角色的科学家,你就会以不同寻常的方式,将这些想法付诸实践。

在我和妻子阿曼达热切期待我们的第一个孩子降生时,我们制订了一个非常详细的生育计划,这个计划是与一位临产助手共同完成的。但是孩子们,即使在出生前,都不怎么尊重生育计划。2011年11月2日,我也参与在内的人类微生物组项目编写团队,终于向主流科学杂志《自然》提交了阐述我们研究结果的两篇主要论文。这对我们来说是项长期战争,我和阿曼达为此付出了惨痛的代价。当天我们在家庆祝,由于阿曼达还怀着孕,因此我就代表我们两个喝了庆功酒——或者说代表我们3个人。当时距离我们女儿的预产期还有3个星期,尚有许多婴儿用品没有准备,不过这些都可以等到临产的早上再去买。

午夜时分,我们躺在床上准备睡觉的时候,阿曼达脸上突然露出了奇怪的表情。她起身站到地毯上,说:“我感觉羊水破了。”她拨通了医院的电话,医生让我们赶快去医院。我们急忙穿好衣服,跳上车,由阿曼达把车开到医院(因为我喝了酒),尽管我们家距医院只有2.5千米,但当时真是如坐针毡。产科医生证实,阿曼达的羊水确实破了,事实上,孩子就要出生了,比预产期提前了3周。我们说,好的,我们这就回去拿——连体衣、毛毯、奶瓶——那些我们需要却还没买全的婴儿用品。医生告诉我们,阿曼达要生完孩子才能离开医院。

这让我陷入了两难境地:虽然我觉得我迅速就醒了酒,但我还是不能开车。我叫了一辆出租车,但司机在找医院的途中居然迷路了(对出租车司机来说,我们所在的区不完全属于纽约市),开了一个小时也没到医院。因此,我跟司机说算了吧,我就自己带着所需的婴儿用品清单,在下雪天步行回了家。我把清单上所列的、已买的婴儿用品成功地装进了3个双肩包里,然后又步行回到医院。

一切都很顺利,至少看起来是这样的。但是在医院待了24小时之后,医生们却越来越担忧了。医生们告诉我们,我们的孩子有胎儿宫内窘迫现象。我们咨询了陪伴分娩的助产士,她觉得我们不要再期待顺产了,要依赖现代医学。我们的女儿是通过剖宫手术出生的,出生20分钟后我就抱着她了。但是今天的医学技术无法解决所有问题。当涉及宝宝微生物问题的时候,我们两个亲自动手,把阿曼达阴道内的微生物样本涂抹到了女儿身上。我们的孩子需要这些微生物。

当我们把这个故事告诉别人的时候,他们通常会提出3个问题。

问题一:为什么要告诉我们这个故事?这是因为我们正在练习什么时候把这个故事告诉女儿的舞伴。

问题二:你们到底是怎么做的?其实没有现成的办法,我们用无菌棉签(医用棉签)从阴道采集样本,然后把它们涂抹到女儿身体各处:皮肤、耳朵、嘴巴。如果是顺产的话,在她通过产道的时候,阴道里的微生物会自然而然地留在她的全身各处。

问题三:为什么你们认为这样做是一个好主意?这个问题提得很好,不过这需要花费一些时间来解释。

通过产道的时候,你从母亲那里获得了第一批微生物。而且有证据表明,甚至在你出生之前,母亲体内就为你准备好了微生物。在怀孕期间,几种特殊的乳酸菌[1]会成为女性阴道里的主要菌种。人类肠道微生物中高效微生物增多,它们可以从食物中吸收更多能量。遗憾的是,这些微生物很容易引起肠道炎症,尤其是在怀孕第9个月的时候,这种复杂的现象与其他问题联合作用,会引起腹泻和腹部绞痛。

我们怎么知道女人怀孕期间微生物会发生变化呢?排泄物和我们的小助手——实验室小白鼠——会给我们提供答案。由美国、芬兰和瑞典科学家组成的国际研究小组把从孕妇身上提取到的排泄物样本转移到养在无菌罩里的小白鼠身上——这些小白鼠身上没有其他任何细菌。小白鼠被分成两组。一组小白鼠接受的排泄物样本来自怀孕3个月的女性,而另一组小白鼠接受的样本来自怀孕9个月的女性。两组小白鼠都喂食相同的食物。研究结果表明:接受来自怀孕9个月的女性排泄物样本的小白鼠,体重比另一组重,还伴有一些怀孕期间经常会出现的代谢和免疫特征。[2]

通过把微生物移植到小白鼠身上,我们可以研究这些微生物的变化能否对怀孕产生影响,以及微生物是否是怀孕的催化剂。人类女性的肠道微生物组可能会改变,这样母亲就可以从饮食中吸收更多的能量和营养,并把这些能量和营养传递给自己的宝宝。这些肠道微生物也有可能正在准备把自己传递到胎儿那里。我们知道这种现象会出现在某些食物单一的动物身上,比如需要消化桉树叶的考拉和需要消化血液的吸血蝙蝠。

胎儿在子宫内的时候,身上是否存在微生物呢?目前人们对此还不是很清楚。有报道称,羊水或胎盘里的微生物与早产有关。[3]但是这些最初的发现并没有得到广泛关注。当前学界主流的看法是,健康的胎儿没有任何细菌。随着科学的进步,这种看法可能会因新数据的收集而发生改变。

人身上的第一批微生物可能在出生时才携带上——婴儿在通过母亲产道时获得了这些微生物,因为产道内壁上有阴道细菌。虽然不同的女性个体有不同的阴道微生物组,但在怀孕期间这些微生物组都进入了相同的状态。[4]如果我们相信,这些微生物会进化成一层保护膜来保护宝宝,这就讲得通了。这有点像漫画中描绘的场景,这个新生儿在翩翩起舞的蝴蝶和鸣禽的欢迎之下,来到这个世界。而实际上,婴儿是通过产道挤压才来到这个世界的——全身都是黏糊糊的,看上去像沾满了密密麻麻的微生物。

现在,我们假设婴儿身上的第一批微生物来自母亲的产道和阴道。如果婴儿不是以顺产这种方式出生会怎么样呢?剖宫产分娩率在许多国家都呈上升趋势,[5]这倒不是因为剖宫产可以降低内科并发症的发病率,而仅仅是因为手术很容易做。

纽约大学朗格尼医学中心的研究员玛丽亚·格洛丽亚·多明戈斯-贝洛主要研究人类婴儿的微生物组。我与多明戈斯-贝洛博士合作的研究结果表明,新生儿身上的微生物组看上去大致相同,这与成年人的情况不同——成年人身上有许多不同的微生物生态系统。如果婴儿是经由阴道出生,那他(她)身上的微生物就与母亲阴道的微生物组相似;如果婴儿是剖宫产出生的,那身上的微生物就与成人皮肤上发现的微生物相似,与顺产婴儿身上的微生物组完全不同。[6]剖宫产出生的婴儿更容易得许多与微生物或免疫系统相关的疾病,例如哮喘症[7]。不过目前许多研究都是相互冲突的,例如在解释肥胖症[8]、食物过敏[9]和过敏性疾病(一种皮疹)的成因方面,存在很大的分歧。[10]但如果您或您的孩子是剖宫产出生的,也不用惊慌,最有可能的结果就是你们会安然无恙,我们所谈论的诱发疾病的风险还是相对较小的。

然而,不接触我们所适应的微生物组就有可能出现健康问题,这是有一定道理的。过去一个世纪以来,每一个顺利成年的人都是经由产道出生的,而且身上都有一层微生物组形成的保护膜。这就是我们在女儿紧急剖宫产出生后,要给她涂抹阴道微生物组样本的原因:如果是顺产,她自然会得到这些。没有任何官方指南来教我们如何操作,我们就用棉签来涂抹。

我们还不知道这是否会对我们的女儿起作用——婴儿样本不能作为实际的统计数据。但是,我的实验室正在与多明戈斯-贝洛博士做一项试点研究,来测试微生物是否有更广泛的影响。在撰写本文时,我们已经能够确定,顺产和剖宫产的宝宝身上的微生物组自出生之日起就是不同的(一个加拿大团队也做了类似的研究[11]),尽管我们还没有足够的信息来确定这是否会影响以后的健康以及会如何影响健康。

我们也很难梳理出剖宫产和顺产对人体微生物的影响,因为一出生,人类身体的微生物组就会迅速发生变化,变得非常复杂。在出生的那一刻,所有经由阴道顺产的人身上都拥有非常相似的微生物组。但是到成年后,微生物组之间的差别会很大。

如果我们与别人身上的微生物差别非常巨大,你可能想知道我们与谁的最相似。与我们吃相同食物的人?与我们住在一起的家庭成员?与我们住在同一个城市或同一个大陆的人?事实证明,所有这些因素都会影响身体上的微生物组,而我们才刚刚开始发现一些比较重要的微生物。

微生物群(这些都是指微生物本身,而微生物组是指它们的基因)发展过程中最重要的时期之一就是我们的婴儿时期。康奈尔大学微生物学教授鲁思·雷与我的实验室一起进行了一项研究,从一个孩子刚出生的第一天起观察他的排泄物,一共观察了838天。[12]观察经由阴道顺产的婴儿们的排泄物,我们发现,他们的肠道微生物一开始就与女性阴道微生物组相似,最终发展成一个正常的成年人的微生物组。但在从婴儿到成年的这段时间里,体内微生物的变化真的很大!

随着孩子一天天长大,他们的排泄物中的微生物组的差异比两个健康成年人排泄物中的微生物组差异要大得多。在某种情况下,两个儿童从一周到下一周之间的体内微生物差异,比起我们在相关项目中观察的250个成年人之间的体内微生物差异还要大。从微生物学的角度来说,一开始男孩体内的微生物环境与熊很相似(由于熊的饮食以肉类为主,所以肠道微生物非常简单);而到最后,他们的微生物环境与猴子的很相似。一个显而易见的特点就是,在孩子因耳部受感染而接受抗生素治疗的时候,从微生物组来看,他不仅像另外一个人,而且看起来还像另一个物种。然而,在经过几个星期的恢复之后,他身上的微生物状态又与成人的类似了。这就涉及我们给孩子和自己注射抗生素的剂量和频率的问题了。

饮食也有助于塑造我们体内的微生物组,这种影响其实在很早的时候就开始显现了。接受母乳喂养与配方奶粉喂养的孩子,体内的微生物差别很大。吃母乳的婴儿可以接触母乳中的特殊微生物,以及母乳中能促进益生菌增长的特殊糖。当开始吃固体食物的时候,婴儿体内的微生物组会继续进化。大约在婴儿6个月时,相较于不同人体内的微生物组之间的差别,短期饮食的干预对体内肠道微生物组的影响非常小。但是,从长远来看,吃什么你就会变成什么样的人。通过观察为期一年的不同饮食的影响,我们发现肠道微生物组最大的变化之一,就是调节了两大主要细菌的平衡——一种是消化蛋白质的细菌,另一种是消化膳食纤维的细菌。[13]

这两类肠道细菌在种类繁多的微生物界也占据着十分重要的地位。生活在世界各地的人们,由于语言和文化的不同,肠道内寄居的微生物也有差异。拟杆菌属(大多寄居在家畜身上)的微生物在以肉食为主的人体内比较常见(我指的是美国人和欧洲人),而普氏菌属在以谷物为主的人体肠道内比较常见。[14]但是具体区别比这个要复杂得多。例如,美国人和欧洲人体内的微生物组差异就很大——即使来自国土面积较小的国家的人,比如西班牙人和丹麦人,也能用其体内的微生物来分辨居住地[15]——但是比起那些生活方式较为传统的人,他们彼此之间的相似程度更高。与美国人相比,生活在马拉维的农民(主食是玉米)和生活在委内瑞拉的农民(主食是木薯),由于他们的主食富含膳食纤维,因此体内的普氏菌属比较多。但是由于遗传因素和环境的影响,他们体内的微生物也存在差别。[16]即使在更小的范围内,人体内的微生物群也存在差异,例如,日本人的基因中有来自海洋的拟杆菌属,这种细菌能够分解肠道内的紫菜,这可能是因为日本人习惯吃寿司。[17][注:我的实验室研究发现,圣路易斯(美国密苏里州东部沿海城市)人的体内并没有拟杆菌属;[18]我想说的是,如果你在圣路易斯没有尝试过寿司,那么我就建议你不要吃寿司。]

你可能想知道饮食究竟是如何控制你的微生物组的。好吧,你一定会继续怀疑,尽管迄今为止的发现表明,微生物与饮食、营养不良、细菌感染和粉刺之间存在着千丝万缕的联系,但很少有研究会关注其内在原理。

接下来,让我们观察一下环境因素给微生物组带来的影响。在儿童时期,环境因素的影响尤为重大。你观察过小孩吗?他们的手指会接触任何东西,然后他们会把脏乎乎的手指塞到嘴里。事实证明,这并不完全是一件坏事。

在青少年时期,孩子们拥有的微生物组种类越多——比如那些有兄弟姐妹的孩子,家里有宠物的孩子,或者住在农场里或农场附近的孩子——他们出现免疫系统缺陷(如枯草热)的概率比在城市里长大的孩子越低。[19]即使是成年人,也与家人(包括我们的宠物)也共享了许多微生物。就像我们可以利用你留在电脑鼠标上的微生物来与你进行匹配一样,我们也可以利用你与别人共享的微生物来精确地把你和你的同居伴侣或者你的狗狗匹配起来。[20]

我们做的大多数事情都不会给我们的微生物带来多少改变,因为虽然我们的微生物组都在变老,但仍然是不同的。你身上的微生物组与幼儿园同桌身上的微生物组在上学第一天时就不一样;到你们俩都退休的时候,身上的微生物组还是不一样。我为我和阿曼达身上的微生物的每日变化情况制作了一个视频地图。我们每天都用棉签从身上采集微生物样本,一直持续了6个月。她为研究微生物组付出了很多,现在她已经停了下来,但我至少还要再研究5年。视频表明,在这6个月期间,我们身上的微生物还是有区别的,[21]虽然我们住在一起,而且有许多令人兴奋的性爱机会来实现微生物的交换。尽管微生物的数量每天都发生着巨大变化,但我们每个身体部位的微生物都是不一样的。我们在6个月中所做的不同的事情——去新的地方旅游、吃国外的美食等——并没有给我们身体的微生物组带来多少影响。

总体上说,人们肠道内的微生物组在年老的时候种类会更多。(至少这适用于健康的老年人:住在医院里的病人和健康状况比较糟糕的人体内的微生物组种类比较少。[22])然而,从另一个方面来看,生命最后几天与生命最初几天的微生物状况非常相似,比如大肠杆菌及相似的变形菌门细菌等,在我们老年和婴儿时期就比较常见。我们现在还不知道其中的原因,可能是因为变形菌门就像微生物组中的野草,繁殖得很快,所以会在老年人不太健康的肠道和婴儿不太成熟的肠道里繁殖。

如果你不得不更换体内的微生物组,你最想接受来自什么人的微生物呢——百岁老人、儿童还是与自己年龄相仿的人?百岁老人肠道内拥有十分健康的微生物组是极有可能的,这就是他们能活到这么大年纪的原因。但另一方面,寄居在他们肠道里的微生物已经做出了重大贡献,有可能正在挥动着自己最后的鞭毛,因此,将它们移植给别人是不可取的。同样,从年轻人体内移植微生物组看上去似乎是个不错的选择,你有可能会得到一个正常发育的年轻而富有活力的微生物组;但是,假设这个微生物在你年轻的时候对你有利,而到了年老的时候对你有害,那该怎么办?针对此种假设而做的研究很少。在这一点上,科学帮不了我们的忙。现在,你应该不太可能相信任何关于排泄物中的微生物移植实验了吧。(关于这方面的更多信息,详见第五章。)第三章微生物与人类健康息息相关

作为一名科学家和一个普通人,我对微生物定义与塑造人类的能力惊奇不已。我们越来越了解微生物,甚至还能影响微生物,但最让我兴奋的却是十分现实的前景,那就是它们可能被用来治疗疾病。

我们已经开始把人类身上的微生物与许多特殊疾病联系起来了,比较显著的有感染类疾病和炎症性肠病,不明显的有多发性硬化、自闭症和抑郁症。

值得一提的是,虽然我们知道微生物可能会引起某些特殊疾病,但这并不意味着我们已经找到了消灭那些微生物或者治疗某些疾病的方法。事实上,这么做可能会造成不可逆转的伤害。事实证明,定向饮食或抑制某种酶(一种可以加速某种化学反应的蛋白质)可能比直接消灭微生物要有效得多。然而,微生物的前景广阔——发现的全新机制可以用来治疗现有手段无法治疗的疾病。

但是我们首先要问:如何知道哪些微生物与某种疾病之间的关联呢?

最简单的例子就是,某些特殊的微生物对身体健康有着重大影响,这从本质上描述了科学家过去150年来对传染性疾病的研究。如果接触到沙门氏菌、贾第鞭毛虫或结核分枝杆菌(该细菌会引起结核病)等微生物,人就会生病。然后,如果用正确的抗生素(或其他药物)来治疗,人就会康复。

但是等一下,只要接触了微生物就一定会生病吗?

事实上,我们的患病风险取决于接触微生物的频率、基因构成以及其他因素。一些人天生就具有抵抗某些疾病的能力。你可能听说过“伤寒玛丽”,她是纽约的一位厨师,20世纪初她携带的伤寒杆菌引发了伤寒疾病。她的家人在品尝了她做的美味佳肴后都感染了伤寒病,因为饭菜中含有一种不怎么好的伤寒杆菌。但玛丽从来没有得过伤寒病。她对自身体内携带的伤寒杆菌有天然的免疫力。这种免疫力到底来自哪里?带着这些疑问,研究人员开始普遍使用小白鼠做研究,因为我们可以让小白鼠感染,也可以操控小白鼠的基因组,却不会面临道德问题。从这些研究中我们认识到,遗传因素在感染概率方面起了重要作用。“伤寒玛丽”的小白鼠版在实验室很容易就能被创造出来——不单是伤寒,也适用于其他许多感染。这证明受我们基因影响的微生物让我们生病了。

我们开始意识到,在接触同样的微生物的地方可能会有更多的病菌,但我们中只有一部分人会感染疾病。我们还需要更多研究来解释个中缘由。

与此同时,我要介绍几种关键疾病,现在我们怀疑这些疾病可能是由微生物引发的。炎症性肠病

炎症性肠病是对消化系统炎症类疾病的总称。溃疡性结肠炎和克罗恩病都属于炎症性肠病。肠道微生物和免疫系统之间的关系发生改变会引发这些疾病。在试着找到折磨你的病原体的同时,人体的免疫系统会与寄居在肠道里的微生物展开斗争,剧烈的腹痛、出血以及频繁跑厕所都是斗争的附带产物。

这些疾病的一个典型标志就是某种细菌的数量增加了。更有意思的是,此时病人体内的微生物并不正常工作:它们的新陈代谢功能停止了;它们以不同的化学物质为食并分泌不同的化学物质。我们还不知道这种行为的改变到底是人体免疫的结果,还是由于微生物出了差错。免疫系统并不太关注微生物本身有益还是有害,因为它关注的是微生物的行为是有益还是有害。你的免疫系统的工作原理与警察追捕逃犯不一样,而是像银行的安保人员,在有人跳过柜台并开始把钱往麻袋里装的时候,他们就会愤怒地向敌人开火。

我们尚不清楚这些炎症性肠病是由肠道微生物组改变引起的,还是由于受折磨的基因中的某些东西导致了人体与肠道微生物的关系失常,或是由两种因素共同造成的。我们只知道最后的结果是微生物数量的变化。

乳糜泻(腹腔疾病)与炎症性肠病有关,并且还涉及免疫系统:当身患乳糜泻的病人食用麦类食品的时候,小麦中天然的麸胺蛋白会激活免疫系统,这会让免疫细胞攻击并粉碎肠道内膜。乳糜泻最初是由古希腊医生阿莱泰乌斯在公元1世纪或2世纪发现并命名的,但是以前知道的人非常少;在“二战”期间,也就是1944~1945年,荷兰因为粮食短缺而出现了“饥饿冬天”,这时荷兰医生威廉-卡雷尔·迪克发现,患乳糜泻的病人却活得很好;直到这个时候,乳糜泻才被人们所熟知。人们对于乳糜泻是否与微生物组有关系十分感兴趣,但是在这个问题上,十多项研究发现,微生物与乳糜泻在本质上没有关系。虽然许多研究都发现,乳糜泻患者与健康人体内的微生物组存在差别,但在不同研究中,乳糜泻患者体内的细菌却各不相同。很显然,这个模式十分复杂,我们需要做更多的研究,才能理解肠道细菌是否引发了乳糜泻,或者是否只是肠道细菌对乳糜泻患者已改变的无麸质饮食做出的回应。肥胖症

在2008年到秘鲁旅游以前,我经常称体重。

我和阿曼达徒步走到印加古道,然后在亚马孙待了一周,在那里我们两个都染上了可恶的腹泻——当你住在帐篷里的时候,你肯定不想染上腹泻。我们康复之后,不久腹泻又犯了。为了治疗腹泻,我们服用了相同的抗生素。回家之后,我们基本上又恢复到旅游之前的饮食与运动模式。然而,我在几个月里瘦了大约70斤,从胖子变成了体重正常的人。

体重变化太明显了,我只好买新裤子;我的同事把我拉到一边,问我是否得了癌症,或者是否有别的事情瞒着他们。相比之下,阿曼达的体重一点儿也没减。我认为这种差别与我体内微生物发生的根本变化有关:我们两个人的身体,在面对同样的疾病和同样的治疗方法时,反应完全不同。

尽管不能只从我们这一对夫妇的研究中得出什么科学结论,但是我们的经历却与公布出来的越来越多的研究成果相吻合。我们了解到,在肥胖问题中微生物的作用很大。正常大小的无菌小白鼠接受从肥胖小白鼠那里移植来的排泄物之后变得越来越胖。这个实验并没有把导致第一只小白鼠肥胖的其他因素考虑进去,比如可能是因为喂食了不健康的食物[1],也可能是基因突变[2]。

你也许会很好奇:导致肥胖的是微生物还是排泄物中的其他东西?问得好。为了回答这个问题,圣路易斯华盛顿大学医学中心基因组科学和系统生物学负责人、肠胃病学家杰弗里·戈登,以及他实验室里的一队研究人员会问你,是否能够把数百个人体菌株从人体分离出来,然后在实验室里培养每一个菌株(不包含排泄物的其余部分),按相同比例把它们与原始样本混合,按体重把这些细菌转移到新的宿主上。事实上他们能够做到,并证明体重增加主要是微生物的缘故——不是病毒、抗体、化学物质或排泄物中的其他任何东西。更值得注意的是,利用从苗条的人身上分离出来的细菌,我们可以设计一个微生物组来阻止小白鼠接触到胖乎乎的新室友身上的微生物,这样就不会发胖。[3]

我的实验室和其他实验室一直无法设计出能够真正让小白鼠(或者人)瘦下来的微生物组,尽管这是我们确定的目标。但是在尚未公布的研究中,其他研究团队已经使用抗生素来对付喜欢在高脂肪饮食中增殖的细菌,来让小白鼠瘦身成功,即便小白鼠们继续坚持不健康的饮食方式。

现在许多为人们制订的时尚减肥法,目标就是要改善微生物组的状况,但能证明这一减肥法疗效的证据却很有限。我们不太了解特定微生物影响消化和吸收的方式,也就不能进行有针对性的干预。2011年,哈佛大学的研究人员在《新英格兰医学杂志》([New Englang Journal of Medicine])[4]上发表了他们的研究成果。该研究发现,一些食物会导致体重增加,另一些食物则会让人体重降低。所有食物当中,富含脂肪的炸薯条会让体重增加得最快,相信你会对此感到震惊。但奇怪的是,两种对减肥最有效的食品竟然是酸奶和坚果,尽管二者的脂肪含量都很高。这究竟是怎么回事?其实,微生物可能在其中发挥了作用。从小白鼠的研究中我们知道,特定的微生物或微生物的组合与体重增加或减轻有关。那么特定的食物和微生物之间是否存在着某种可以让我们变苗条的联系呢?

许多证据表明,你吃的食物会改变你体内的微生物组,比起其他微生物,只有某些微生物更习惯这个环境。宾夕法尼亚大学肠胃病学教授加里·吴已经证明,长期的(一年或更长时间)饮食习惯,与体内整个微生物组有着密切的联系。就是他的团队证实了以碳水化合物(面食、马铃薯、糖)为主食的人,体内的普氏菌属更多。相反,食物成分中蛋白质尤其是肉类含量比较高的人,体内往往拥有大量的拟杆菌属。这两类细菌能帮助我们消化和代谢所吃的食物,但是它们喜好的食物不同。我们还没有搞清楚拟杆菌属这类细菌对典型的西方疾病如肥胖症和糖尿病的影响,但我们还是很容易联想到通过改变饮食,我们就可以培养健康且会让我们变瘦的微生物组。想想就让人觉得激动。

改变某些饮食结构,可以迅速改变我们体内的微生物。哈佛大学系统生物学家彼得·特恩鲍和他的同事找到了一些意志十分坚强的志愿者,他们要么只吃素食,要么基本上只吃肉类和奶酪。素食主义即刻就让肠道微生物发生了变化。同样的,肉类和奶酪食品一夜之间就给肠道微生物带来了巨变,让与心血管疾病有关的细菌增加了,例如沃氏嗜胆菌。[5]因此,足量的极端饮食能迅速带来负面影响。那么问题来了:是否存在一种能迅速带来积极影响的饮食方式呢?过敏和哮喘

通过降低会引发哮喘和过敏的微生物多样性来预防疾病发生,这样的想法可以追溯到伦敦大学圣乔治医学院的大卫·斯特罗恩所做的工作上。20世纪80年代后期,斯特罗恩注意到,大家庭中较晚出生的孩子得枯草热和相关过敏症的概率比早出生的孩子低;他指出,哥哥姐姐把疾病(尤其是典型的儿童疾病)传染给他们,可能帮助他们训练了自己的免疫系统,以用来对付真正的入侵者而非尘螨。[6][7]作为“卫生假说”而被人们所知的设想,从本质上证明了太爱干净可能会导致免疫问题——不接受与人类共同进化而来的细菌和病毒病原体的挑战,免疫系统就会因被闲置而焦躁不安。

从斯特罗恩时代开始,研究的焦点就从麻疹、感冒以及流感等常见的感染疾病上转移了,现在我们认为这些疾病的危害非常大。相反,现代“卫生假说”以孩子们异常洁净的童年为中心,目的是要让孩子们与来自健康资源的多样化微生物保持隔绝,这些微生物可能来自土壤、树叶表面,也可能来自家养动物或野生动物。要了解这个原理,那就把你的免疫系统当成无线电台:如果你调到一个特定的频道上,就可以听到清晰的音乐,但是如果在两个频道之间,那么散布的信号就能带来聒噪且让人不舒服的电流声。如果没有信号,免疫系统也可能会以类似的方式,寻找其他的替代者。如果你够幸运,花粉或花生酱等穿过“电流”的脉冲,仅引发过敏而已;但是如果你不走运,免疫系统可能会抓住你的细胞不放,引起糖尿病、多发性硬化或其他自身免疫性疾病。在这里和家长们明确一下:你们还是不要以鼓励孩子们吃受污染的肉类、舔舐医院的地板、接近狂暴的蝙蝠,或接触可能对自己有害的微生物等其他方式,来挑战孩子的免疫系统。但现代卫生假说提出,接触泥土或接触健康的、不同的人与动物,能携带上有益细菌,这些可能是很好的预防性药物。

这么说的证据何在?这方面的研究发展十分迅速,仅在2014年公开发表的文章中,就有超过1/4的文章与此类研究有关。慕尼黑大学儿童医院的穆蒂乌斯医师是此领域的先驱人士。她的实验证实,幼年时期在农场生活的孩子,患过敏症或哮喘症的风险会更低,[8]某些效应可以通过孩子们与稻草、奶牛、牛奶、特定的细菌和真菌接触来解释。[9][10][11]我们那总是布满灰尘的家对我们到底有什么影响?尽管我们尽最大努力用拖把打扫卫生,但家里似乎还是寄居着各种各样的鼻腔刺激物。与预期相反的是,穆蒂乌斯医师和其他研究人员已经证明,接触尘螨和猫毛这样的过敏原并不能解释哮喘症为什么会发生。[12][13]

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