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人与微生物的江湖,谁主沉浮?

编辑:INC|发布时间:2020-02-05 16:58|点击次数:
  看万山红遍,层林尽染;漫江碧透,百舸争流。
  鹰击长空,鱼翔浅底,万类霜天竞自由。
  怅寥廓,问苍茫大地,谁主沉浮?
  ——毛泽东

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  让我们思考片刻,所有可能导致世界灭亡的方式,可能是来自天上的,可能是来自地下的,也可能是人类自取灭亡,但是最有可能导致世界灭亡的方式的的前列,那就是微生物引起的瘟疫。6世纪时,一场鼠疫席卷了整个罗马帝国长达60年,杀灭了全球一半人口约1亿,14世纪时的黑死病消灭了1/3的欧洲人口2500万,20世纪一场禽流感在仅仅两年内就消灭了全世界超过5000万人口。瘟疫是一种我们控制不了的疾病,席卷全球,百万生灵涂炭,文明更迭。我们不禁要问,人是否是地球之王?问苍茫大地,谁主沉浮?

  想必绝大多数的人都认为如此,人是最有创造力的物种,主宰着这个地球,然而这是值得人类的深入思索的。人类来到地球700万年,而微生物细菌大约出现于37亿年前,细菌种类众多且无处不在,增代繁殖速度以分钟计,只要是有生命的地方,都会有微生物的存在,而人体是大量微生物他们的栖息地。身土不二,人和微生物和平相处着,而是在什么时候、什么原因下,在历史长河中“疠气”、“瘴气”无数次地肆虐着人类,人和微生物演化着、相守相杀着,

  Nature Video: 伴随我们一生的微生物

  微生物和人:生生相息

  《微生物组学》(Microbiome)期刊发表的一项研究估计,一次持续10秒的亲吻会造成大约8000万口腔细菌的“迁徙”,且每日亲吻超过9次的伴侣会分享相似的口腔菌群。微生物无处不在,在我们的毛发和牙齿上,脏器和骨骼里,泪痕和血迹中,微生物繁育滋长,诉说着关于主人的秘密——他是肥胖还是瘦弱,反应速度快不快,性格是否急躁,学习能力强不强。人们常说的“夫妻相”,就是因为家庭成员,尤其是夫妻二人的微生物生态环境接近,导致性格、行为习惯甚至相貌越来越相似。

  人的身体中大约只有43%是人类细胞,约57%是微生物。在基因层面上,人类甚至要被甩得更远。人类基因组由2万个基因组成,但如果把人体内所有微生物的基因数目加起来,将会达到200万?2000万之间。也就是说,人体有两大基因组,一是体细胞的,二是微生物的,后者在数量上的巨大优势增强了人的活力。所以人类微生物组计划HMP的美国 Rob Knight教授曾这样描述人体与微生物的关系:与其说你是人类,不如说你更多是微生物。

  微生物和疾病:它山之石可以攻玉

  科学家发现,这些微生物不仅在医疗健康领域有着广泛的应用前景,还储存着每个人独一无二的遗传信息,被称为人类的“第二基因组”,2008年起“人类微生物计划HMP“便开启,在这10年中,研究观察了5大身体部位的微生物群体特征,发现与身体代谢相关的信号通路会受到不同种群的微生物控制。尤其是这些部位具有疾病的人群,它们疾病区域的微生物都与正常人不同,比如克罗恩病人肠道菌群就明显与正常人有很大差别,微生物代谢通路也不相。。

  2019年5 月 30 日,美国国立卫生研究院(NIH)人类微生物组计划(HMP)第二阶段—人类微生物组整合计划(iHMP)研究成果重磅发布,以?Nature?封面、两篇?Nature?论文和一篇?Nature Medicine?论文的形式,阐述了人类微生物组和宿主之间的相互作用,对怀孕和早产、炎症性肠病(IBD)以及糖尿病等许多疾病的影响。人类微生物组计划表明,微生物群落是人类生物学的一个组成部分,在人类健康方面发挥着重要作用。

  总之,大量的研究表明,目前由生活方式变化而诱发的当代生活疾病,如糖尿病、肥胖、抑郁、溃疡性结肠炎、肠癌、湿疹过敏以及类风湿等50余种大病和慢病,研究表明可以归因于人体肠道菌群失调、微生态失衡。强调人体微生态系统在于,需要像保护大自然的生物多样性一样保护人体的微生态系统。

  肠子决定脑子?脑-肠-轴

  肠子决定脑子?近来研究发现,大脑的功能,至少有一部分是受肠道及其微生物影响的,肠-脑轴线(gut–brain axis)是消化道和中枢神经系统的生物化学信号,会影响包括从大脑发育到神经疾病进展的所有事件。人体内共生着数亿万亿计的微生物,它们与我们的健康息息相关,被称为“藏在人体内的黑科技”。其中,95%的菌居住在我们的胃肠道中,构成“肠道菌群”。肠道菌群中的细菌种类超过1000种,DNA容量是人类基因组的150倍,2/3肠道菌群因人而异。肠道菌群与宿主之间并不是简单的共生关系,它们负责形成免疫屏障防御病原菌入侵,帮助消化肠胃无法吸收的食物,生成一些维生素……。一旦肠道菌群组成遭到破坏,紊乱的肠道微生态系统易引发肥胖、糖尿病、肝脏疾病、炎症性肠病、肠易激综合征、腹泻、哮喘、自闭症、多发性硬化症甚至于衰老。

  2017年Nature杂志在2017年发表了题为“Endothelial TLR4 and the microbiome drive cerebral cavernous malformations”的研究发现,肠道微生物中的一种细菌驱动了一种常见脑部疾病的形成。科学家们认为,改变患者体内的微生物组可能会成为这种脑血管疾病的有效方法。2018年《Nature》杂志在线发表的一项研究揭示了肠道微生物代谢物对神经退行性疾病进展的影响,专注于肠道微生物对两种在中枢神经系统中起重要作用的细胞--小神经胶质细胞和星形胶质细胞的影响,研究人员梳理出的参与肠-脑连接及免疫细胞-脑细胞关联中的关键因子,有助于指导多发性硬化症(MS)和其他神经系统疾病的治疗。多发性硬化症(MS)也会受到作用于大脑细胞的肠道内共生微生物的影响。研究人员还在体外和患者样本中证明MS患者存在类似的肠-脑连接,这表明肠道微生物和接受其信号的细胞未来也许能作为这种疾病治疗的靶标。最近,有研究表明这一路径的激活也与阿尔茨海默病和恶性胶质瘤有关。“不仅是多发性硬化症,我们发现的这一机制很可能与其他神经系统疾病也有关”论文通讯作者、美国布莱根妇女医院神经疾病中心的Francisco Quintana博士说道,“这些发现可以指导我们针对MS和其他疾病的研究新的疗法。”

  微生物和人类文明

  从古至今,犹豫微生物引起的传染病对人类文明的发展都起着重要作用。公元前430-前429年,雅典的疫病成为了雅典未能打败斯巴达和伯罗奔尼撒同盟的决定性因素。而随着时间的发展,水痘的发展与传播也让人类措手不及。6-7世纪,地中海地区的一连串鼠疫的发生,对于欧洲来说无疑是个巨大的灾难与打击,欧洲将这场鼠疫成为“黑死病”。现代的非典与埃博拉病毒的传染给人类社会以极大程度上的创伤。这些微生物引起的疾病,让人类学会了更深入的认识了自然界和更好的使用先进技术武装自己。

  中国俗称的 “疠气”、“异气”或“瘟疫“指的便是病原微生物(包括细菌、病毒、支原体、螺旋体等等),微生物致病说是直到19世纪才由微生物学家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)和罗伯特·科赫(R.Koch,1843-1910)予以确立。200年后,随着纤维镜的发明,巴斯德、科赫以及一大群微生物学家以摧枯拉朽之势,一个个的破解了千万年来各种恐怖瘟疫的病因。再之后,随着两大里程碑的建立,抗菌药物的发明和公共卫生防疫体系的建立,瘟疫才从人类疾病谱中的死亡原因第一排位退下,让位于心脑血管病和癌症,人类掌握了瘟疫的控制权。

  1928年青霉素的发明,使得很多的细菌再也不能肆虐,无法治疗的很多感染性疾病,包括各种淋病、梅毒等都可以治疗了。到了1944年,人们又发明了第二种抗生素,那就是链霉素。链霉素消灭了一大部分的“痨病”,也就是结核病。随着一代又一代新型抗生素不断地被发明,人类的信心越来越膨胀,认为没有什么细菌是克服不了的,由此也产生了抗生素滥用,最后抗生素耐药,出现超级耐药菌。

  世卫组织在2019年4月发布报导 ,联合国、国际机构和有关专家要求立即采取协调一致且雄心勃勃的行动,防止可能出现的灾难性耐药危机。报告警告说,如果不采取行动,到2050年,耐药性疾病每年可能导致1000万人死亡,对经济造成的灾难性损失将堪比2008-2009年全球金融危机。到2030年,抗微生物药物耐药性问题可能会使多达2400万人陷入极端贫困。

  达尔文的进化论"物竞天择,适者生存",微观层面说,相互竞争还可以是个体或者基因,宏观上说,“物竞"指的是物种之间的竞争。人和微生物的相处模式,抗生素的迭代升级,病毒细菌的变异和不休的疫病爆发,人类和微生物的关系,可谓“道高一尺、魔高一丈”,人和微生物的“ 演化” 却未必是“进化”,人永远也不可能消灭微生物而生存于地球之上,几百万年的生物演化史证明所有生存至今的生物,都是这生态环境的一部分,都是适应了环境的赢家,只有保持自然和谐、生态链平衡,才是相安之道。

扇形演化图:当今所有适应环境生存下来的生物都是赢家

  科学被不少人视为绝对真理、终极真理,相信科学知识是至高无上的知识体系,甚至相信,一切社会问题都可以通过科学技术的发展而得到解决—“唯科学主义”观点(Scientism)。然而,当今具备各种先进的科学研究理念和技术的科学学者们,又该以怎样平衡去利用手中的“利器”,已知圈越大,未知圈也越大,现在的科学认识边界在哪是科学也所不知的。科学需要人文哲学的铸就,科学若手中利剑,人文哲学便如指挥手中利剑的大脑,缺一不可。如此,在时间的历史长河里,地球才能呈现应有的绚烂多彩:万山红遍,层林尽染;漫江碧透,百舸争流。鹰击长空,鱼翔浅底,万类霜天竞自由。

  参考资料:

  1.https://hmpdacc.org

  2.Rothhammer, V. et al. Microglial control of astrocytes in response to microbial metabolites. Nature.2018.

  3.Rothhammer et al.Microglial control of astrocytes in response to microbial metabolites. Nature. 2018.

  4.Stewart Cowan .Evolution: Life On Earth Is One Big Extended Family

  5.江晓原.科学与人文

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