百歐博偉生物：我們的身體由大約30萬億個人體細胞組成，但它們也擁有大約39萬億個微生物細胞。這些在我們的腸道、口腔、皮膚和其他地方的細菌、病毒、原生動物和真菌群落——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，隨著科學家越來越認識到，這些微生物形成了對我們健康至關重要的生態(tài)系統(tǒng)。越來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。
但我們對微生物組仍然知之甚少，以至于我們才剛剛開始回答一個更根本的問題：這些微生物來自哪里？它們會像感冒病毒或胃病一樣從其他人那里傳播嗎？
現在，對人類微生物群傳播進行的最大規(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(University of Trento)的基因組學家領導的研究發(fā)現，微生物菌群在人與人之間廣泛傳播，尤其是在那些經常在一起的人之間。這項研究結果發(fā)表在今年1月的《自然》雜志上，填補了我們對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。
其他科學家對這項研究表示贊賞。西奈山伊坎醫(yī)學院遺傳學和基因組科學副教授何塞·克萊門特·利特蘭（Jose Clemente Litran）稱贊這項工作“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。
這項研究還引發(fā)了關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險的有趣猜測 - 從而為通常不被認為具有傳染性的疾病帶來傳播維度。對于不列顛哥倫比亞大學微生物學教授布雷特·芬利（Brett Finlay）來說，他在2020年為《科學》雜志撰寫了一篇關于這種可能性的評論，這些發(fā)現“最終確認一件事，即非傳染性疾病可能不應該被稱為這種疾病。
深不可測的多樣性
微生物組就像指紋：如此多樣化，以至于沒有兩個人可以擁有相同的指紋。它們也是令人難以置信的動態(tài) - 在一個人的一生中增長，縮小和進化如此之多，以至于嬰兒的微生物組在他們長大時看起來會大不相同。在西化社會中，90%以上的人群中發(fā)現了少數微生物物種，但大多數物種存在于20%至90%的人中。（即使是大腸桿菌，這可能是大多數人能說出的唯一腸道細菌，也低于90%的頻率。研究表明，非西方化社會的微生物種類更加多樣化，微生物組的變異性更大。
在一個群體中，任何兩個隨機選擇的個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。微生物學家爭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，它可能占總數的個位數百分比。
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菌樣本。
然而，確定微生物在人與人之間傳播的頻率是一個比尋找物種更棘手的問題。單個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觀察微生物組樣本中的基因來識別單個菌株。在人類微生物組中，可能存在200萬到2000萬個獨特的微生物基因，微生物不斷重新洗牌它們的基因，突變和進化。
這就是為什么了解微生物組中的大量細胞如何傳播“比學習如何追蹤一種病原體的傳播要困難得多，”特倫托大學博士后研究員，新研究的第一作者Mireia Valles-Colomer說。直到最近，通過人群追蹤菌株是不可能的。
2010年，當尼古拉·塞加塔（Nicola Segata）作為哈佛大學的博士后首次開始為人類微生物組計劃分析大量遺傳數據集時，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中西部一樣。
在接下來的幾年里，各種實驗室發(fā)現了社會互動和近距離生活影響靈長類動物和小鼠微生物組的證據。對巴布亞新幾內亞和其他地方相對孤立的人群進行的人類研究也發(fā)現了微生物共享的特征。有些人甚至發(fā)現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年在特倫托大學建立實驗室后，這種情況發(fā)生了變化。他和他的團隊開始創(chuàng)建和改進宏基因組學工具，可以區(qū)分同一物種的菌株，這使得更詳細地研究微生物組傳播成為可能。
Segata于2018年開始通過分析母親及其嬰兒的微生物來探索這個問題。Segata說，他的小組的研究結果和其他幾項研究證實了早先的懷疑，即從母親到嬰兒的大量傳播，以至于母親“在出生時就印上了微生物組”。最近的研究表明，母親在幾年內繼續(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“并不能解釋我們在成年人身上看到的微生物，”Segata說。在后續(xù)實驗中，研究人員在很大程度上排除了新微生物來自人們吃的食物的可能性，因為這些微生物不能很好地定植腸道。
所以“它必須是傳播，”Segata說。“一定是我們腸道中的東西來自其他人的腸道。
與家人和朋友分享
對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，足以識別以前未知的物種和同一物種的不同菌株。他們檢查了來自五大洲20個國家的9700多個糞便和唾液樣本，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多萬種微生物，并計算了共享物種中相同菌株的百分比。
正如他們所預料的那樣，他們發(fā)現在生命的第一年，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間的推移而減弱——從3歲時的27%下降到30歲的14%——但并沒有消失。中國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。
對于梅奧診所（Mayo Clinic）的免疫學家維娜·塔內賈（Veena Taneja）來說，研究結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出生的嬰兒與母親共享更多的菌株，但這種差異在三歲時消失了。她說，“人們從中受益”，通過剖腹產出生的嬰兒可能更容易患上某些疾病。但研究結果表明，也許這“不應該是一件大事”。
（本月發(fā)表在Cell Host&Microbe上的一項新研究證實了這一觀點。研究發(fā)現，通過剖腹產出生的嬰兒比陰道出生的嬰兒接受的母親微生物組更少，但他們并沒有錯過，因為他們從母乳中獲得了更多的微生物。
隨著年齡的增長，我們微生物組的很大一部分繼續(xù)來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，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。這是因為，正如Segata、Valles-Colomer和他們的團隊所發(fā)現的那樣，傳播的唯一最重要的決定因素是在一起的時間。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村莊的人也往往比相隔較遠的人有更多的共同菌株。菌株共享的頻率在不同社會中是一致的，但該團隊確實證實了之前的發(fā)現，即非西方化國家的人往往擁有更多樣化的微生物群。
研究人員還發(fā)現，隨著時間的推移，共同持有的菌株可能會丟失。一起長大的雙胞胎有大約30%的水平，在分開生活30年后下降到10%左右。
Segata認為，大多數其他共享物種的品系也可能來自其他人 - 主要來自朋友或同事等親密接觸者，但也可能來自我們遇到的人，更短暫和隨意。（然而，寵物可能不是大的貢獻者：Segata說，動物大多擁有通常不會在我們身上定居或持續(xù)存在的微生物物種。
這些發(fā)現是迄今為止最有力的證據，表明我們與與我們相處時間最長的人共享部分微生物組。作者能夠在全球范圍內看到這種傳播模式，而不僅僅是在單個人群中，這一事實是“驚人的”，康奈爾大學生物醫(yī)學工程副教授Ilana Brito說。她補充說，這些數據集非常嘈雜，在這些不同的生物體中發(fā)生了許多突變。但該團隊成功地發(fā)現了“噪音中的信號”。
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@個問題對于理解微生物組生物可以傳播的想法的含義至關重要。
傳播健康或疾病
現在，共享的程度已經揭示了獨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@個意義上說，我認為這項工作真的很重要，”克萊門特說。
一些通常不被認為是傳染性的疾病可能具有被忽視的傳染性。芬利說，研究發(fā)現，許多患有不會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釋放可能增加患癌癥風險的毒素?；加心承┙Y直腸癌的人，其微生物組含有更多的梭桿菌屬，往往預后較差，治療結果更差。影響體內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。不平衡的腸道微生物組與神經變性有關，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數生物種類包括細菌Fusobacterium nucleatum，古細菌Methanobrevibacter smithii，細菌Verrucomicrobium spinosum和細菌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。
但是“了解某種微生物組導致[疾病]風險的數量，這是一個困難的問題，”克萊門特說。即使是大多數發(fā)現這種關聯的研究也無法區(qū)分微生物是否會導致這種疾病，或者只是發(fā)現更容易定植一個有疾病風險的人。
如果增加非傳染性健康問題風險的“壞”微生物可以在人與人之間傳播，那么理論上降低這些風險的“好”微生物也可以傳播。一些研究表明，微生物可以保護哮喘和過敏等疾病，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。
我們進化到維持我們的微生物種群，因為我們從中受益匪淺，科克大學和APC微生物組愛爾蘭生態(tài)學，食品和微生物組教授Jens Walter說。這就是為什么沃爾特不相信我們共同的微生物可能導致疾病的假設，并且更多地被相反的想法所吸引，有時被稱為“老朋友”或衛(wèi)生假說。它提出，在整個進化過程中，我們的微生物組可能有助于訓練我們免疫系統(tǒng)的反應。因此，現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改變微生物組的組成，并為我們帶來更多的健康脆弱性。
與一個世紀前相比，“我們絕對不會在當今世界更容易傳播微生物，”沃爾特說。炎癥性腸病，多發(fā)性硬化癥，類風濕性關節(jié)炎和1型糖尿病 - 所有這些都被認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，這仍然有點黑匣子。布里托說，我們還應該考慮到，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和他們的團隊在他們的研究中只分析了健康個體，但在他們正在進行的研究中，他們正在將他們的宏基因組工具應用于疾病患者的數據集，看看這些發(fā)現是否闡明了健康與微生物組之間的聯系。
他們目前還從三個日托中心抽取數據 - 來自嬰兒及其父母，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時間。
追蹤微生物組生物的傳播長期以來一直被忽視，因為“我們認為它不會對我們的健康產生如此大的影響，”Valles-Colomer說?，F在我們有了探測微生物組的技術，“我們看到它幾乎與任何疾病有關。
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