论文部分内容阅读
它们的数目以大比数10:1 压倒我们身边细胞的数目，它们分布在我们身体的各个部位：皮肤、口腔、鼻子、咽喉、肺……但它们一直被近年的分子生物学及医学研究所忽略，很多还鲜为人知。但情况即将发生改变。眼下，一场规模浩大的研究浪潮正席卷全球。
我们究竟是谁？对于这个问题，每个人都有自己的答案。科学也一样，因为通过对人类基因组的破解，科学得以道出每个人独一无二的基因型。如果说基因是人体第一张身份证的话，那么居住在人体内数以亿计的细菌，无疑是仅次于基因的人体第二张生物学身份证。
人类元基因组
细菌在动物身上已经住了10亿年了，它们的出现和组合绝非偶然，我们可以据此来确定每个人所独有的遗传细菌型。这些单细胞细菌群落的总质量只占我们体重的1％，但它们的数量却是人体细胞总数的10倍，对我们的健康起着重要作用。它们分布在人体的各个部位，最大的“聚居地”则属消化道。这些菌群的组成因人而异。因为尽管人体细菌为数众多，但对肌体健康有着极为重要的意义。为了更好地了解这个与我们如此贴近但却充满神秘的世界，科学家提出了，到2012 年，完成对人体内、大部分还不为人知的近千个菌种基因库的盘点。换句话说，就是对所谓人类元基因组（细菌群落）进行基因测序。这将是一项浩瀚的工程。据估算，人类体内细菌群落可能含有至少250 万个基因，是最多只包含约2万个基因的人类基因组的100 多倍。这项工程意义重大，因为95％的人体细菌实际上都对我们有益。甚至可以说，没有细菌，就没有人类。
一些细菌会帮助我们消化吃下去的食物，尤其是某些植物中的糖和纤维，因为人体本身缺乏分解这些物质所必需的酶；而另一些细菌则会合成宝贵的维生素，如维生素K等。
那么所有这些细菌是如何对我们健康产生影响的呢？每个人体内菌群的差异是否能够解释我们健康状况的差异呢？如果是的话，那么在人类元基因组和人体基因组之间又有什么确切的关联呢？
要回答这些问题，仅仅对细菌种类进行一次简单的盘点是远远不够的，还必须把对它们的了解深入到基因层次。如果我们无法了解人类基因和细菌基因之间的相互作用，就不可能完整地绘出我们的生物学肖像。我们完整的基因身份是由人类基因和细菌基因共同构成的。了解人类元基因组会大大改变我们对健康的认识，帮助我们预防、诊断并治疗很大一部分疾病。欧洲科学家在这场研究竞赛中跑在了前列：专门研究消化道元基因组的项目已在2008 年4 月启动，比准备在2009 年启动人类细菌群落组研究项目的美国科学家领先了一大步。
两种测序方法
人类细菌群落组研究计划可以说是著名的人类基因组计划在人体细菌研究中的翻版，将来，包括中国、澳大利亚以及加拿大等国的研究人员也将参与到这一国际合作研究项目中来，任务可说是相当艰巨。关键是要弄清这些细菌群落是如何与人体相互作用，从而对人体健康与疾病产生影响的。
要探明人体不同部位的菌群种类，并就这些菌群如何影响我们的健康和疾病进行研究。同样的热情激励着全世界的科学家们。最理想的，是将来能够像了解其基因组那样了解每个人的细菌型，这样就能获得个人健康状况和疾病易感度方面的信息。同时，还能了解其在滋补品和药物代谢方面的情况。药物代谢指吸收药物的速度和程度，它在一定程度上决定了药物的疗效与产生不良反应的概率。
DNA测序技术的发展，使得这个宏伟的计划成为可能。为了完成该计划，研究人员将使用两种互补的方法。第一种相对来说较新，聚焦于元基因组本身的基因测序，即对采集自志愿者的完整菌群的基因组测序。在2006 年6 月2 日的《科学》杂志上，美国布法罗大学生物学家最先公布了两个人类消化道元基因组的测序结果，一例为男性，一例为女性，测序样品取自他们的粪便。一年半之后的2007 年12 月，日本的研究小组成功地排列出100多万个序列，确定了60 万个基因!不过虽然成果喜人，但这项技术目前只能用于个体分析，还不能确定大范围人群的细菌型。
第二种方法则动静更大。它希望通过对我们体内上千种细菌进行培养，先弄清它们的所有基因以及这些基因掌控的一系列生物活动过程，然后再对基因组进行系统地测序。但有一个问题：到目前为止，我们只能对将近30％的细菌进行实验室培养。要进行基因组测序，必须首先跨越这一障碍。
反击抗生素
由于在儿童身上不断地使用抗生素，我们正在改变人体的微生态系统。我们完全不知道这将导致什么结局。一些细菌的消失或出现，甚至仅仅是数量上的变化，都可能引起人体新陈代谢紊乱，以至疾病。人类在进化，更确切地说，是和这些细菌共同进化，我们的健康与它们息息相关。
人类与细菌的战斗中，人类似乎处于下风，科学家分离得到新的抗生素的速度远不及致病菌的变异和适应速度。经过半个多世纪的使用，当初的“抗菌功臣”青霉素在很多临床使用上已经失效。科学家预言，如果人类不跳出使用抗生素这个怪圈，即便是普通的感冒，很快也将难以治愈。这并非危言耸听，全球已经发现多例由于抗生素失效导致普通感染死亡的病例。在各种抗生素的变相筛选下，还会导致普通致病菌进化变异出能抵抗所有抗生素的“超级细菌”。如果这些具有超强耐药性的怪物在人类自身的“推波助澜”下，对人类展开反击，将成为人类的噩梦。抗生素的大量运用是否扰乱了人体重要菌群的生态平衡？ 是否可以改变这种平衡以起到治愈病人的目的？在较远的将来，我们能否通过细菌来调整自己的健康状态？答案将在2015年前揭晓。
我们究竟是谁？对于这个问题，每个人都有自己的答案。科学也一样，因为通过对人类基因组的破解，科学得以道出每个人独一无二的基因型。如果说基因是人体第一张身份证的话，那么居住在人体内数以亿计的细菌，无疑是仅次于基因的人体第二张生物学身份证。
人类元基因组
细菌在动物身上已经住了10亿年了，它们的出现和组合绝非偶然，我们可以据此来确定每个人所独有的遗传细菌型。这些单细胞细菌群落的总质量只占我们体重的1％，但它们的数量却是人体细胞总数的10倍，对我们的健康起着重要作用。它们分布在人体的各个部位，最大的“聚居地”则属消化道。这些菌群的组成因人而异。因为尽管人体细菌为数众多，但对肌体健康有着极为重要的意义。为了更好地了解这个与我们如此贴近但却充满神秘的世界，科学家提出了，到2012 年，完成对人体内、大部分还不为人知的近千个菌种基因库的盘点。换句话说，就是对所谓人类元基因组（细菌群落）进行基因测序。这将是一项浩瀚的工程。据估算，人类体内细菌群落可能含有至少250 万个基因，是最多只包含约2万个基因的人类基因组的100 多倍。这项工程意义重大，因为95％的人体细菌实际上都对我们有益。甚至可以说，没有细菌，就没有人类。
一些细菌会帮助我们消化吃下去的食物，尤其是某些植物中的糖和纤维，因为人体本身缺乏分解这些物质所必需的酶；而另一些细菌则会合成宝贵的维生素，如维生素K等。
那么所有这些细菌是如何对我们健康产生影响的呢？每个人体内菌群的差异是否能够解释我们健康状况的差异呢？如果是的话，那么在人类元基因组和人体基因组之间又有什么确切的关联呢？
要回答这些问题，仅仅对细菌种类进行一次简单的盘点是远远不够的，还必须把对它们的了解深入到基因层次。如果我们无法了解人类基因和细菌基因之间的相互作用，就不可能完整地绘出我们的生物学肖像。我们完整的基因身份是由人类基因和细菌基因共同构成的。了解人类元基因组会大大改变我们对健康的认识，帮助我们预防、诊断并治疗很大一部分疾病。欧洲科学家在这场研究竞赛中跑在了前列：专门研究消化道元基因组的项目已在2008 年4 月启动，比准备在2009 年启动人类细菌群落组研究项目的美国科学家领先了一大步。
两种测序方法
人类细菌群落组研究计划可以说是著名的人类基因组计划在人体细菌研究中的翻版，将来，包括中国、澳大利亚以及加拿大等国的研究人员也将参与到这一国际合作研究项目中来，任务可说是相当艰巨。关键是要弄清这些细菌群落是如何与人体相互作用，从而对人体健康与疾病产生影响的。
要探明人体不同部位的菌群种类，并就这些菌群如何影响我们的健康和疾病进行研究。同样的热情激励着全世界的科学家们。最理想的，是将来能够像了解其基因组那样了解每个人的细菌型，这样就能获得个人健康状况和疾病易感度方面的信息。同时，还能了解其在滋补品和药物代谢方面的情况。药物代谢指吸收药物的速度和程度，它在一定程度上决定了药物的疗效与产生不良反应的概率。
DNA测序技术的发展，使得这个宏伟的计划成为可能。为了完成该计划，研究人员将使用两种互补的方法。第一种相对来说较新，聚焦于元基因组本身的基因测序，即对采集自志愿者的完整菌群的基因组测序。在2006 年6 月2 日的《科学》杂志上，美国布法罗大学生物学家最先公布了两个人类消化道元基因组的测序结果，一例为男性，一例为女性，测序样品取自他们的粪便。一年半之后的2007 年12 月，日本的研究小组成功地排列出100多万个序列，确定了60 万个基因!不过虽然成果喜人，但这项技术目前只能用于个体分析，还不能确定大范围人群的细菌型。
第二种方法则动静更大。它希望通过对我们体内上千种细菌进行培养，先弄清它们的所有基因以及这些基因掌控的一系列生物活动过程，然后再对基因组进行系统地测序。但有一个问题：到目前为止，我们只能对将近30％的细菌进行实验室培养。要进行基因组测序，必须首先跨越这一障碍。
反击抗生素
由于在儿童身上不断地使用抗生素，我们正在改变人体的微生态系统。我们完全不知道这将导致什么结局。一些细菌的消失或出现，甚至仅仅是数量上的变化，都可能引起人体新陈代谢紊乱，以至疾病。人类在进化，更确切地说，是和这些细菌共同进化，我们的健康与它们息息相关。
人类与细菌的战斗中，人类似乎处于下风，科学家分离得到新的抗生素的速度远不及致病菌的变异和适应速度。经过半个多世纪的使用，当初的“抗菌功臣”青霉素在很多临床使用上已经失效。科学家预言，如果人类不跳出使用抗生素这个怪圈，即便是普通的感冒，很快也将难以治愈。这并非危言耸听，全球已经发现多例由于抗生素失效导致普通感染死亡的病例。在各种抗生素的变相筛选下，还会导致普通致病菌进化变异出能抵抗所有抗生素的“超级细菌”。如果这些具有超强耐药性的怪物在人类自身的“推波助澜”下，对人类展开反击，将成为人类的噩梦。抗生素的大量运用是否扰乱了人体重要菌群的生态平衡？ 是否可以改变这种平衡以起到治愈病人的目的？在较远的将来，我们能否通过细菌来调整自己的健康状态？答案将在2015年前揭晓。