寄生在我們體內和體表的大量微小微生物的數量大約是我們人體細胞的十倍，它們在關鍵的日常功能中發揮著重要作用。 其中絕大部分生活在腸道中，幫助抵禦有害細菌並輔助消化。 但隨著科學家們確定實際存在的微生物種類及其功能，他們發現這些微生物在人類健康中發揮著比之前認為的更大的作用——甚至有時可能比基因本身施加更大的影響。
一個包括深圳華大基因研究院（BGI-Shenzhen，前身為北京基因組研究所）的秦俊傑和王俊的團隊，完成了一份約 330 萬個人類腸道微生物基因的目錄。 這項工作於 3 月 4 日發表在《自然》雜誌上，進一步擴充了腸道物種的普查範圍——儘管遠未完成。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
王俊說，330 萬個基因“遠超出了我們最初的預期”。 考慮到丹麥和西班牙科學家取樣的 124 名個體中，微生物群往往非常相似，這個數字尤其令人驚訝。 該團隊測序了 5760 億個鹼基對，遠大於過去研究發現的 30 億個鹼基對。“這些細菌具有對我們健康至關重要的功能：它們合成維生素，分解某些化合物——這些化合物無法被人體吸收——[並且]在我們的免疫系統中發揮著重要作用，”王俊指出。
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另一個由埃默裡大學的安德魯·格維爾茨 (Andrew Gewirtz) 領導的團隊，將注意力轉向了一種特定的宿主基因，該基因似乎會影響這些腸道居民。 他們發現在小鼠中，一個關鍵基因的缺失導致微生物群落髮生轉變，胰島素抵抗、肥胖以及所謂的代謝綜合徵（這些疾病的集合）的其他症狀也隨之增加。
格維爾茨和他的同事研究了透過基因缺陷培育的小鼠：即 Toll 樣受體 5 (TLR5) 的缺失，TLR5 與免疫反應有關。 他們想了解這可能會如何改變微生物腸道群落和代謝健康——並試圖瞭解這些變化發生的順序。“肥胖與胰島素抵抗和 2 型糖尿病有關，”格維爾茨說。 但“哪個先發生尚不完全清楚。”
正如研究人員在 3 月 4 日《科學》雜誌線上發表的論文中所述，他們發現沒有 TLR5 基因的小鼠——即使在限制飲食的情況下——仍然表現出胰島素抵抗，這表明這種情況可能導致肥胖，而不是相反。 但如果允許這些小鼠隨意進食，它們的食物攝入量比同類小鼠多 10%，並且到 20 周大時，體重指數高出 20%。
許多研究人員和公共衛生官員將當代食品的普及（和成分）、日益久坐不動的生活方式以及人類遺傳學歸咎於代謝綜合徵病例的增加。 但這項小鼠研究表明，情況可能並非如此簡單。“過度飲食的傾向可能源於更可能是生理性的變化，”格維爾茨說。
格維爾茨和其他人提出，炎症——結合腸道微生物組的變化——可能正在驅動這個迴圈。 炎症會改變腸道微生物的特性，在某些情況下，會使從食物中提取更多卡路里。 但是，格維爾茨說，“我們不知道哪個先發生”，是炎症正在改變微生物群，還是反之亦然。 他還認為，這些發現將適用於人類，並且已經開始一項調查，比較患有代謝綜合徵的個體與健康對照組的基因和微生物譜。
儘管更全面地掌握微生物遺傳學有望進一步促進健康，但仍有許多未知的重大問題。 科學家們仍然不確定這些微生物群落如何在每個人的腸道中建立自身，以及何時建立。 “每個人出生時都是無菌的，”格維爾茨說，並指出定植始於出生時，但何時達到相對穩定尚不清楚。 如果腸道微生物群對疾病有很大貢獻，那麼這些群落最近的變化可能有助於解釋發達國家患者群體和腰圍的擴大。
王俊和他的同事已經嘗試追溯人類腸道微生物群的組成。 但他們的目標是收集更大的遺傳資料。“我們的夢想是建立一個參考基因組庫，”王俊說。 他指出，一旦出現關於這些腸道遺傳學的更確鑿的資料，針對微生物的療法很可能會迅速跟進。