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在為改善人類健康而戰的過程中，細菌、病毒和真菌主要被視為反派。 但越來越多的研究人員發出警告，其中許多微觀訪客實際上是古老的盟友。
大多數生活在我們體內和體表的微小生物，隨著人類物種的進化而進化，實際上是在幫助我們保持健康，正如我們的福祉促進它們的福祉一樣。 事實上，一些研究人員將我們的身體視為超有機體，而不是一個充滿大量從屬無脊椎動物的有機體。
人體內約有 10 萬億個人類細胞——但微生物細胞的數量是人類細胞的 10 倍。 那麼，當我們身體如此重要的組成部分缺失時會發生什麼？
隨著上個世紀衛生、醫藥和生活方式的快速變化，其中一些本土物種正面臨衰退、流離失所，甚至可能滅絕。 在世界上許多較大的生態系統中，科學家可以預測當一箇中心物種消失時可能會發生什麼，但在人類微生物環境中——它在很大程度上仍未被描述——這些快速變化中的大多數尚未被理解。 “這是下一個前沿領域，對人類健康、公共衛生和醫學具有真正的意義，”密歇根大學 (U.M.) 安娜堡公共衛生學院的流行病學教授 Betsy Foxman 說。
與此同時，發達國家的每一代人出生時都缺少這些本土物種。 “他們實際上缺少他們進化而來的微生物群的某些組成部分，”福克斯曼說。
小鼠在實驗室中基本上可以免受微生物種群的侵害。 但在現實世界中，傳統的微生物是對抗外部和潛在危險入侵者的重要防線。 透過佔據甚至保護其歷史上的生態位，這種小型動物可以阻止更多外來細菌和病毒的入侵，從而幫助維持其人類宿主的健康。 “一個沒有微生物的人，他們將是赤裸的，”紐約市紐約大學朗格尼醫學中心微生物學教授兼醫學系主任馬丁·布拉澤說。
各公司已經接受了微生物研究的某些方面，推廣抗菌劑以殺死大面積的微生物，或推廣益生菌食品以將其他細菌群引入體內。 然而，這些極端做法可能會讓該領域的科學家感到不安。 “我們有太多不知道的事情，”福克斯曼在談到操縱這些動態時說。 而且變化可能會迅速發生，即使它們是無意的。
強效治療
近幾十年來出現的人類微生物組的許多變化都是醫學治療和預防中有益的——並且主要是有利的——發展的成果。 例如，自 20 世紀中期以來，過度使用抗生素（真正的救命藥）引發了結核病和金黃色葡萄球菌耐藥菌株的進化。 抗生素更微妙的副作用才剛剛開始被發現。
“當抗生素首次被引入時，它們是神奇的藥物——而且現在仍然如此，”布拉澤說。 “但人們並沒有充分考慮到抗生素會選擇耐藥性。” 抗生素不僅會影響它所針對的感染。 “它會選擇整個微生物組的耐藥性，”他補充說。
抗生素治療的常見副作用（例如酵母菌感染）是這些悄無聲息的變化的最好例證。 即使服用抗生素是為了治療身體其他部位的感染，抗生素也可以殺死通常控制酵母菌種群的生物，從而導致意外爆發。
雖然其中一些變化是暫時的，並且可能值得用抗生素治療來權衡，但其他變化則更持久且有害。 正如布拉澤指出的那樣，“[抗生素耐藥性]的選擇可以持續數年甚至可能永久存在。” 例如，消失的胃幽門螺桿菌在美國和其他發達國家已經面臨著被根除的命運，這在很大程度上是由於抗生素的使用。 儘管這種細菌的滅絕與一些積極的結果有關，例如胃癌發病率的降低，但縮小其種群也可能透過擾亂激素和 pH 水平的調節而增加各種反流疾病的風險。
此外，“與沒有幽門螺桿菌的人相比，幽門螺桿菌陽性的人患兒童哮喘、過敏性鼻炎和皮膚過敏的風險較低，”布拉澤和斯坦福大學醫學院微生物學和免疫學系的斯坦利·福爾科在一篇論文中寫道，該論文於 11 月在《自然微生物學評論》上發表。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）他們還假設，由於該細菌在調節食慾素（有助於調節脂肪發育和飢餓）方面發揮的作用，它也可能“導致當前早發性肥胖、2 型糖尿病和相關代謝綜合徵的流行”。
這種顯著細菌群落的變化可以透過各種醫學測試檢測到，但許多其他對人類健康產生積極影響的物種的轉變可能仍然被忽視。 “如果[幽門螺桿菌]正在消失……可能會有其他東西正在消失嗎？” 布拉澤問道。 他擔心，由於抗生素的使用和其他生活方式的改變，許多其他研究較少的物種——甚至某些代謝途徑——也可能會被淘汰。
布拉澤並沒有呼籲放棄一整類有效的藥物，但他確實主張更好地瞭解潛在的權衡——即使我們可能還沒有所有的答案。 布拉澤說：“我認為沒有人把這種權衡擺在桌面上，”他指出，醫生和患者都應該將抗生素的使用限制在必要的情況下。
不穩定的保護
對於許多疾病，現代醫學和研究已經透過開發有效的預防措施（從疫苗到公共衛生措施再到抗菌產品）繞過了治療階段。 布拉澤指出，這些措施的成功本身“表明我們正在改變微生物群”。
肺炎球菌疾病疫苗在大多數情況下是一個成功的故事，減少了肺炎病例和感染。 但肺炎鏈球菌實際上是健康個體的常客，將這種元素排除在人體之外已經為不同且可能更有害的病原體打開了空間。 “肺炎球菌疫苗，其意圖非常好，可能會產生一些不良後果，”布拉澤說。 導致葡萄球菌感染（其中越來越多的感染是社群相關性耐甲氧西林金黃色葡萄球菌或 MRSA）和傳統的肺炎鏈球菌是“競爭對手，並且前者的喪失正導致後者的擴張，”布拉澤和福爾科在他們的《自然微生物學評論》論文中寫道。 然而，布拉澤說，像抗生素一樣，疫苗仍然很重要，但未來應該研究其中一些長期後果。
像現代醫學發展一樣，改善的衛生條件和清潔劑的普及拯救了無數生命，並使我們其餘的人看起來更健康，但微生物學家也正在找出清潔生活的陰暗面。
那些贊同“衛生假說”的人認為，整體清潔導致了過敏和其他免疫系統異常等疾病的近期增加。 這種思維方式認為，“如果你是一位好父母，你應該讓你的孩子吃土，”布拉澤說。 事實上，一項研究於 12 月 7 日在《實驗醫學雜誌》上線上發表，該研究發現，即使在子宮內，其母親接觸過常見的農場微生物（嗜土不動桿菌 F78）的小鼠也不太可能患過敏和哮喘。
然而，布拉澤指出，對衛生假說的過度熱情可能會誤導人們。 “我的假設是，土壤中存在的微生物與人類無關，”他說。 “相關的是我們已經擁有數十萬年的微生物——[並且]正在消失。”
布拉澤指出，在感染風險高的醫院等醫療保健場所，使用抗菌產品的極端衛生是一種資產。 但在其他地方，這些措施不太可能對我們的長期優勢有利，因為“如果有的話，好處也微乎其微，”他說。 “我們必須開始意識到我們可能正在造成一些傷害——我們可能正在失去一些好人，從而更容易受到壞人的侵害。”
另一方面，流行的益生菌產品承諾透過強化食品（如酸奶）引入有益細菌，這只是人們對人類微生物群的原始理解開始滲透到流行文化中的方式之一。 但許多研究人員認為，對這種方法的信心為時過早。 “那裡顯然有一些東西，”福克斯曼說，“但如果你想推動一個系統成為健康的系統，你必須知道什麼是健康的系統。”
這就是研究人員正在瘋狂試圖弄清楚的事情。 布拉澤說：“如果我們瞭解我們正在失去什麼，那麼我們就可以替換它。” 他想象著未來，疫苗不僅針對病毒，還針對微生物種群。 嬰兒有一天可能會接受本土微生物群的篩查，並接種疫苗以填補重要的缺失生態位。
繪製微觀圖
儘管人體微生物群顯然是人類健康不可或缺的古老組成部分，科學家們仍在努力尋找更好的方法來研究它——趕在它發生超出歷史認知的變化之前。借鑑醫學以外的模型幫助該領域的許多人更好地理解我們體內的這個活生生的世界。“重要的概念是關於物種滅絕，”布拉澤說。“這是生態學。”
黛博拉·戈德堡，一位植物生態學家，也是密歇根大學生態與進化生物學系的教授，偶然進入了這個領域，但她發現自己的生態學視角在談論病原體時非常“相關”，她說。她表示，微生物學家已經開始將關於生態位和干擾的初步生態學思想應用於微生物研究。但戈德堡指出，生態學領域的新發展——從入侵生物學到空間動態和擴散——帶來了新的見解，她與福克斯曼合著了2007年發表在《傳染病跨學科視角》上的一篇關於人體微生物群的論文。
然而，對於許多當前的研究目的而言，生態學模型可能令人生畏。“作為一種整體方法，生態學很難，”戈德堡說。“它是複雜的系統，且高度多維。”
這些挑戰促使許多人更傾向於將人體微生物群視為生物學家概念中的器官系統，尋找輸入和輸出，暫時拋開在所謂的黑匣子裡發生的事情。“將其概念化為器官系統很容易，”福克斯曼說。“但是有很多理由進入黑匣子……最終，我們確實需要了解這個系統。”
理解這些系統的第一步是簡單地清點健康個體中存在哪些古菌、細菌、真菌、原生動物和病毒。這項大規模的微觀研究自2007年以來一直在進行，由美國國立衛生研究院 (NIH) 的人類微生物組計劃資助。到目前為止，它已經發現了令人驚訝的豐富資料，包括生活在健康人皮膚上的約205種不同屬的基因測序結果。
儘管新資料如潮水般湧來，當被問及人類微生物組計劃是否有可能在不久的將來發布最終報告時，福克斯曼笑了。“這才是剛剛開始，”她將這個專案與美國國立衛生研究院的人類基因組計劃相比較，後者啟動了一系列新的基因研究。“有一些基本的、我們不知道答案的問題，”她說，例如隨機個體或家庭成員之間微生物群的差異有多大；微生物群隨時間變化有多大；或者一個人體內或體表的微生物群彼此之間的相關性有多大。
然而，測序技術的快速發展使得研究人員能夠突飛猛進地加速他們的工作。“我現在能做的事情，六個月前還做不到，”福克斯曼說。“這將是一段狂野的旅程，[帶著]許多驚喜，”她補充說。“我們將很快進入那個黑匣子，但我們可能不喜歡我們發現的東西。”