編者注：七月雜誌中提到的與傑里米·尼科爾森的擴充套件問答可以在此處找到。
傑里米·尼科爾森只是想做到徹底。那是1981年，這位年輕的生物化學家正在使用一種稱為核磁共振光譜學的技術，該技術可以根據原子核的磁性來識別化學物質。特別是，尼科爾森想研究紅細胞如何吸收鎘，一種致癌金屬。他意識到，如果他能模擬細胞的自然環境，就能獲得最佳結果，因此他在細胞中加入了幾滴血液並進行了測試。
尼科爾森回憶道：“突然出現了我們以前從未見過的各種訊號——出現了一系列驚人的光譜。”血液或尿液樣本包含數千種代謝物——在給定時間體內發生的所有化學反應的特徵。他推斷，如果他能找到一種方法來識別這些化學特徵及其意義，他不僅能更好地理解不同的疾病——基於已經出錯的化學反應——還能識別早期預警訊號和潛在的干預措施。他認為，這種科學才是他想要的科學。
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如今，51歲的尼科爾森是所謂的代謝組學領域的世界頂級專家之一，代謝組學是人體代謝產生的化學物質的集合。基因組提供了有關個人基因組成的詳細資訊，而代謝組學則更深入一步——它揭示了基因如何與環境相互作用，從而提供了個人身體健康的完整快照。“基因組真的就像一本電話簿，但沒有任何姓名或地址填寫。從非常基本的層面上來說，它有很多數字，”目前擔任倫敦帝國學院生物分子醫學系主任的尼科爾森解釋道。代謝組學“有助於賦予基因組資訊價值，並使其更具意義”。
但首先它必須被解讀，而這並非易事。這項工作需要分析大量人群的血液、尿液、呼吸和糞便。例如，為了找到高血壓的潛在化學特徵或生物標誌物，尼科爾森和他的同事分析了來自英國、美國和亞洲的4630個人的尿液，並將尿液代謝物與血壓資料進行比較，以確定高血壓患者和非高血壓患者之間是否存在一致的代謝差異。
這有點像倒著做科學：他不是先提出假設，然後設計實驗來檢驗它們，而是先進行實驗，然後再嘗試解讀他的結果。他必須篩選出人們擁有的基因、他們吃的食物、他們服用的藥物、他們患有的疾病以及他們體內寄生的腸道細菌所產生的一系列化學物質。
特別是這些細菌已成為尼科爾森的主要關注點。它們影響著我們身體分解食物和藥物的方式，並可能解釋為什麼食物對不同的人產生不同的影響。例如，有些人無法從大豆的某種成分中獲益，因為他們缺乏加工它所需的腸道微生物。雖然要分辨哪些代謝物直接來自我們的腸道微生物可能很困難，但在某些情況下，這很容易——它們是細胞不產生或食物中不攝入的化學物質。
尼科爾森關注這些化學物質，既是因為人們對它們知之甚少，也是因為它們似乎高度相關：最近的研究表明，腸道微生物在人類健康和疾病中起著至關重要的作用。它們幫助我們吸收營養，抵抗病毒和“壞”細菌；破壞腸道菌群，例如服用一個療程的抗生素，通常會導致消化系統疾病。事實上，尼科爾森說，“幾乎每一種疾病都與腸道細菌有某種聯絡。”
也許最廣為人知的致病腸道生物是細菌幽門螺桿菌，它可以引發消化性潰瘍。在過去的幾年裡，科學家們已將肥胖症與兩種主要的腸道細菌門類的相對丰度聯絡起來，並發現腸道細菌功能障礙與非酒精性脂肪肝、炎症性腸病和某些型別的癌症有關。尼科爾森甚至推測，這些生物可能在神經系統疾病中發揮作用，例如注意力缺陷多動障礙、圖雷特綜合徵和自閉症。尼科爾森評論說：“我們現在有一些證據表明，如果你擾亂腸道微生物，你就會以主要方式擾亂大腦化學。”他目前與微生物學家合作，將代謝物與特定細菌進行匹配——據認為，在任何給定時間，我們體內都有1000個物種和超過10萬億個細菌細胞。
這種識別過程只是最近才成為可能。雖然科學家多年來一直能夠從糞便樣本中提取腸道細菌，但之後幾乎不可能培養這些樣本，因為它們只能在高酸性、無氧環境中生存。由於新的DNA測序技術，科學家們現在可以相當容易地識別腸道細菌，而且人們對此越來越感興趣：美國國立衛生研究院於去年12月啟動了人類微生物組計劃，目標是全面描述人類腸道菌群。
尼科爾森說，一旦研究人員可以將代謝物與健康聯絡起來，未來有一天就有可能製造出類似於妊娠試驗中使用的尿液試紙，來定期檢查我們腸道菌群的健康狀況。一些公司已經開始銷售食品產品，以幫助保持這些菌群的平衡——含有活的有益細菌（益生菌）或有助於這些物種生長的化合物（益生元），或兩者的組合（合生元）。不幸的是，這些藥物通常屬於“功能性食品”的範疇，這意味著它們很少在臨床試驗中進行測試。一個例外是VSL #3，這是一種由八種細菌物種組成的組合，由位於馬里蘭州蓋瑟斯堡的VSL Pharmaceuticals公司以小包裝形式銷售。在雙盲、安慰劑對照試驗中，這些菌群有效地治療了潰瘍性結腸炎和腸易激綜合徵。
尼科爾森認為，基於細菌的藥物存在許多可能性，並且非常需要它們。根據製藥巨頭輝瑞公司的科學家發表的一項研究，人類基因組僅提供約3000個潛在的藥物靶點，因為只有一部分基因產生可以被藥物樣分子結合和修飾的蛋白質。但尼科爾森說，“微生物庫中的基因數量是人類基因組的100倍”，他經常與製藥公司合作，以更好地闡明人們如何代謝藥物。在英國為製藥公司阿斯利康工作的科學家伊恩·威爾遜評論說，尼科爾森是“我遇到過的少數對製藥行業的問題感興趣，而不僅僅是對其現金感興趣的學者之一”。威爾遜補充說，尼科爾森總是充滿潛在的解決方案，稱他為“一個沸騰的思想庫”。
由於基因僅提供有關個人疾病風險的有限資訊，尼科爾森夢想著有一天醫生可以根據代謝組學提供個性化的醫療保健。簡單的血液或尿液檢查將及早發現患癌症或心臟病的風險，以便開始預防性治療；藥物將根據每個人的代謝譜進行定製——在許多情況下，它們的目標不是我們的器官，而是我們的細菌。“它開啟了對未來的展望，那是我們幾年前甚至從未想過的，”尼科爾森說。“許多微生物學家可能會認為這是異想天開，但只有透過思考幾乎不可能的事情，你才能在科學上取得巨大進步。”
這個故事最初以標題“順應腸道細菌”印刷。
