小鼠的胃裡有細菌、病毒和真菌的叢林——我們也是如此。這些微生物幫助小鼠和我們分解食物。正如我們所發現的，這些細菌也有助於調節免疫系統。但我們才剛剛開始瞭解這些微小的生物體如何影響我們，以及改變它們的組成如何改變我們。
為了找出答案，哈佛醫學院丹尼斯·卡斯珀實驗室的博士後研究員河村春和她的同事試圖用完全人類的腸道微生物群來飼養小鼠。
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人類微生物在小鼠腸道中表現良好（研究人員可以透過培養這些小鼠的糞便顆粒來判斷）。 然而，有趣的是，具有這些微生物的小鼠並沒有：它們的免疫系統仍然發育不全。 即使研究人員將大鼠微生物群給予小鼠，小鼠的免疫系統也未能成熟。研究結果發表在6月22日出版的《細胞》雜誌上。
芝加哥大學醫學教授尤金·張說，這些發現“可能是我見過的最明確的”。他沒有參與這項新研究。 他說，它們表明“宿主和腸道微生物之間存在關鍵且特定的關係，這對於宿主免疫反應的正常發育是必需的”。
研究結果支援了我們人類與我們的微生物共同進化的觀點——而且沒有它們，我們可能就不一樣了。 張說：“合作伙伴的選擇不是偶然的。” 這可能解釋了為什麼當我們透過抗生素和超級乾淨的成長環境來改變我們的微生物群時，我們的免疫系統也在發生變化，從而導致自身免疫性疾病（如過敏和糖尿病）的發生率增加。 他指出：“結果是，我們和我們的微生物之間透過進化確定的平衡被以影響我們健康的方式打破，並增加了以前不常見的許多疾病的風險。”
從無菌開始
對於這些實驗來說，從無菌開始是關鍵。 這些超潔淨的小鼠群落已經生活了幾年——並且經歷了許多代——甚至沒有與實驗室環境接觸，因此它們的胃仍然處於產前狀態（與人類一樣）：沒有微生物。
無菌小鼠設施的優點是，由於動物的籠子密封在密封區域中，因此氣味比裝有標準籠養實驗小鼠的房間好得多。 缺點是它們需要很多照顧。 工具、食物、墊料和水必須透過高壓滅菌器進行消毒，並透過雙閥密封引入。 實驗室技術人員和研究人員將戴著塑膠手套的手伸入籠子，這些手套內建在類似於免疫缺陷大衛·維特（被稱為“泡泡男孩”）短暫一生中居住的圍欄的透明罩中。 在實驗室開始工作一年後，河村春結婚了。 她說，或許比食物、鮮花和賓客名單更重要的是，她主要圍繞小鼠計劃了這次活動。
河村春和她的研究人員同事對如果這些小鼠獲得非小鼠微生物群會發生什麼很感興趣。 為了比較不同微生物群組成的反應，河村春隨後可以給這些無菌小鼠人類、小鼠或大鼠微生物群（透過餵食從糞便中培養的微生物群）。 一組保持無菌狀態作為對照。
在幾代小鼠在這些微生物群中長大後，內部的物理差異變得驚人。 取出小腸、大腸和盲腸（消化道的一部分），你會看到無菌小鼠的盲腸增大且顏色更深。 這可能是因為它不得不擴張以努力在沒有健康的正常腸道菌群的情況下提取足夠的營養。 在小鼠的小腸中，通常有 9 到 12 個淋巴結，可以看作是免疫細胞（如 B 細胞和 T 細胞）聚集的小凸起。 在正常小鼠中，淋巴結很容易看到，但在無菌小鼠中，每個淋巴結都很小且難以看到，表明它們的免疫系統發育不良。 同樣，具有大鼠微生物群的小鼠的免疫系統也不成熟。
猶他大學醫學院助理教授瓊·朗德說：“這篇論文表明，不同的物種對它們的宿主有不同的作用。”她沒有參與這項新研究。 “宿主可能具有針對特定微生物物種的“專門受體”，這些受體提示宿主體內某些全身反應。 但研究人員仍在尋找這些受體可能是什麼。
清潔與疾病相鄰？
新發現並沒有為衛生假說提供明確的肯定或否定答案，衛生假說認為，幼年時期缺乏接觸細菌會導致以後的健康狀況較差。 但是，河村春說，“我們認為它可以為衛生假說增加另一個維度：不僅僅是接觸任何細菌；而是接觸正確的細菌。” 她在談到人類特異性微生物時說，免疫相關疾病的增加可能是因為“我們錯過了正確的微生物，好的微生物”。
另一份最近的報告（由人類微生物組計劃在本月早些時候釋出）表明，我們的微生物群不僅對我們作為一個物種來說是獨一無二的，而且很可能對我們作為個體人類來說也是獨一無二的。 對來自 242 名健康成人的 15 到 18 個部位的微生物的調查發現，微生物種群差異很大。
河村春的合著者卡斯珀的一項研究表明，無菌飼養的小鼠可以在出生後的最初幾周內透過某些微生物“挽救”它們的免疫系統。 這是否適用於人類還有待觀察。 目前的文獻表明，在人類嬰兒中，腸道微生物群在出生到大約三歲之間經歷了許多轉變。
微生物群在免疫系統中的密切作用也可能對疫苗功效產生影響。 在美國和歐洲使用的許多兒童疫苗有時對發展中國家的兒童效果不佳。 因此，任何影響微生物群的因素，無論是營養不良、毒素還是寄生蟲，都可能影響免疫系統的發育程度
這些發現也對實驗室中的微生物群研究具有影響。 朗德說：“作為研究人員，我們中的許多人使用小鼠來模擬人類疾病。” 廣泛地縱觀整個動物王國，科學家們看到“小鼠和人類具有非常相似的微生物群”，但這些發現對於顯示這些微生物群落的功能差異至關重要。 研究人員需要意識到，小鼠對人類進化的物種沒有相同的反應。
當然，對小鼠的研究將繼續進行。 朗德正在研究特定種類的微生物以及它們如何單獨影響宿主——以及宿主如何塑造那裡的微生物。 她說：“我認為我們正處於弄清這一點的風口浪尖。” 這可能對個性化醫療有益。