目前科学家提出了这样一项计划:对“栖居”于我们人体内的全部微生物进行测序;并认为这项计划可能会对人体健康产生巨大的影响——
生活在人类消化道中的幽门螺杆菌,已经证明可增加患胃溃疡的风险,也能降低患食道类疾病的风险
尽管微生物“栖息”在我们身体的几乎每一个角落,如存活于口腔、皮肤、肺、消化道等,但在多数情况下我们忽视了它们的存在。事实上,人体“携带”的微生物的数量是人体细胞的10倍!这些微生物对维持我们的健康起到了极其重要的作用:如分解难以消化的食物,制造人体必需的维生素,甚至“塑造”我们的免疫系统。近来的研究也表明,微生物在造成人体疾病方面也扮演了一定的角色,如溃疡、心脏病和肥胖等。
虽然微生物与我们的关系如此亲密,但是“栖居”在人体内的大多数微生物仍是很神秘的。人体内的细菌研究起来非常困难,因为其中只有大约1%的能够在实验室中进行培养。为此,科学家现在提出了一项新的计划,旨在对“栖居”于我们人体内的全部微生物进行基因测序,并认为这项计划能够改变微生物目前的神秘状况。
“这是一个完全未被探索的领域,它很可能对我们了解人类健康和疾病的形成产生重大影响”,美国休斯敦贝勒医学院人类测序中心主任乔治·韦恩斯托克(Ceorge Weinstock)说“,我们过去没能深入这个领域,原因是存在的问题太多,困难太大。现在我们终于可以开启这扇门了。”
由于DNA测序技术和方法不断取得进步,科学家现已具备分析全部微生物群落基因组的条件,对被称为宏基因组学[metagenomics。源自最初用来定义土壤细菌混合基因组的宏基因组(metagenome),现在则定义为特定环境中全部生物遗传物质的总和。宏基因组学研究将使人们摆脱物种界限,揭示更高、更复杂层次上的生命运动规律,同时也为微生物新功能基因的筛选、开发提供了物质基础——译者注]领域展开研究。通过比较不同年龄、出身、健康状况的人群中的微生物群落,研究者希望从中发现微生物是如何精确地阻止或增加某些疾病的患病机理,以及它们能否被用来增进健康。
韦恩斯托克(左)与同事在贝勒医学院的人类基因组测序中心
博大研究院的实验室
目前正在进行的或已经完成的宏基因组学计划有,包括分析生活在人体消化道内和皮肤上的微生物。但是要获得我们人体全部微生物群落的真实“快照”,还需沿袭人类基因组计划的路线,并为之付出巨大的努力。“即使某个微生物基因组仅是人类基因组的千分之一,那么人体内全部微生物基因的数量也要比人类基因多得多,因为你的身体里有许多种不同的微生物”。韦恩斯托克说。
美国国立卫生研究院(NIH)目前正在评估宏基因组学计划。今年4月下旬,宏基因组学的专家和政府官员进行了会谈,以确定这个项目(被称为人类微生物基因组计划)是否将成为NIH的一个“路标”式计划——考虑到这一项目在实施中,特别是涉及生物、医学研究中遇到的一些难题,将提供比一般的基金项目规模大得多的财政支持。
“在做出决定的那一天,我们可以展望我们的物种——人类—微生物自身——将发生又一次革命”,圣路易斯华盛顿大学医学院的微生物学家杰弗里·戈登(Jeffrey Gordon)说。
戈登实验室近来的研究清楚地表明,微生物对人体健康有潜在的影响。戈登和他的同事发现“,栖居”于肥胖者体内的微生物的种类要比身体瘦弱者多。当肥胖者减肥后,其体内的微生物渐渐和身体瘦弱者趋于相似。
不过,目前还不清楚究竟是什么引起了这种差异。但在随后他们对老鼠进行了类似的研究后发现:在消化的过程中,跟瘦弱老鼠的微生物群落相比,肥胖老鼠的微生物群落能够更有效地释放食物中的热量。
令人兴奋的是,戈登的研究还阐明了相关微生物的激发机制。为了真正搞清楚人类的微生物群落,科学家还将需要查明大量在人体内“栖居”的微生物群落的变异情况。使问题复杂的是,一个人的基因组是稳定的,而其微生物的组成——即他或她的微生物群落——却是随着时间而波动的。因此,要绘制一个人的微生物群落的精确图,需要进行多次的反复测序。
关于对微生物群落的研究能否产生回报?或能揭示出不同的微生物是否与不同的健康状况相关?戈登和其他科学家希望,对微生物分析将最终成为医学检查的常规项目,也许还可用来诊断不同的疾病。
科学家目前正在议论微生物群落研究能否成为NIH的下一个“路标”式计划。如果答案是肯定的,这项计划的最终目标将是什么呢?例如,他们是否应集中力量首先从人体中占优势地位的微生物的全序列开始测定;或者集中同样的力量于这项复杂的任务——研究微生物的变异。
其间,微生物学家一直在积极做着准备。三个大的测序中心(贝勒、博大研究院(Broad Institute),华盛顿大学)已经得到了资助,将对可以在实验室中培养的几种消化道微生物的基因组进行测序(对以后的研究至关重要)。戈登说:“我们将得到一个关于我们自身的超然观点——从“栖居”于我们身体内的微生物那里获得很多有特点的超生物体。”