人类口腔中生活着数千亿微生物，主要是细菌。它们有的悬垂在口腔硬腭上，有的躲藏在舌头隐匿处，有的缠结在牙菌斑上，这些微生物在人类口腔中形成了数百种不同的微生物群落。
生活在口腔中的这些细菌似乎给我们大多数人带来了很多困扰和尴尬，这些微小生物混合在气味难闻的黏性物质中，我们必须通过刷牙、牙线清洁等方式，才能保持口腔清洁，口气清新，让牙龈呈现健康的粉红色。
但是对于美国伍兹霍尔海洋生物实验室的杰西卡 • 韦尔奇（Jessica Mark Welch）、剑桥福塞斯研究所的加里 • 博里西（Gary Borisy）和弗洛德•德赫斯特（Floyd Dewhirst）来说，口腔微生物群是一个神奇的存在，它们不是一堆杂乱无章的细胞，而是一个多样化的、有序排列的生态系统。通过对口腔微生物的研究，可揭示它们之间的相互作用方式，以及这种相互作用如何影响它们所处环境。
科学家们指出，了解微生物在口腔中的排列方式，可以揭示更多生物群落在各种生态系统中的组织方式，包括从厨房海绵的毛孔到海带表面的组织结构。更多地了解微生物参与的规则，不但有助于利用人体内的微生物群落来改善健康，还可以帮助研究人员解决一些技术挑战，如利用柳枝稷草来制造生物燃料等。
对口腔微生物群落进行专门研究可以加深我们对某些口腔细菌对健康影响的理解，一些口腔细菌在正常新陈代谢过程中起着关键作用，还有其他一些细菌则可能与牙龈疾病、心脏病和癌症等疾病有关。
在近期的《微生物学评论年报》（Annual Review of Microbiology）上的一篇论文中，韦尔奇、博里西和德赫斯特描述了他们是如何利用基因分析法和荧光成像技术对口腔细菌的分布情况进行探究的，包括从舌头上的链状链球菌到牙菌斑上的棒状杆菌，以及口腔中的其他各种细菌。
他们的研究表明，口腔中的细菌群落比之前所认为的更井然有序，更有组织性。“我们希望能发现更多种类的细菌，但真正令人惊讶的是它们的条理性，以及它们之间携手合作的方式。”韦尔奇说道。
以下是编辑整理后的采访记录。
你们是如何想到要研究口腔细菌的？
加里：口腔中的细菌群落，它们的组织方式，以及它们对于人体健康的重要性是我们感兴趣的。微生物研究最早是从观察自然环境、池塘和伍兹霍尔沼泽开始的，而不是口腔。我们常从一些人造环境中取样进行研究，比如钞票、马桶等。
杰西卡：还有厨房海绵上发现的细菌。微生物群落无处不在，它们在生态系统中发挥着重要作用。
加里：但我们很早就意识到一个大问题。比如，收集样本时，我们确确实实看到各种各样的微生物，但我们并不确定他们究竟是什么。有关环境微生物的基因组数据库目前还很少，没有人系统地对我们看到的微生物进行测序，所以我们在微生物取样时很难对它们的身份进行鉴别，更不用说理解它们相互合作形成生态系统的方式了。
口腔细菌研究能解决这一问题吗？
加里：是的。选择口腔细菌作为突破口的一个原因是我们的论文合著者弗洛德•德赫斯特和他在福塞思的同事开发了一个人类口腔微生物数据库，该数据库对口腔中发现的数百种细菌的基因组进行了分类编目。如果我们从口腔细菌开始研究，可以发现许多微生物已被鉴定和培养，基因组信息也正在收集整理，所有这些都为我们的研究工作提供了基础。另一方面，如果我们做一些与人类健康相关的研究，似乎更容易获得研究资金的支持。
杰西卡：选择口腔细菌进行研究，还因为生活在口腔中不同部位的细菌彼此之间有着很大的差异，然而它们都生活在口腔这同一个环境中，包括同样的唾液，同样的免疫系统，同样的日常饮食和同样的睡眠时间表。此外，许多可能对这个环境产生影响的因素都是可控的，这样有利于我们研究生存环境对不同部位细菌所产生的影响，以及进行比较研究。
口腔细菌群落生活在口腔中哪些地方？
弗洛德：人类微生物群项目定义了口腔中的九个部位——舌头、上颚、扁桃体、龈上菌斑、龈下菌斑、角质化牙龈、口腔黏膜、喉咙和唾液。
令人惊讶的是，即使你的舌头可以接触到口腔顶部，但如果用棉签在口腔中任何一个部位取样，都可以百分之百地确定刚刚所取的细菌样本来自口腔中哪一个部位。因为舌头上和口腔顶部生活着的是完全不同的微生物群落。
为什么它们如此的不同？
杰西卡：生活在什么样的位置对于细菌来说很重要。牙齿是实心的，细菌待在那里不会离开，除非用牙刷或其他什么东西将它们清除掉，它们是不会自动离开的。另外如棒状杆菌这样的细菌，它们会沉淀在唾液中并发生钙化，它们就是牙医从你牙齿上刮下的牙结石。它们生长很慢，但会牢牢地黏在牙齿表面，形成一个兴旺的微生物群落。
但是对于那些生长在经常会脱落的颊黏膜细胞上的细菌来说，在一个快速变化的环境中，它们必须快速完成黏附与生长的过程，因为能否在较短时间内黏附在口腔表面，是能否真正形成细菌群落的因素之一。链球菌在颊黏膜处做得很好，它们快速出现，迅速生长，然后发展形成一个兴旺的微生物群落。
口腔内有多少微生物？
弗洛德：我们还不知道口腔中细菌的确切数量。据估计，每克牙菌斑中的微生物数量约为1 000亿。不过研究人员通常关注的是口腔细菌的种类。人类口腔微生物项目已鉴定了700多种不同的细菌，当然口腔微生物中还有真菌和病毒。700种细菌中，大约有400种是较为常见的。
在我们的吃喝过程中，地球上几乎所有其他的微生物都进入了我们的口腔里。一滴海水中，沾在菠菜上的一点污垢里，都含有无数种类微生物。如果对足够多的人取样，或对某个人取样的次数足够多，地球上几乎每一种微生物都可能出现在某个人的口腔里。
加里：口腔几乎就像一条敞开的下水道，但只有那些真正属于口腔居民的微生物才能定居下来并长期生活在那里。
杰西卡：牙菌斑和舌头表面是地球上密度最大的微生物群落栖息地，细菌在那里密密匝匝地排列着。
斑块里除了细菌还有其他东西吗？
杰西卡：还有细菌的分泌物。
加里：它的正式名称是“细胞外基质”或“超高分子聚合物”。
杰西卡：牙菌斑实际上是一种生物膜——细菌附着牙菌斑的表面，牢牢地根植在它们自己制造的基质中。细菌在生物膜中的行为表现有所不同，它们的某些新陈代谢功能只有在生物膜中才会开启，它们对抗生素和环境变化的抵抗力很强。有意思的是，牙菌斑生物膜中含有很多DNA，不知细菌死亡后会，这些DNA会不会就散了。
是什么原因让你开始制作细菌形成菌落的荧光影像的呢？
加里：我们对微生物组织的理解并不透彻。DNA测序技术让我们拥有了一份细菌基因组目录，但它有一个很大的限制：必须得到它们的样本才能获取其DNA，但在这个过程中也失去了它所在空间的所有信息，包括它们共生伙伴的信息。
这是理解微生物群落拼图中缺失的一块。我们可以开发荧光影像系统工具在它们的栖息地中来实地观察这些细菌成员，尽可能地接近它们的真实状态。
为什么口腔细菌群研究如此重要？
杰西卡：如果你能看到细菌边上的小伙伴们都有“谁”，那么你就更有可能理解它们都在和“谁”在互动。这一点很重要，因为如果我们想要识别哪些是不健康的微生物群，也许还想知道如何将其转变为更健康的状态，我们就需要了解细菌群落是如何协同工作的。如果想要除掉某种特定的微生物，那你就需要知道它的边上都有哪些其他种类的微生物，通过这样的了解，或者可以帮助有益微生物生长得更兴旺，甚至将不健康的微生物取而代之。
加里：我们来看一下一块手表的结构（在演变成数字化手表之前的手表），你可以看到里面有弹簧，有齿轮，有一个玻璃表面，还有一块金属的后表盖。那么这块手表是如何工作的呢？仅仅知道手表的这份零件清单是不够的，你还必须知道这些零件是如何装配在一起的，以及某个零件是如何影响和作用于另外的零件的。细菌也是这样，通过基因测序，我们获得了细菌的“零件清单”，但知道了它们的DNA并不能让我们了解它们是如何协同工作的。想要了解它们的功能，首先必须了解它们“排兵布阵”的结构。
荧光影像显示了什么？
杰西卡：口腔生态系统中不同部分的结构和组成之间差异巨大。例如，观察一下牙菌斑和舌头上微生物群落的荧光影像，可以发现它们是完全不同的。
我们看到的牙菌斑的形状，也正是细菌群落形成的形状，围绕棒状杆菌形成的“刺猬状”，我们认为，是棒状杆菌构成了这个细菌群落的基础，就像珊瑚礁中的珊瑚或森林中的橡树一样，成为其他微生物在这个基础上安家落户的栖息地。结构的外环是链球菌，它们的栖息地是有氧区，它们暴露在氧气中，但似乎因为它们的存在，在牙菌斑内部创造了一个低氧区，占领那里的是与它们完全不同的其他种类细菌。
弗洛德：牙菌斑中的细菌，几乎每个细菌周围的邻居都是不同的微生物物种。但在舌头上，细菌倾向于接近同一物种的细菌。
这种结构在口腔中一定有它的作用吧？
杰西卡：没错，是这样的。观察口腔中细菌的空间组织结构可以告诉我们哪些微生物是直接附着在宿主身上的，哪些微生物最有机会与宿主及其新陈代谢产生相互作用。
我们知道口腔中的一些细菌参与了我们的硝酸盐代谢工作，参与了我们如何从食物中吸收营养的过程，这一过程实际上可以起到调节血压的作用。如果你摄取的食物中富含硝酸盐，或食物中含有大量绿叶蔬菜，这些细菌可以起到稍微降低人体血压的作用，但如果你用抗菌漱口水就起不到这样的作用了。在我看来，这可能是我们作为宿主容忍细菌在我们口腔里如此密集地生长起来的原因之一，但这也可能成为一个危险因素。
研究人员正在试图更多地了解微生物与牙周炎（一种牙龈疾病）和龋齿（蛀牙）之间的关系。例如，核梭杆菌是一种常见口腔细菌，它们似乎与结肠癌有关，核梭杆菌在口腔微生物学中也大为出名，因为它几乎能与一切其他微生物结合，如果它附着在无害的链球菌上，它就可以避开免疫系统，通过颊黏膜细胞进入体内，也可能通过吞咽动作进入结肠。
加里：有些细菌促进宿主健康，但有些细菌会对宿主不利。如果我们喝了大量的含糖饮料，嗜甜的细菌就会茁壮成长起来，并产生酸性物质，导致蛀牙。如果有害细菌进入人体血液，甚至会导致严重疾病，如心脏瓣膜感染。就像在一个花园里一样，植物在不该生长的地方生长时，我们称它们为杂草，但如果生长在合适的地方可能就是有用资源了。
杰西卡：当我们要求志愿者提供牙菌斑样本时，我们会要求他们在取样前24或48小时内不要刷牙，我们还必须了解这些志愿者是否患有心脏瓣膜疾病。患有心脏瓣膜疾病的人，如果让这些细菌在口腔中大量积聚，可能会危及健康。
所以说，口腔细菌可以给我们带来好处，但也有可能会对我们造成伤害，但如果我们想要对抗这些病原体，我们就必须了解它们的结构。微生物的行为取决于它们的生存环境。很多时候研究实验都是针对培养皿中的单一细菌进行的。但实际上，如果这种细菌与另一种细菌相邻，它的行为会有所不同。如果我们想要了解它们在真实生存环境中的行为，我们就需要在那样的环境中研究它们。如果我们知道在口腔中的不同位置上，哪些细菌是毗邻而居的，在培养某种细菌时，我们就要把它们的“邻居”一起放在培养皿中。
科学家认为，口腔的不同部位有不同的细菌群落，但是人们仍然倾向于通过唾液取样来测量牙菌斑中的细菌，这样做可能比较简单。但唾液是口腔不同部位细菌的混合物，事实证明，它们大多是舌头上的细菌，而不是牙菌斑上的细菌。口腔的位置决定细菌特殊结构这一概念并没有得到很多人的认同，这也是我们这篇文章的初衷之一。
科学家还通过哪些人体部位了解微生物？
加里：大多数研究人员已经在开始观察肠道了，但是很可能身体的每个部分都有独特的微生物群落，耳朵、鼻子、肚脐、阴道里的微生物都有非常独特而有趣的结构。
杰西卡：绕了一大圈我们再回到海洋生物上来。海带和其他大型海藻在某种程度上类似于人类口腔，它们都有一个固定的表面，富含营养，浸没在流动的水中，这些因素促使它们形成了独特的细菌群落结构。
海带是生态系统工程师。它是鱼类和其他生物的栖息地，也是碳氮比调节的重要场所。我们感兴趣的是：细菌在其中所起的作用，海带自身的作用有多大？微生物在其中又起到多大作用？分析探秘人类口腔里发生一切，也许可以让我们越来越接近这些问题的答案。
资料来源 smithsonianmag.com