微生物“成就”你我！

微生物是寄居在人體內的微小單細胞生物群落，對人類健康帶來重大影響，而我們卻對此知之甚少。人類微生物研究領域的先行者 Rob Knight 聲稱：“人體內的三磅微生物可能比基因組中的每一個基因都重要”。讓我們一探究竟吧。

身為人類，我們時常會關心
個人的健康問題，

卻總是找錯重點。

以古埃及人為例：他們非常重視

身體的各個部位，因為這將是
他們來世的軀體，

但仍會有的放矢。

以此為例。

古埃及人會謹慎處理胃、肺

肝等器官，

但對於頭部，他們只會沖洗鼻腔，

然後就隨便處理掉了，

這樣的作法合理的，

想想大腦對我們的幫助為何就知道了？

但試想如果我們所忽視
的一個體內器官

它的重量恰巧和大腦相同

決定我們會成為怎樣的人，

但因為我們的無知而被打入冷宮。

再試想，如果隨著科技的不斷進步

我們開始注意到

原來它對我們如此重要。

你還會繼續對它視而不見嗎？

我想，接下來你可能會：

開始關注我們的腸道

或更多東西，比如腸道中的微生物。

當然不是只有腸道中的
微生物值得關注。

它無處不在，遊走于我們體內，

是造成人體差異，

形成不同個體的關鍵因素。

舉例來說，你有沒有發現

有些人就是特別容易被蚊蟲叮？

事實上每個人的露營
經驗談都沒有造假。

拿我來說，蚊子很少叮我，

但我的太太阿曼達是牠們的最愛，

原因就是我倆表皮上的
微生物形成了

不同的化學物質，導致
蚊蟲的反應不同。

目前，微生物對醫療也
發揮著重要作用。

比如，腸道中的微生物能判斷

某些止痛劑對肝臟是否
有毒副作用。

它們還能判斷其它藥物是否會
影響你的心臟功能。

如果你是只果蠅，微生物至少

能決定你嚮往的交配對象。

當然對於人類尚未明斷

但相信有一天我們會
找到答案（笑聲）

所以，微生物的作用很多。

它們有助於食物消化。

可以錘煉我們的免疫系統。

還能幫助我們抵抗疾病，

甚至會影響我們的行為。

那麼這些微生物群落
有著怎樣的結構呢？

我想不太會像這樣，

但我們可以藉此
了解生物多樣性。

不同的地方正因為

有了不同的生物體

才賦予了他們獨有的特色。

對於微生物界，道理相同，
但我也必須承認：

它們在顯微鏡下看起來都一樣。

所以，既然無法從
視覺上區分他們，

那麼我們只能從
基因序列來辨別，

在一項名為人類微生物組
項目的計劃中，

NTH 投資了 17300 萬美元，

同時該項目還吸引到了
數百位研究人員

為的是弄清所有A's、 T's、 G's和C's

以及人體內所有微生物
的排列組合。

結果我們看到了
這樣一幅景象。

這樣你很難看出它們
的具體位置，對嗎？

我的實驗室為此開發
了一種計算技術

可將序列數據取值
到兆兆字節

同時排列組合成可用性
更高的圖譜樣式，

所以如果我們將250名
健康的志願受試者

體內的微生物數據代入其中，

會顯示這樣的圖譜。

這其中的每個點都代表整個

微生物群落中各個複雜的微生物。

就像我說的，它們的樣子
都差不多。

所以我們的觀察重點是
每個點是代表一位健康

志願受試者的某個軀體部位
的一個微生物群落。

我們像區分大陸板塊一樣，
用不同顏色

在圖譜中標識不同部位。

由此可以發現

在軀體不同區域

會聚集不同的微生物。

現在我們看到的綠色群落
是口腔微生物群落。

在另一邊藍色的群落是
肌膚的微生物群落，

紫色的是陰道微生物群落，

而在右下方棕色的是
肛腸區的微生物群落。

近幾年來，我們驚奇地發現

人體不同部位的微生物

竟然各不相同。

所以，如果我們觀察一個人口腔和

腸道中的微生物，

會發現這兩個部位的微生物群落

的差異相當大。

人體中微生物群落的差異比

暗礁和草原微生物群落的差異更大。

細想真是不可思議。

這表示如果從微生物生態學來看，

人體中微生物存在的些許差異

轉變為地球生態，其差異
可以是天差地別的。

也就是說，兩個看似相同的人

未必有相同的體內環境。

你可能聽過這樣的說法

如果從人類的 DNA 來看，
每個人都幾近相同。

以 DNA 來說，你和

隔壁的人相似度可達 99.99%。

但是說道腸道微生物就不一樣了：

從腸道微生物的角度來看，

相鄰兩人的相似度可能僅有10%。

這就好比草原中存活的細菌

不同於森林中存活的細菌。

如同我之前提到的，
正是這些各不相同的微生物

在人體中產生了不同的功用，

從消化食物

到影響各類病症、

代謝藥物等等。

那麼微生物是如何
集結成群，發揮作用的？

一方面是因為，

這些僅重三磅的腸道衛生物

其實際數目卻是驚人的。

你問數目有多驚人？

這取決於你怎麼看待人體。

如果你支持細胞論？

那麼每個人都是由約10萬億
個人體細胞組成的，

而我們體內存有的微生物細胞
達100萬億個。

也就是說相當於10個我們。

當然，如果你推崇DNA的概念，

那麼目前已知的確切數字是，

我們體內的遺傳因子約為20,000個，

而微生物基因的數量可達
200萬至2000萬個。

所以無論是支持哪種理論，

我們都是由無數的
微生物共生體組成的。

所以我們不但要研究人類的DNA，

我們所接觸對象的

微生物DNA也是有待挖掘的領域。

我們在過去幾年進行的研究顯示，

如將某人留在常用鼠標上的物質

與其本身的掌紋相比較，

其匹配率可高達95%。

數年前曾有科學雜誌報道過這項發現，

不過美國影集“CSI：邁阿密系列”
令它街知巷聞，

可見這不是編劇杜撰的。

（大笑）

那麼微生物從何而來？

像我一樣，如果你有養狗或小孩，

可能難免會對此產生些
邪惡的疑慮，

順便一提，這都說得通。

正如我們可以將你
留在計算機設備上的

的微生物與本體作比較，

同樣的結果也可以印證在狗的身上。

結果我們發現，成人的微生物群落

相對穩定。

所以即使你和某人生活在一起，

仍可維持數週、數月、甚至數年

你獨有的微生物特性。

也就是說我們最初的微生物群落

取決於我們的出生環境。

所以，對於順產的寶寶

他們的微生物特性通常更接近
於陰道部位的群落特征，

而剖腹產的寶寶，

其微生物特性更接近于
肌膚的微生物群落。

而這種差異也可能被認為與

剖腹產寶寶的體質健康有關聯，

比如目前就有較多人
認為微生物可能

與哮喘、過敏甚至是肥胖症有關，

基於這一點，反觀直至目前，

每個經產道分娩的哺乳動物，

以及所缺少的、

共同進化、起保護作用的微生物，

可能正是催生出不同
微生物學條件的重要因素。

幾年前我太太在緊急情況下

剖腹產下我的女兒，

我們只能自食其力

後天給予女兒如同順產般

可受到的陰道微生物群的保護。

目前，我們尚無法判斷

這對她的健康是否有用，不是嗎？

我們的觀察樣本只有一個孩子，
無論我們多愛她，

我們還是缺少足夠的觀察樣本，

推斷出平均水平，

直到她兩歲時，
尚未患支氣管炎，

為此我們也一直祈禱她健康。

同時我們也開始通過臨床試驗
觀察其他孩子，

藉此判斷這種微生物
是否能起到一般保護作用。

可見分娩方式不同，
初生時體內微生物的不同，

其影響也是巨大的，
那麼接下來我們該做什麼？

這裡我將再次出示這張

人體微生物項目數據圖譜，

圖譜中的每個點都
代表 250 位健康成年人

各個身體部位的取樣結果。

各位已經熟悉兒童的生理發育，

也瞭解他們的心理成長，

現在，你們將首次見證

我同事的一個孩子
在微生物意義上的蛻變。

我們接下來要觀察的對象

就是這個孩子的“粑粑”,

即代表腸道的糞便菌落，

我們每週採樣，持續近兩年半時間。

我們從第一天開始觀察，

這個黃球的運動軌跡
就是嬰兒的微生物發育過程，

它基本上從陰道菌落開始出發，

這也符合孩子的分娩方式。

在兩年半的時間裡，

它由上而下運動，

最終與底部的健康志願者
糞便菌落相吻合。

我們來看這一運動過程是怎樣的。

請注意，黃球的每一步移動都歷時一周，

大家可以看到這個孩子

糞便微生物菌落的每週變化情況，

這種變化遠遠超出了

人類微生物菌落專案對列中

健康成人個體之間的差異。

底部的褐色球表示
成人個體的微生物菌落。

我們可以看到，
它正開始接近成人糞便菌落。

此時已過去了近兩年時間。

但一場“奇跡”即將在這裡上演。

孩子因為耳部感染而服用了抗生素，

這導致其微生物菌落發生巨變，

接著是相對快速的修復。

我們再來看一遍。

經過短短幾周時間，

我們發現微生物菌落的變化越來越大，

拖累了孩子數個月的正常發育，

接下來是相對快速的修復，

等到第838天，

也就是這段影片的結尾處，

我們可以清楚地看到，
儘管有抗生素的干預，

孩子的糞便菌落已經與健康成人相差無幾。

這個過程非常有趣，

它暗示了對不同年齡段的兒童
進行干預會引發某些問題。

微生物的變化是如此之快，

是否意味著我們早期的干預行為，

就像在風大浪急的海面投入一粒石子，

泛不起絲毫漣漪？

結果，我們卻驚奇地發現，

如果兒童在出生後六個月內服用抗生素，

他們將來會比同時期不服用抗生素

或稍晚服用的兒童更容易變胖，

所以我們早期的干預行為

可能會給兒童的腸道微生物菌落

以及他們未來的健康埋下嚴重的隱患。

這是令人震驚的發現，
因為將來會有一天，

抗生素除了對耐抗生素細菌

產生重大影響之外，

還可能削弱人類腸道微生物生態系統，

到那時，我們會談抗生素色變，

那種恐懼感絲毫不亞於對埃及人

使用金屬工具搗碎人腦，
然後使腦漿流盡

進行屍體防腐的做法所產生的恐懼。

我剛提到了微生物具有這些重要作用，

並且經過前幾年的潛心研究，

我們發現微生物與
多種疾患息息相關，

包括炎性腸病、

心臟病、結腸癌，

甚至肥胖症。

肥胖對人的影響不可小覷，

通過觀察人體腸道內的微生物，

我們現在有9成的把握

判斷一個人是消瘦還是肥胖。

儘管這聽上去令人振奮，

但就醫學試驗而言，
某些方面仍存在障礙，

因為即使你對腸道微生物一無所知，

也能分辨這兩個人中誰比較胖，

而即便掌握了他們的完整基因組序列

以及全部的人體DNA，

我們也只有6成的把握
推斷誰患有肥胖症。

是不是感到大跌眼鏡？

這意味著對於某些健康狀況而言，

人體內的三磅微生物可能

比基因組內的每一個基因都重要。

後來，我們對小鼠做了大量的試驗。

小鼠體內的微生物關乎各種健康狀況，

包括多發性硬化、

抑鬱症、自閉症，還有肥胖症。

然而，如何判斷這些與疾病息息相關的

微生物差異究竟是因還是果？

我們做了這樣一個試驗：

在無菌氣泡袋中培育體內
無自身微生物的小鼠，

然後，給它們添加一些
我們認為重要的微生物，

看會發生什麼情況。

當我們從肥胖症小鼠
身上提取微生物，

移植到氣泡袋中培育的

體內無自身微生物的
基因正常小鼠身上時，

它比從普通小鼠移植微生物時變得更胖。

這背後的原因令人震驚不已。

有些時候，微生物幫助

小鼠更高效地消化食物，

從而攝取更多的能量，

另一些時候，微生物實際
會影響它們的行為。

它們吃的比正常小鼠多，

如果不加限制，
只會越吃越胖。

這一點很耐人尋味，對嗎？

它意味著微生物可能
影響哺乳動物的行為。

大家可能很好奇，
這一做法能否沿用到其他物種？

從一個胖人身上提取微生物，

移植到無菌培育的小鼠身上，

與從一個瘦人身上提取微生物相比，

前者會導致小鼠變得更胖，

但我們可以設計一種微生物菌落，
給這些小鼠接種，

預防其體重增加。

這種做法同樣適合治療營養不良。

在一個蓋茨基金會資助的專案中，

我們把關注的目光投向馬拉維

患有誇休可爾症，
即惡性營養不良的兒童，

我們將誇休可爾菌落移植到小鼠體內後，

小鼠在短短三周內

體重暴降了30％，

不過，我們可以利用在診所中治療孩子的

花生醬補充物使小鼠重獲健康，

相比之下，從誇休可爾症孩子的健康
同卵雙胞胎身上

移植菌落的小鼠卻健康狀況良好。

這真是不可思議，
它意味著我們可以

使用不同的人體腸道菌落，

在一群小鼠中進行療法試點，

並且有望做到個性化定制。

所以，我認為讓每個人都有機會

從這一發現中獲益至關重要。

為此，我們在幾年前

啟動了這個名為“美國腸道”的專案，

讓每個人在這張微生物圖上占得一席之地。

這是我們迄今已知的最大眾籌專案——

已有8000多人報名參加。

專案流程很簡單，報名者寄來樣本，

我們生成微生物DNA序列，
再將結果寄回給他們。

我們還將結果“去識別化”，

發佈給科研人員、教育工作者，
還有感興趣的普通民眾，

讓每個人都能分享這些資料。

不僅如此，

我們還來到 BioFrontiers 研究所的實驗室，

循循善誘地向大家介紹使用
機器人和鐳射來觀察“粑粑”，

結果，並不是所有人都表現得興致盎然。

（笑聲）

但我猜想在座的各位很多人都有興趣，

所以我今天帶來了一些試驗用具，

有興趣的話，大家可以親自嘗試。

我們為什麼要這樣做？

因為我們發現，微生物不僅有助於

我們瞭解自身的健康狀況，

而且能夠治癒疾病。

這是我們與明尼蘇達大學的同事

能夠形象化展示的最新發現之一。

我們再來看一下這張
人類微生物菌落圖。

現在，我們來看這裡--

我準備在這裡增加一些
難辨梭狀芽孢桿菌攜帶者的菌落。

這是一種嚴重的腹瀉細菌，

人感染後一天要跑20多趟廁所，

這些腹瀉患者用了
兩年的抗生素療法仍不見成效，

最終入選了我們的微生物療法試驗。

如果我們將健康捐贈者的糞菌，

即這張圖底部的星形微生物，

移植到腹瀉患者身上會怎樣？

良性微生物與惡性微生物會相互較量，

幫助患者恢復健康嗎？

讓我們仔細觀察究竟會發生什麼。

其中四名患者將從底部的

健康捐贈者那裡移植糞菌，

然後你會看到腸道菌落

立刻發生天翻地覆的變化。

等到某一天移植完成後，

所有症狀蕩然無存，

腹瀉徹底消失，

患者基本恢復健康，
形成了與捐贈者相似的菌落，

並長久地保持下去。

（掌聲）

所以，這就是我們新的發現。

微生物對各種不同的疾病，

從炎性腸病到肥胖症，

甚至包括自閉症和抑鬱症，

都具有十分重要的意義。

我們要做的，

就是開發一種微生物 GPS，

讓我們瞭解自己目前身在何處，

未來要去往何方，

也知道如何到達目的地，

而且，我們要讓一切變簡單，

連小孩都能信手拈來。
（笑聲）

謝謝。

（掌聲）