?可以毫不夸張地說，我們已經(jīng)進(jìn)入了“基因時(shí)代”。10年之前，當(dāng)人類基因組計(jì)劃的草圖完成時(shí)，整個(gè)世界都為之轟動(dòng)一一“生命密碼”已經(jīng)被破譯，人類對(duì)自己的認(rèn)識(shí)將愈發(fā)深刻。當(dāng)科學(xué)家們以為人類所有的健康問題都將迎刃而解的時(shí)候，更多的事實(shí)卻悄悄指向了一個(gè)被我們忽視的領(lǐng)域——腸道菌群。人體腸道微生物群落基因組中蘊(yùn)含的更加豐富和重要的信息，或許才是揭開人體健康奧秘的終極密鑰。
海量信息載體
如果說，人類基因組蘊(yùn)含著大量的信息，那么腸道微生物基因組的信息就是“海量”的。一個(gè)健康的成年人腸道內(nèi)正常的微生物基因數(shù)量約為300多萬個(gè)，大約是人類基因組基因數(shù)量的100多倍——如此海量的基因能夠幫助腸道微生物適應(yīng)多變的環(huán)境。
腸道微生物是我們身體不可或缺的一部分，換言之，完整的人類基因組，即宏基因組，應(yīng)該包括當(dāng)前已經(jīng)破解出的人類基因組部分以及嵌入在人體中的腸道微生物基因組部分。為了區(qū)別于人類自身的基因組，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者約書亞·萊德伯格曾經(jīng)建議用“微生物組”來定義人體內(nèi)腸道微生物基因組的集合。
為了理解這部分重要信息，2008年1月1日，歐盟啟動(dòng)了迄今為止最大規(guī)模的腸道細(xì)菌基因研究計(jì)劃——“人類腸道宏基因組計(jì)劃”，該計(jì)劃聯(lián)合了國(guó)際頂尖的科研團(tuán)隊(duì)，對(duì)人類腸道中的細(xì)菌進(jìn)行一次全面的“基因普查”。 經(jīng)過兩年的努力，科學(xué)家取得了很多重要的研究進(jìn)展。2010年，學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》與《自然》幾乎同時(shí)發(fā)表了關(guān)于腸道菌群方面的重要研究成果。科學(xué)界正在慢慢揭示我們與腸道微生物的關(guān)系，使我們逐漸清晰地了解腸道菌群幫助人體維持健康的機(jī)制。
互幫互助
一直以來，我們都認(rèn)為是人類自己的身體在幫助微生物存活。確實(shí)，我們的腸道滿足了腸道微生物生長(zhǎng)和繁殖所需要的各種生理?xiàng)l件，甚至是一些比較苛刻的條件，比如天然的無氧環(huán)境。在我們腸道里生活的微生物絕大多數(shù)是專性或兼性厭氧微生物，他們的生長(zhǎng)和繁殖需要自然界中很少見的厭氧環(huán)境，腸道生理特性可以為腸道微生物，特別是專性厭氧微生物創(chuàng)造出適宜的生存環(huán)境。即使有少量的氧氣隨食物顆?；爝M(jìn)腸道，也會(huì)被腸道上部的好氧菌和兼性菌所耗盡，加之腸壁對(duì)氧氣的不通透性，從而形成了后腸天然的厭氧環(huán)境，滿足了后腸專性或兼性厭氧微生物發(fā)酵所需的厭氧要求。另外，腸道也提供了保證微生物生存的充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及恒定的溫度等。
但是，小小的微生物在自我生存的同時(shí)，也給予人類巨大的幫助。
人出生時(shí)的腸道幾乎是無菌的，出生后的3～4小時(shí)，腸道菌群開始繁殖。剛開始的幾天，細(xì)菌群落組成還比較單一，隨著時(shí)間的增加，細(xì)菌組成逐步趨于復(fù)雜化。這些腸道微生物能夠促進(jìn)早期腸道的發(fā)育，并幫助腸道建立起完善的免疫功能，因此對(duì)新生兒尤為重要。
腸道微生物的一個(gè)主要功能就是幫助我們消化人體器官所不能消化的一些物質(zhì)，比如纖維素、半纖維素、果膠、抗性淀粉等植物多糖，如果你以為這些東西都是我們自己消化的，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了，人類自身沒有消化酶來降解這些多糖，而這些多糖卻是腸道微生物主要的可利用物質(zhì)。腸道微生物在腸道內(nèi)將多糖降解成單糖和短鏈脂肪酸，為宿主提供可以再次吸收和利用的額外能量，擴(kuò)大了宿主可利用原料的范圍，提高了能量利用效率。人體內(nèi)以碳水化合物為來源的能量，有10%～15%都依賴于腸道細(xì)菌的酵解。因此，腸道微生物可以影響甚至在一定條件下決定宿主的能量吸收。人體供應(yīng)多糖的多樣性與腸道微生物利用多糖的可控性保證了人體和腸道微生物能夠達(dá)到微妙的統(tǒng)一和諧，能夠根據(jù)食物的變化來調(diào)整代謝方式，進(jìn)行能量重新分布，最大限度地保證腸道內(nèi)正常菌群在食物變動(dòng)中不發(fā)生本質(zhì)的變化。
腸道微生物群落及其基因組的存在，代替了部分人類自身沒有進(jìn)化出的遺傳和代謝功能，從而彌補(bǔ)人類某些生物學(xué)缺陷，確保宿主的利益；同時(shí)，它們通過這些途徑來適應(yīng)環(huán)境，保障自己的利益最大化，維持了腸道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
腸道微生物與人類共同進(jìn)化
腸道微生物與人類的這種小默契，是在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，二者互惠互利所形成的，比較基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)了這一互惠共生關(guān)系是宿主和腸道微生物之間強(qiáng)烈選擇和協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果，可以說是一種利益組合體。
曾有一項(xiàng)基因數(shù)據(jù)庫的調(diào)查表明，在不同種類的哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在不同的細(xì)菌亞種，而這些亞種來自共同的祖先。這就說明，在很早的時(shí)候，這些細(xì)菌就與哺乳動(dòng)物形成了共生體系，隨后進(jìn)化出的不同亞種，是其與宿主共同進(jìn)化的結(jié)果，而互利共生的生活方式有利于加速進(jìn)化。
宿主對(duì)微生物的選擇主要通過兩個(gè)手段，一個(gè)是腸道切應(yīng)力，一個(gè)是腸道免疫應(yīng)答。前者指的是腸道運(yùn)動(dòng)和食物流動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力，這種力量可以將腸道內(nèi)容物排出體外；而后者則是指腸道通過建立一系列抗原識(shí)別、捕獲、傳遞和加工處理等免疫應(yīng)答機(jī)制，有效地將異體抗原排出體外。這兩種方式都可以對(duì)腸道中各種微生物進(jìn)行選擇，有一些腸道微生物進(jìn)化出多種改變自身基因組的“工具”，賦予自身特別的能力，以抵御腸道切應(yīng)力和腸道免疫應(yīng)答的選擇作用，適應(yīng)這兩種機(jī)制，從而免遭“淘汰”。比如，有些腸道微生物會(huì)附著于食物顆粒、脫落的上皮細(xì)胞及腸道表面，這些地方可以抵御一定強(qiáng)度的切應(yīng)力；還有些腸道微生物在與宿主協(xié)同的進(jìn)化過程中，進(jìn)化出一套適應(yīng)宿主切應(yīng)力選擇的特殊機(jī)制，于是腸道產(chǎn)生的切應(yīng)力不但不會(huì)降低其附著作用，反而會(huì)提高其附著。而逃避腸道免疫應(yīng)答的機(jī)制則較為復(fù)雜，至今人們尚未完全揭示出腸道免疫系統(tǒng)對(duì)腸道微生物產(chǎn)生免疫耐受的機(jī)制。
在宿主對(duì)腸道微生物進(jìn)行選擇的同時(shí)，腸道微生物并不總是處于被動(dòng)地位，也在不斷地對(duì)宿主進(jìn)行選擇。如果這種選擇作用對(duì)宿主有利，就會(huì)增加宿主細(xì)胞的數(shù)量，隨之帶來了微生物自己生存環(huán)境的擴(kuò)大，反之亦然?？梢姡瑓f(xié)同進(jìn)化的結(jié)果是不僅宿主獲益，腸道微生物菌群的多樣性也得到豐富，使腸道生態(tài)系統(tǒng)處于最佳的穩(wěn)定狀態(tài)。 總之，腸道微生物基因組的研究具有重要價(jià)值，不但可以幫助我們破解宿主與腸道微生物之間互惠共生關(guān)系的分子機(jī)制，更可以為人類自身的健康提供更多的信息。
