为什幺蚊子爱叮我却不叮他?原因其实藏在你我身上的「微生物」

为什幺蚊子爱叮我却不叮他?原因其实藏在你我身上的「微生物」

我们都知道,人类是两足行走的动物,具有理性而高贵、无限的天赋,是万物之灵,但我们时常连一句商品的使用同意书都不看,只检查外盒而已。现在看看你剩下的那一部分:数兆个生活在你的眼睛、耳朵,以及把你的消化道当成豪宅居住的微小生物。那些在你我体内的微生物世界,有可能重新定义我们对于疾病、健康和自身的了解。

新的科技,其中有许多是这几年才发展出来的,科学家现在对于我们体内的微生物形式,了解得比以往深入,得到的结果让人惊讶。这些单细胞的微生物,藏在身体的每个角落,不仅数量上比我们想得还要多,对人类的重要性也超乎想像,几乎和健康的各个面向都相关,甚至牵涉到人格。居住在我们身上里里外外的所有微生物,总称为「微生物相」(microbiota),它们所有的基因加起来称为「微生物群系」(microbiome)。就像许多重大的科学成就,从这个微生物世界发现的事实,也让人类的自尊受损。天文学让我们知道地球不是宇宙的中心,在演化学说中,人类只是众多的动物之一。研究人类微生物群系的结果让我们知道,这些独立或是互助生存的微生物,虽然生活在我们的身体中,但仍有自己的活动和目标,它们发出的声音加总起来可以盖过人类自己。

身体中究竟有多少微生物?人类有十兆个细胞,但是全身内外的微生物细胞高达百兆!微生物似乎才是人体的主人。

不过我们并不是倒楣的宿主,时常受到坏细菌的入侵并受到感染,那是以前的看法。事实上,我们一直和这些微生物和谐的生活。这些小小的生物并非只是过客,反而在我们生命中几乎所有的基本活动里,都扮演了重要的角色,包括消化、免疫反应,甚至行为。

人类身体内部的微生物其实比较像是不同群落的集合体,不同微生物的组合,生活在身体不同的部位,各自有特定的角色。在你口腔中生活的微生物,与在皮肤或肠胃中生活的微生物不同。人类不是个体,而是生态系。

身体上微生物的多样性甚至能够解释一些奇怪的身体现象,而我们以前认为这只是单纯的运气好坏而已。例如:对蚊子来说,有些人就比较可口。这些小恶魔很少叮我,但是牠们会成群结队攻击我的伴侣阿曼达(Amanda),蚊子就是觉得某些人比较美味。这种被蚊子找上的「能力」高低,和我们皮肤上微生物群系的差异,有极大的影响。

不只如此,每个人身体内外所寄居的微生物差异很大。你可能已经听过,人类彼此的 DNA 非常相近,你的 DNA 有 99.99% 和坐在你隔壁的人是相同的。但是你的肠道微生物并非如此,你和旁边的人大概只有 10% 是相同的。

这样的差距使得每个人产生很大的不同,包括体重、过敏、是否容易生病,到焦虑的程度。我们现在才刚开始描绘与了解这个巨大的微生物世界,光是目前发现的内容就已经相当令人震撼了。

这个複杂得不可思议的微生物世界,和让人震惊的所有事实,都是最近 40 年才发现的。在此之前,我们不知道人体内有多少单细胞生物,也不知道有多少种类。在此之前,我们对于世界上各种生物分类的基本概念,来自于达尔文与他在 1859 年出版的《物种起源》(On the Origin of Species)。达尔文描绘了一个演化谱系,其中所有的生物都以共有的身体特徵而分门别类,例如:短喙的雀鸟和长喙的雀鸟等,这成为我们分类物种的基础。

传统上对于生命的看法是,用肉眼或是透过显微镜,观察周遭世界。我们把比较大的生物分类为植物、动物和真菌,剩下的单细胞生物则分成两大类:原生生物(protists)和细菌。那时我们对植物、动物和真菌的看法是正确的,但是对于单细胞生物的观点则完全错误。

1977 年,美国的微生物学家乌斯(Carl Woese)和福克斯(George E. Fox)利用核糖体 RNA(这是一种和DNA 相似的化合物,每个细胞中都有,参与了蛋白质的製造),进行细胞研究,所绘製出来的生命树(the tree of life)让人吃惊。他们发现单细胞生物的多样性,比动物和植物加起来还要高。也就是说,动物、植物和真菌;每个人、水母和粪金龟;每根巨大的海藻、每片苔藓、每棵高耸的红木;每个地衣和蘑菇,我们用眼睛看到的所有生物,只是生命之树上面三个短小的分枝而已。其他的单细胞生物,包括了细菌、古菌(archaea,乌斯和福克斯所发现的)、酵母菌等,占据了大部分的位置。

最近几年,我们对于体内的微生物生命世界,有了跳跃性的了解。新的技术,包括改良的DNA 定序法(DNA Sequencing)是主要的因素,以及电脑运算速度爆发般的加快。现在我们可以收集身体各部位的细胞,经由「次世代定序法」(next-generation sequencing),快速的分析其中所含的微生物DNA,再把这些资料整合在一起,定出居住在全身各部位的数千种微生物种类。我们发现其中有细菌、古生菌、酵母菌,以及其他的单细胞生物,例如:真核生物。这些生物的基因组(打造物种的遗传手册)加总起来比人类的还要长。

新的电脑演算法让诠释这些遗传资讯的过程更为简单。我们现在已经绘製了一张微生物图谱,用以比较身体不同部位中的群落,也能够比较不同人之间的微生物群落。由美国国家卫生研究院(US National Institutes of Health, NIH) 出资 1 亿 7 千万美元所进行的人体微生物群系计划(Human Microbiome Project),支助了200 多位科学家,使得这方面的知识不断累积。到目前为止已经分析了4.5 TB(Terabyte, 兆位元组) 的DNA 资料,这才只是开头而已。其他的国际合作计划,例如:欧洲的「人类肠道多元基因组计划」(Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT ),也正在增加和分析更多的资料。

这种分析的成本降得非常快,让更多人能够查看自己身上的生物多样性。大约在 10 年前,如果你要知道自己身上的微生物群系组成,需要花费 1 亿美元,现在只需要 100 美元,便宜到很快就会成为可以请医生进行的基本医学程序了。

不过,你的医生为何要知道你的微生物群系状况?因为新的研究结果指出,许多疾病和微生物之间有着我们以前所不知道的关联,这些疾病包括肥胖、关节炎、自闭症和忧郁症。当我们开始了解这些关联后,也为未来的疗法点亮了道路。你所想到的任何事,几乎都和微生物群系有关,例如:医学、饮食、你是否排行老大,以及性伴侣的数量。在接下来的内容中,你会发现微生物几乎深深渗入我们生活中的所有面向。事实上,微生物重新定义了人类。