繪圖：Daria Kirpach
雖然人體微生物組內的細菌不計其數、種類繁多，但現代人體內許多微生物種群已經消失。與原始部落的人相比，西方人體內的微生物多樣性少了一半。許多科學家已經開始構建人類的微生物庫，為子孫后代保留微生物火種。
在委內瑞拉的亞馬遜熱帶雨林，當地土著亞諾瑪米人以木薯、棕櫚芯、野生香蕉為食。這些人也仍然在使用11000年前的方法獵捕青蛙、猴子、貘（生活在東南亞和南美洲的哺乳動物）。亞諾瑪米人一直傳承著古老的文化，與現代化的外界隔離開來，這得以讓生物學家研究工業(yè)食品與抗生素出現之前，人類的消化系統是什么模樣。
丟失的微生物
2009年之前，亞諾瑪米村莊還不被人所知，在研究者們偶然發(fā)現這里之后，他們從30名村民身上采集了糞便和皮膚樣本。在培養(yǎng)和分析亞諾瑪米人的糞便微生物后，科學家發(fā)現了工業(yè)化后現代人類腸道就不曾出現過的細菌種類。更令人驚訝的是，平均來說，西方人體內的微生物多樣性大約只有亞諾瑪米人的一半。
亞諾瑪米人。圖片來源：Wikipedia
考慮到腸道菌群重要的消化和代謝功能，研究人員意識到，這座“亞諾瑪米微生物寶庫”可能在基礎科學上具有重要意義。現代醫(yī)學中，科學家認為微生物在疾病中起到了重要的作用，包括肥胖、糖尿病、炎癥性腸病和癡呆癥在內。這些疾病不僅縮短了人的壽命，還會加重健康系統負擔（全球每年光是投入治療肥胖的費用就高達2萬億美元）。然而，這些沒有進入工業(yè)化社會的土著幾乎沒有此類煩惱。因此，研究人員想了解是否有哪種微生物在起作用，能不能利用這些微生物解決現代化的頑疾？
“城市化進程是如此之快，”美國羅格斯大學的微生物學家Maria Gloria Dominguez-Bello說，她在2015年《科學進展》上揭示了“亞諾瑪米微生物寶庫”，“是我們的生活方式降低了微生物的多樣性。”雖然還沒人完全了解亞諾瑪米人中究竟是哪些神秘微生物在起作用，但她認為科學家應該先采集、保存盡可能多的微生物，為未來的突破做準備。“我們不能再等下去了，”她說，“否則，我們將失去人類曾擁有的高度多樣性的微生物群……或許在過去，我們知道如何利用微生物群來改善健康。”
保存微生物的火種
就在Bello發(fā)表亞諾瑪米人微生物群兩年多前，她差點丟失了全部的微生物收藏：她實驗室的冷凍箱里裝滿了珍貴的標本，都是她花費大量時間從世界各地的人身上搜集來的。當颶風“桑迪”襲擊美國東海岸時，她剛從波多黎各大學搬到紐約大學，當時整個實驗室被洪水淹了，并導致了停電。她及時地將這些微生物轉移到長島的另一個儲藏處，才勉強保住了她的微生物庫。“我是幸運的，”她說，“但也是從這一事件中我意識到，保護微生物很重要，因為它們非常脆弱。”
Bello在了解了世界末日種子庫項目后，提出了一個問題：也許微生物在自然冷凍的條件下會更安全？世界末日種子庫是一個保存植物多樣性的儲存設施，由挪威政府于2004年成立，坐落在距離北極大約700英里的挪威斯瓦爾巴特群島上。種子庫包含了來自全球超過100萬種不同植物的種子，它們被安全地存儲在一座山里，這里處于永凍土地帶，能給種子提供天然的保護，此外種子庫還會配上機械冷卻系統。如果某些植物因環(huán)境災難或人類農業(yè)而滅絕，這些種子可以重新拿出來復原該植物種群。Bello觀察到，種子庫與微生物的保存有很多相似之處。“他們在植物滅絕前就保存了種子。”
2018年，Bello與加州大學圣地亞哥分校的Rob Knight等微生物研究人員共同創(chuàng)立了“微生物庫信托基金”。去年十月，他們在一篇科學文章中宣布了他們的計劃，“在人類進化的至少20萬年里，微生物一直在我們祖先的身上繁衍生息，然而，現在我們卻弄丟了一部分，這是我們虧欠后代的。”現在，許多來自委內瑞拉、挪威、中國香港、瑞士的科學家們都參與到了微生物庫這個項目中。
研究人員們正熱情地開展這個項目。Knight說:“我來自新西蘭，那里有許多物種都已經滅絕了，我清楚地認識到保護生物多樣性的價值。一旦某一種群的最后一個樣本死亡，那就真的無能為力了。”因此，Knight和他的同事決心要保存好微生物。他們的目標是不僅要從種子庫的成功中吸取經驗，也要通過自己的專業(yè)知識篩選微生物。
繪圖：Daria Kirpach
“微生物庫需要建立在一個中立國家，有可靠和公正的規(guī)章制度和良好的環(huán)境來維護其運轉，”Knight說。他們首先要做的就是讓每個國家對微生物庫放心——其不會被任何國家或公司不公平地利用。另外，微生物要保存在零下85.5攝氏度的環(huán)境下，這只能通過液氮制冷達到。目前看來，挪威和瑞士都是最佳的地點。
而想要建立微生物庫，資金也是一項挑戰(zhàn)。末日種子庫的修建花費了900萬美元，鑒于氮氣制冷的復雜性更高，建造和運轉微生物庫的成本可能超過種子庫的10倍。
當然，科學家在微生物庫開放之前還有許多工作可以做。除了Knight和Bello，麻省理工學院的全球微生物群落保護協會（GMC）也在領導一項大型項目，他們從世界各地的一些發(fā)展中國家收集糞便樣本并儲存腸道微生物。目前，他們已經擁有了超過11000種菌株，并發(fā)現了60個以前未知的種屬。
“我們期待研究小組之間能夠密切合作，”Knight說，“微生物庫項目將成為一個永久的微生物檔案，而GMC同樣也在進行相同的工作。”換句話說，GMC能夠讓我們更加清楚微生物做了什么，而微生物庫則可以在GMC需要的時候提供出微生物樣本。
究竟丟失了多少微生物？
當Bello忙于微生物庫的建設時，明尼蘇達大學的計算生物學家Dan Knights正在收集泰國苗族人和美國雙子城苗族移民的腸道菌群。自從泰國苗族人從東南亞來到美國，他們就飽受肥胖的折磨。雖然這可能是食譜的改變導致的（吃白菜和漢堡當然是有著天壤之別），但是Knights想要了解腸道微生物的改變是否也有責任。
Knights的研究成果發(fā)表在了去年十一月的《細胞》上，結果很是出乎意料。“當人們搬去一個新的國家，他們體內原來的微生物開始消失，而且?guī)缀跏橇⒖叹瞳@得了新國家的微生物，”他說。實際上，內在的微生物群要比外在的飲食改變還要迅速，考慮到微生物群在代謝中有重要作用，這種轉變或許也能解釋為什么體重突然增加了。
圖片來源：pixabay
目前，Bello還無法驗證她研究中的微生物是不是真的這么脆弱，更不用說建立微生物庫了。甚至完全可能存在這樣的情況：這些亞諾瑪米人也不再像十年前一樣，擁有那么多樣的微生物。因為醫(yī)務人員曾向他們提供過抗生素，顯然，除開Bello十年前第一次遇到他們時冷凍的那一批微生物，亞諾瑪米人體內的微生物都會受到抗生素的影響。
公眾現在也開始逐漸流行關注腸道健康，但Knights的研究也揭示了這里面的一些問題。比如，你可以花幾百美元讓某些公司對你的微生物群進行測序，他們也能提供讓你保護特定類型微生物的飲食建議。這些或許能在表面上改善健康，但是對健康的促進是很有限的。因為，目前的微生物多樣性的基準都來自于西方人的腸道普查，這意味著我們在接受健康建議時，已經排除掉了人體曾有的許多益生菌，我們甚至都不知道有哪些益生菌從西方人體內消失了。
像Bello一樣，Knights也認為建立微生物庫是必要的，他將其視為全球后備的腸道系統，可用于人們“提取”所需的微生物。但是Knights也將其想像成一個全球微生物圖書館。“捐贈的微生物是給未來子孫的禮物，”她說道，“這是傳遞基因的另一種方式，人類的基因會遺傳給自己的孩子，但有一天，你的微生物組基因可能會在數百萬人身上找到歸宿。”
文章來源：
http://discovermagazine.com/2019/july/save-the-microbes
文章來源：環(huán)球科學
IEEE Spectrum
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