人体微生物组对人体健康具有重要的意义。然而近年的研究表明,工业化生活方式导致人们的微生物组与过去已大不相同。生活在工业化社会的人们或许失去了许多重要的微生物。因此,有许多科学家开始前往狩猎-采集生活社区,试图从这些未经历工业化的人们身上寻找这些消失的微生物。
今天,我们共同关注消失的人体微生物。希望本文能够为诸位读者带来一些启发和帮助。
我们的身体充满了微生物,它们不仅存在于我们的肠道,还存在于我们的皮肤表面。这些古老的小生命与我们共同进化。
在过去的几十年里,科学家们逐渐认识到这些小生命对健康和幸福的重要性。它们帮助我们从食物中提取营养,影响我们免疫系统的工作方式,甚至可以向我们的大脑发送信号,从而影响我们的心理健康。人体微生物组的紊乱与从关节炎到阿尔茨海默病等一系列疾病有关。
也有一些研究者认为,我们的微生物组正处于危机之中——这是越来越卫生、工业化的生活方式造成的。
“很明显,生活在工业化国家的我们失去了许多可能对人类进化至关重要的物种。”斯坦福大学的微生物组科学家Justin Sonnenburg认为,“它们已经灭绝了!”有些物种似乎在我们还没来得及弄清它们的作用之前就消失了。
不过,有些微生物可能并没有完全消失。科学家们认为,有些人的肠道里还隐藏着一些微生物,而他们并没有像大多数人一样生活在被污染的并充斥加工食品和抗菌剂的环境中。人们开始竞相寻找那些失踪的微生物。
研究人员一直在研究狩猎–采集社会,例如亚马逊地区原住民亚诺玛米族的粪便,这些人似乎仍保留着其他人已经失去的一些微生物。学术界和公司都在建立狩猎–采集社区的微生物目录,并试图重新创造这种微生物组合,为工业化社会人群提供潜在治疗方法。
他们期待通过使用适当的微生物组合,使人们免受抑郁症、代谢性疾病等病痛的困扰。关键性问题凸显出来:我们不知道那些生活在狩猎–采集社会的人是否真的拥有“更健康”的微生物组,而这些益处又是否可以与其他人分享。
与此同时,被研究社区的成员说,有些项目在伦理和公平方面存在问题,甚至最近有研究项目未经同意就采集了生物样本,并试图人为操纵狩猎–采集者的饮食和生活方式,Shani Mangola说道。他来自被大量研究的坦桑尼亚哈扎社区,他和其他人对生物剽窃风险表示担忧,即从较贫穷国家获取自然资源以造福较富裕国家。
“有些人不理解,并且会问为什么这些人要拿走我的头发?为什么要拿走我的大便?”Mangola说,“他们需要了解研究的内容、影响以及研究为社区和世界带来的价值。”
“用健康人的肠道菌群来恢复患者的肠道菌群”的想法由来已久。最早关于粪菌移植的记录可追溯至公元四世纪的中国,当时一种被称为“黄汤”的粪便混合物被用于食物中毒和腹泻患者。
那时,人们对肠道微生物组知之甚少,目的却与现在一样——健康共享。由于我们的肠道微生物会随粪便排出体外,因此可以用健康人的粪便来恢复患者的肠道菌群。如今,粪菌移植已成为治疗顽固性艰难梭菌感染的常规疗法。这种手术依赖于健康志愿者的捐赠,治疗效果显著,成功率超过80%1。
科学家们也一直在探索粪菌移植在其他疾病中的应用。肠道微生物可以影响消化方式和肠道的整体功能,同时会产生一系列化学物质影响其他系统的健康,包括大脑功能。
目前,利用粪菌移植治疗厌食症、糖尿病、帕金森病和克罗恩病等的临床试验正在进行。此外,人们还在研究粪菌移植是否具备增强人们对其他疗法响应的潜力。不过粪菌移植也存在潜在问题。虽然医疗机构会排查捐赠粪便,并检查其是否含有具有潜在威胁的细菌,但仍无法完全确定捐赠粪便是否携带导致受体患病的细菌,而这些细菌可能对捐赠者是完全无害的。
我们的目标是建立一种明确微生物成分的混合物。不仅要知道这些微生物是什么,还要知道它们的功能,包括以什么为食、产生什么。我们在提供这些微生物之前,就应该知道它们可能对人体有益。对创造这类微生物鸡尾酒感兴趣的研究人员正在以超出我们通常理解的“健康”范畴来寻找捐赠者。
诚然,我们应该在没有感染或疾病者的粪便中寻找微生物,但这还远远不够。就在我们过上越来越卫生的生活的同时,与炎症有关的慢性疾病也迅速增加。如果缺乏保护性微生物是罪魁祸首,那么即使是工业化群体中最健康的人可能也帮不上什么忙。
科学家们希望扩大范围,寻找与我们共同进化的微生物,不幸的是大多人已经丢失了许多微生物!
生活在工业化社会的人的肠道微生物生活环境发生了相当大的改变,这归咎于抗生素、抗菌剂应用,充满新奇成分饮食,还有超加工食品。
微生物学家认为,我们已经杀死了人类的一些微生物朋友。将现代人的粪便样本与古代人的粪便样本进行比较会发现,两者存在明显的不同,尤其当代人微生物组的多样化较低。科学家们指出,一些消失的微生物具有非常重要的功能,比如分解碳水化合物并产生对肠道健康非常重要的化学物质。
有人将这些微生物的消失称之为大灭绝。它们的减少与哮喘、糖尿病和炎症性肠病等一系列慢性疾病风险明确相关2。
哈佛医学院微生物学家Aleksandar Kostic想知道我们的祖先体内到底有哪些微生物。几年前,他和同事在从美国西南部、墨西哥收集到的8个古代人类粪便样本中寻找微生物DNA。这些遗骸被称为古粪便,据估计已有1000~2000年的历史。
当Kostic和他的同事将这些化石粪便与来自8个不同国家的现代人的微生物组样本进行比较时发现了显著的差异,而生活在“非工业化”社区的现代人的样本与古人代粪便样本有更多的共同点。加拿大圭尔夫大学的微生物学家Emma Allen-Vercoe(未参与该研究)说:“古粪便样本和亚诺玛米人的样本几乎完全一致。”
“利用古粪便的丰富性进行类似的新型研究,不仅可以拓宽我们对人类微生物组的认识,还可能会找到将微生物组恢复到祖先状态的方法。”Kostic和他的同事在论文中总结道3。
不过古粪便很难获得,微生物学家将目光转向了那些“非工业化”社区的人们。Kostic认定:“在人类历史的绝大部分时间里,我们都是狩猎–采集者。”一个更“古老”的微生物组可能有助于保护这些人免受一些困扰工业化群体的慢性疾病的侵害。研究表明,以狩猎、采集、捕鱼和耕作为生的土著群体罹患冠心病等疾病的风险似乎要低得多4,并且他们拥有的微生物组并未像工业化地区的人那样发生了大规模的灭绝。
那么,他们会因此过得更好吗?
虽然我们仍然不清楚一个完美的微生物组是什么样的,但研究人员一致认为,有些微生物尤为重要。就像任何生态系统一样,我们的肠道很可能是一些关键物种的家园——它们对整个系统有着巨大的影响。“培育这些物种似乎是件好事。”Allen-Vercoe认为,“而且多样性越高,携带的微生物基因就越多,携带的基因越多,你能发挥的生化功能就越多。”
有证据表明,生活在工业化程度较低环境中的人们的肠道微生物多样性更高。而随着工业化的发展,人们开始失去这种多样性,目前还不清楚这对人类健康有什么样的影响。“城市化程度越高,多样性就越低,”罗格斯大学微生物生态学家Maria Gloria Dominguez-Bello说,“我们仍然不知道我们失去了哪些功能。”
找出答案的第一步是对我们可能失去的微生物进行鉴定。为了尽可能接近古代人的微生物组,微生物学家开始研究多个土著群体。其中有2个群体最受关注,他们是亚马逊雨林的亚诺玛米人、坦桑尼亚北部哈扎人。
研究人员已经有了一些惊人的发现。2023年7月,Sonnenburg及同事的研究报道哈扎人的肠道微生物组似乎包括了其他地方没有的细菌5,约有20%被鉴定到的基因组在全球已知的20多万个微生物基因组6没有找到记录,并在167名哈扎人的肠道发现了840万个蛋白质家族,其中一半以上的蛋白质家族不曾在人类肠道被发现。
过去十多年发表的大量研究帮助我们了解了狩猎–采集社会的饮食和生活方式对微生物组的影响,科学家们还推测了这对生活在工业化社会中的人们意味着什么。
哈扎人被称为“输给时间的人”。“我们仍然过着古老的生活,使用箭和古老的刀。”Mangola说道。他出国求学,拥有亚利桑那大学土著民族法律与政策专业的法学学位和硕士学位,正在与Olanakwe Community基金会合作,以支持哈扎人的教育和经济。狩猎者在丛林中寻找食物,其中可能包括狒狒、长尾黑颚猴、珍珠鸡、捻角羚、豪猪或犬羚。采集者收集水果、蔬菜和蜂蜜。
多年来,Mangola与多位科学家会面并参与了许多研究项目,亲眼目睹了这些研究对他所在的社区产生的影响。Mangola表示,一个长期存在的问题是,科学家们往往来研究哈扎人,却不对研究或结果做出适当解释。他们从欧洲或美国来到这里,在向导的陪同下采集粪便、血液、毛发和其他生物样本,而通常提供这些样本的人并不知道这些样本的用途。
科学家们得到研究成果后会将其发表,但不会与哈扎人分享。Mangola问:“你把你的发现告诉了全世界,为什么不能回到坦桑尼亚告诉哈扎人呢?这会给社区带来价值!”
内华达大学拉斯维加斯分校营养人类学家和生物学家Alyssa Crittenden说,一些科学家将哈扎人视为活化石。过去二十年来,她一直在研究哈扎人,并与他们一起合作。她曾多次前往坦桑尼亚,亲眼目睹了当地生活的变化,游客蜂拥而至,道路已经建成。慈善机构帮助哈扎人保障土地权益。与此同时,土地掠夺和商业扩张也限制了哈扎人可利用的自然资源。
据Mangola描述,40年前,丛林中的动物相对比较容易找到,社区几乎每天都能吃到肉。但如今,狩猎者必须走得更远才能找到动物,社区可能一周吃次肉。哈扎人越来越多地使用游客的钱从附近的农场和村庄购买食物。
这一现实与“长期几乎没有发生变化的生存状态”的说法并不相符。Mangola曾看到科学家试图鼓励哈扎人为了研究项目采用更传统的饮食和生活方式。“他们中的一些人阻止哈扎人吃正常的食物,并要求哈扎人像多年前那样进食。他们应该告诉世人真相,丛林里没有足够的食物,人们因为丛林消失而四处借贷、乞讨。”
一些人提到了Jeff Leach所做的研究,他是一位考古学作家,也研究过哈扎人的微生物组。他曾用火鸡注射器给自己移植了来自于哈扎社区成员的粪菌,以改善自己的肠道健康。
“利用土著居民及其微生物来试图恢复一个来自于富裕的工业化国家的人的健康,这种做法是有问题的。”Sonnenburg说道。他并不认为这样的试验永远不应该进行,只是认为应该彻底探讨伦理问题,哈扎人应该完全知情并同意参与研究。
在大洋彼岸,David Good正试图为微生物组研究开辟一条不同的道路。Good的童年非同寻常,他的父亲是一名美国人类学家,在研究亚诺玛米哈萨普韦特里社区的饮食方面时遇到了他的母亲,一位亚诺玛米人,并“他完全爱上了这个世界。”
他生命的前5年往返于委内瑞拉的亚马逊雨林和美国新泽西郊区。当母亲搬到新泽西州后,她很难适应。“我们只是试图过一种跨文化、国际化的生活方式,让生活的一半处于丛林里,另一半则处于郊区。”最终Good与父亲和兄弟姐妹留在了美国,母亲则搬回了亚诺玛米族人那里,“那是我20年来最后一次见到她。”
2011年,现为圭尔夫大学微生物组研究员和在读博士生的Good踏上了充满挑战和危险的寻母之旅,他的探访已不仅仅是为了重建家庭关系。在母亲所在的亚诺玛米社区,他注意到这里没有慢性病,包括精神疾病。“你找不到抑郁症,也找不到创伤后应激障碍,自杀对他们来说是不可理解的。”
他认为,亚诺玛米人的微生物组有益于他们的健康,这可能是由饮食习惯决定的,因为他们的饮食中没有经过消毒和工厂加工的食物。“亚诺玛米人不存在吃不健康食物的可能,”Good说,“他们吃的所有东西,无论是猴子、水豚还是大蕉,对他们的微生物组都是有益的。”
Good支持在亚诺玛米人的肠道寻找缺失的微生物,但强调任何研究都应该与社区进行交流。“科学家不能只是空降过来提取样品,就一走了之。”他说,“原住民是知识的共同创造者,他们的微生物组并不只是一种我们可以随意带走的被动存在。”
亚诺玛米人的经历与哈扎人相似。“他们很生气,因为科学家来了,拿走了他们的样本,然后就再也没有回来。”Good说。研究成果既没有与他们分享,也没有带来任何潜在的利益。他正在通过“亚诺玛米基金会”来解决这个问题。
“这些微生物本质上属于David和他创办的亚诺玛米基金会。从根本上说,我们是在借用这些东西。”Allen-Vercoe说,“如果我们发现了一些有趣的东西,而这些东西又有知识产权……那将会使亚诺玛米人受益。”亚诺玛米人希望获得更多医疗资源,以应对疟疾、肺结核等疾病的传播。
Good说,他们还希望能够接受双语教育。“亚诺玛米人不仅是像动物园里那些被观察的动物那样被动存在,他们希望与外部世界接触,他们还渴望创新。”
护肤品公司Symbiome首席执行官Larry Weiss一直在与Good合作,研究亚诺玛米人堪称”完美“的皮肤微生物组。“痤疮、湿疹、红斑痤疮和银屑癣等疾病在狩猎–采集者群体是不存在的。”他希望更多地了解亚诺玛米人的皮肤微生物,让其他人群“恢复健康”。
Symbiome公司已经为Good从亚诺玛米人那里采集的样本的基因组测序支付了费用,还从巴西一个与亚诺玛米人生活环境相似的地方“可持续地采集”植物。该公司销售的产品是在经过发酵的、碾碎的雨林植物中加入微生物制成的。“一部分利润用于支持亚诺玛米基金会。”Weiss表示。
所有接受MIT Technology Review采访的人都认为,科学家需要努力与他们研究的社区分享研究成果。每个受访者都希望避免参与生物剽窃。“这指的是工业化国家进入中低收入国家,利用这些国家的资源为自己谋利。”Sonnenburg说,“也就是进入这些资源匮乏的地区从中获取利益,同时‘剥夺’了这些中低收入国家人们拥有相关利益的权利。”
“我们正在寻求挖掘某些微生物来改善自身健康,却没有给社区带来任何回报。”2004年以来一直与哈扎人合作的Crittenden说,“如果这不是生物剽窃行为,我不知道什么才是。”他还使用了“科学殖民主义”一词。“它通常发生于精英群体(如美国白人研究员)从影响力较小的社区获取资源时。我首先承认自己犯了很多错误,做的事情也存在不正确之处。”
早在21世纪10年代初,她就对哈扎人的微生物组进行了前沿研究。在2013年的一次采访中,一位坐在树下抱着孙女的妇女让她产生了犹豫。“她告诉我,她不想再参与任何需要生物样本的研究,她对所有进来做项目的研究团队感到厌倦。他们不会说斯瓦希里语,不了解社区。她厌倦了把自己身体的一部分给陌生人。”
从那以后,Crittenden改变了她进行这项研究的方式,不再收集或研究生物样本。“我现在只从事基于社区以及社区允许的工作。”她最近的一些研究集中于哈扎族儿童如何避免伤害7,哈扎人和美国人在情感处理方面的差异8。
希望对哈扎人进行研究的科学家可以向坦桑尼亚政府申请许可。Sonnenburg表示,这些许可明确规定,研究人员不得将研究结果用于商业目的。Good认为,“如果我们了解了亚诺玛米人的肠道微生物组,发表了相关的研究论文,私营企业从中了解到如何改进他们的产品。那这些就需要回馈给亚诺玛米人。”
Mangola认为这是“一个绝佳的主意”,他希望类似的事情可以在哈扎人中落实到位。
即使这些伦理问题得到解决,科学问题仍然存在。首先,虽然我们认识到微生物的多样性很重要,但除了多样化的微生物组与健康存在相关性之外,我们还没有确定其他任何东西。
这种多样性是导致慢性疾病缺乏的原因,还是特定饮食习惯的结果?我们知道抗生素会破坏我们的肠道健康,但微生物多样性与健康的具体联系在很大程度上仍然是个谜。即使你认为多样性是好的,也不清楚需要多少多样性,或者获得多样性的最佳方式是什么。
不久前人们还认为饮食多样性越高越好,现在Allen-Vercoe却不那么肯定了。生活在大城市的人们有广泛的食物选择范围,以至于他们每一天都能吃到不同的食物,但他们的微生物组被认为是“最不健康”的。
据我们所知,丢失的某些微生物会导致我们更易发生感染,也许摒弃其中一些微生物并不会带来什么大损失,也许慢性疾病的增加只是与微生物多样性的减少有关而已,但并非因果关系,其他因素才是罪魁祸首。
由于微生物会进化并适应环境,我们应该预料到生活在城市中的人和生活在森林中的人的微生物组会有所不同。“不存在每个人都应该追求的典型微生物组,”Good说,“你的微生物组是你与植被、空气、水、食物等周围生态系统密切互作的反映,这一切都对你自身的肠道和皮肤微生物组的多样性起着推动作用。”
Good的朋友曾向他索要样本来进行移植。“你们在开玩笑吗?你不能简单地把亚诺玛米人的微生物组移植到非亚诺玛米人的身上,然后指望一切进展顺利。”Kostic也不认为这是个好主意,“我们还不太清楚工业化社会的人们对那些我们从未真正见过的微生物会做出何种反应。”
无论如何,狩猎–采集社会并不是绝对的健康典范。虽然这个群体的慢性疾病发病率可能低于工业化地区的人群,但他们患传染病的几率更高。由于缺乏医疗保健措施,这些疾病更有可能致命。Crittenden补充道:“狩猎–采集社区的婴儿死亡率最高。”
目前,对于原始微生物组的追寻有点像淘金热——没有人知道黄金到底是什么,也没有人知道它能否最终被证明是有价值的。
Allen-Vercoe多年来一直在实验室里培养肠道微生物,以进一步了解它们产生的化学物质以及对我们的健康可能产生的影响。在一个被叫做Robogut的生物反应器中研究微生物群落,该生物反应器的设计旨在模拟人类肠道的条件。她说,尽管已经做了这么多研究,但在拼凑出一个健康的微生物组之前,我们还有很长的路要走。
Allen-Vercoe坦诚:“我们仍然不知道什么是完美的微生物组。”也许这个东西根本就不存在。
参考文献
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