我們每個(gè)人只有一半人。另一半是微生物。數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的病毒，真菌，細(xì)菌和其他微觀生物覆蓋著我們的皮膚并排列著我們重要的器官。我們依靠這些微生物群落(統(tǒng)稱為我們的微生物群)來(lái)消化食物，合成維生素，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)，甚至維持心理健康。這種相互依賴性使得有益的共同進(jìn)化的出現(xiàn)，微生物和人類之間的巨大共生關(guān)系已經(jīng)存在了數(shù)千年。

但最近的研究表明，這種關(guān)系不那么烏托邦，而且更具對(duì)抗性?？茖W(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宿主會(huì)使他們的微生物居民饑餓，從根本上將微生物奴役在他們的腸道中，這樣他們就不得不接受我們的競(jìng)標(biāo)。研究結(jié)果還表明，現(xiàn)代飲食和抗生素的過(guò)度使用可能會(huì)削弱我們作為仁慈霸主的地位，從而有利于微生物。

杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子遺傳學(xué)和微生物學(xué)助理教授Lawrence A. David博士說(shuō)：“細(xì)菌和我們似乎有一種自然的順序。” “從某種程度上說(shuō)，主持人應(yīng)該持有更多的牌，這并不奇怪。”

然而大衛(wèi)說(shuō)，特別是腸道中微生物組的流行觀點(diǎn)是一個(gè)營(yíng)養(yǎng)豐富的天堂，“那里有豐富的食物和資源，如Willy Wonka的巧克力工廠。” 每克，腸道中存在的細(xì)菌比世界上任何其他生態(tài)系統(tǒng)都多。

總而言之，這些腸道微生物在人體內(nèi)的重量約為3磅，與肝臟或大腦的重量相當(dāng)。因此，許多科學(xué)家認(rèn)為這些微生物是如此豐富，因?yàn)槟c道是一個(gè)獨(dú)特的好客環(huán)境，這并不奇怪。

但最近，一些研究人員質(zhì)疑這一理論。其中有Aspen Reese，博士。杜克大衛(wèi)實(shí)驗(yàn)室的候選人最近成為哈佛大學(xué)的首席研究員。作為一名訓(xùn)練有素的生態(tài)學(xué)家，Reese明白，地球上幾乎所有其他生態(tài)系統(tǒng)都有競(jìng)爭(zhēng)資源的成員。腸道為什么會(huì)有所不同?溪流或湖泊中的細(xì)菌通常受到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的限制，如氮或磷。Reese想知道氮?dú)馐欠褚彩悄c道中有限的資源。

她決定測(cè)量腸道微生物組中的氮含量。因?yàn)槟c道微生物生活在大便中，這意味著收集糞便樣本。在同事的幫助下，尤其是普林斯頓的Rob Pringle，Reese設(shè)法從30多種不同的哺乳動(dòng)物中采購(gòu)糞便，包括來(lái)自肯尼亞的野生斑馬，長(zhǎng)頸鹿和大象; 來(lái)自新澤西的家養(yǎng)羊，牛和馬; 來(lái)自北卡羅來(lái)納州的人類。她將樣品磨碎并計(jì)算微生物可利用的氮和碳原子數(shù)。

Reese發(fā)現(xiàn)人體腸道中的微生物每10個(gè)碳原子平均只能獲得一個(gè)氮原子，而大多數(shù)自由生活的微生物享有由一個(gè)氮?dú)獾矫克膫€(gè)碳組成的飲食。

為了驗(yàn)證氮水平實(shí)際上可以控制微生物組，Reese還給小鼠喂食富含蛋白質(zhì)的飲食，這些蛋白質(zhì)天然含有大量的氮。當(dāng)她增加蛋白質(zhì)的量時(shí)，小鼠腸道中的細(xì)菌數(shù)量增加了十倍。更重要的是，當(dāng)她向小鼠的血液中注入氮?dú)鈺r(shí)，其中一些氮?dú)庾罱K進(jìn)入腸道細(xì)菌，這表明宿主可以通過(guò)腸道內(nèi)的細(xì)胞分泌氮?dú)猓瑥亩任⑸锩庥陴囸I。該研究的結(jié)果發(fā)表在先進(jìn)的在線出版物Nature Microbiology的網(wǎng)站上。

“我們的研究結(jié)果支持這樣一種觀點(diǎn)，即我們已經(jīng)發(fā)展出一種方法，通過(guò)讓它們挨餓來(lái)保持我們的細(xì)菌束縛，”大衛(wèi)說(shuō)。“這也解釋了為什么西方飲食可能對(duì)我們不利。當(dāng)人們攝入過(guò)多的蛋白質(zhì)時(shí)，它會(huì)淹沒(méi)宿主在小腸中吸收氮的能力，而更多的東西最終會(huì)進(jìn)入大腸，消除了我們控制微生物群落的能力。“

這種情況類似于生態(tài)學(xué)家所說(shuō)的富營(yíng)養(yǎng)化，這種現(xiàn)象是當(dāng)肥料流入池塘或湖泊，增加水中的氮或磷濃度并刺激藻類過(guò)度生長(zhǎng)或藻類繁殖時(shí)引起的現(xiàn)象。

“可能更容易想象腸道比自然的其他部分更少'牙齒和爪子的紅色'，因?yàn)槲⑸锶嚎赡軐?duì)人類有益，”瑞茜說(shuō)，他是哈佛大學(xué)研究員的初級(jí)研究員。 。“但細(xì)菌是個(gè)體生物，只是試圖通過(guò) - 并且只有很多食物可以到處走。”

如果理論認(rèn)為人類宿主正在失去對(duì)我們微生物下屬的控制，那么使用抗生素消滅整個(gè)微生物種群似乎是向他們展示誰(shuí)是老板的好方法。但是里斯和大衛(wèi)的另一項(xiàng)研究表明，這種策略是不明智的。

該團(tuán)隊(duì)給10只小鼠進(jìn)行了為期5天的口服抗生素治療，并每天分析其糞便樣本。他們?cè)?月份發(fā)布在eLife上的調(diào)查結(jié)果表明，許多能源微生物的來(lái)源依賴于化學(xué)物質(zhì)硝酸鹽或硫酸鹽 - 隨著微生物的消耗而開(kāi)始積累。在抗生素療程結(jié)束后不久，小鼠腸道中的化學(xué)環(huán)境恢復(fù)了原狀，微生物又開(kāi)始繁殖。

“我們真的不知道腸道內(nèi)有多少'正確'的細(xì)菌，”里斯說(shuō)。“當(dāng)然零是太少了，只有細(xì)菌充滿了太多。”

大衛(wèi)警告說(shuō)，抗生素消滅的超過(guò)一千種腸道細(xì)菌中的許多可能永遠(yuǎn)不會(huì)再回來(lái)。在他們的實(shí)驗(yàn)中，他的研究小組發(fā)現(xiàn)，這些微生物能夠找到返回老鼠肚子的唯一途徑就是讓老鼠做他們通常做的事，就是吃對(duì)方的糞便。“人們可能不會(huì)想那樣做，”大衛(wèi)說(shuō)。

許多研究表明，經(jīng)過(guò)抗生素治療，人們的微生物組可以改變數(shù)月，甚至數(shù)年。這種改變可以為病原體創(chuàng)造有利的滋生地。“通常情況下，病原體很難在腸道內(nèi)定殖，”大衛(wèi)說(shuō)。“為了生存，他們還有數(shù)以萬(wàn)億的其他細(xì)菌被淘汰。但如果我們突然拿走微生物對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)，我們就會(huì)失去控制，導(dǎo)致艱難癥如艱難梭菌結(jié)腸炎的壞細(xì)菌就會(huì)走得更清楚。”

大衛(wèi)和他的團(tuán)隊(duì)正在調(diào)查我們的食物選擇 - 包括益生元和益生菌 - 如何用于維持我們與微生物組的關(guān)系，最終保持我們的健康。

“在進(jìn)化史上，我們的身體有機(jī)會(huì)把這一切都搞清楚，并建立系統(tǒng)來(lái)控制微生物群，”里斯說(shuō)。“但是作為生活在現(xiàn)代的研究人員，我認(rèn)為我們?nèi)栽谂μ幚碚_的中間價(jià)值，以及如何讓我們留在那里。”