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在为改善人类健康而战的过程中，细菌、病毒和真菌主要被视为反派。 但越来越多的研究人员发出警告，其中许多微观访客实际上是古老的盟友。
大多数生活在我们体内和体表的微小生物，随着人类物种的进化而进化，实际上是在帮助我们保持健康，正如我们的福祉促进它们的福祉一样。 事实上，一些研究人员将我们的身体视为超有机体，而不是一个充满大量从属无脊椎动物的有机体。
人体内约有 10 万亿个人类细胞——但微生物细胞的数量是人类细胞的 10 倍。 那么，当我们身体如此重要的组成部分缺失时会发生什么？
随着上个世纪卫生、医药和生活方式的快速变化，其中一些本土物种正面临衰退、流离失所，甚至可能灭绝。 在世界上许多较大的生态系统中，科学家可以预测当一个中心物种消失时可能会发生什么，但在人类微生物环境中——它在很大程度上仍未被描述——这些快速变化中的大多数尚未被理解。 “这是下一个前沿领域，对人类健康、公共卫生和医学具有真正的意义，”密歇根大学 (U.M.) 安娜堡公共卫生学院的流行病学教授 Betsy Foxman 说。
与此同时，发达国家的每一代人出生时都缺少这些本土物种。 “他们实际上缺少他们进化而来的微生物群的某些组成部分，”福克斯曼说。
小鼠在实验室中基本上可以免受微生物种群的侵害。 但在现实世界中，传统的微生物是对抗外部和潜在危险入侵者的重要防线。 通过占据甚至保护其历史上的生态位，这种小型动物可以阻止更多外来细菌和病毒的入侵，从而帮助维持其人类宿主的健康。 “一个没有微生物的人，他们将是赤裸的，”纽约市纽约大学朗格尼医学中心微生物学教授兼医学系主任马丁·布拉泽说。
各公司已经接受了微生物研究的某些方面，推广抗菌剂以杀死大面积的微生物，或推广益生菌食品以将其他细菌群引入体内。 然而，这些极端做法可能会让该领域的科学家感到不安。 “我们有太多不知道的事情，”福克斯曼在谈到操纵这些动态时说。 而且变化可能会迅速发生，即使它们是无意的。
强效治疗
近几十年来出现的人类微生物组的许多变化都是医学治疗和预防中有益的——并且主要是有利的——发展的成果。 例如，自 20 世纪中期以来，过度使用抗生素（真正的救命药）引发了结核病和金黄色葡萄球菌耐药菌株的进化。 抗生素更微妙的副作用才刚刚开始被发现。
“当抗生素首次被引入时，它们是神奇的药物——而且现在仍然如此，”布拉泽说。 “但人们并没有充分考虑到抗生素会选择耐药性。” 抗生素不仅会影响它所针对的感染。 “它会选择整个微生物组的耐药性，”他补充说。
抗生素治疗的常见副作用（例如酵母菌感染）是这些悄无声息的变化的最好例证。 即使服用抗生素是为了治疗身体其他部位的感染，抗生素也可以杀死通常控制酵母菌种群的生物，从而导致意外爆发。
虽然其中一些变化是暂时的，并且可能值得用抗生素治疗来权衡，但其他变化则更持久且有害。 正如布拉泽指出的那样，“[抗生素耐药性]的选择可以持续数年甚至可能永久存在。” 例如，消失的胃幽门螺杆菌在美国和其他发达国家已经面临着被根除的命运，这在很大程度上是由于抗生素的使用。 尽管这种细菌的灭绝与一些积极的结果有关，例如胃癌发病率的降低，但缩小其种群也可能通过扰乱激素和 pH 水平的调节而增加各种反流疾病的风险。
此外，“与没有幽门螺杆菌的人相比，幽门螺杆菌阳性的人患儿童哮喘、过敏性鼻炎和皮肤过敏的风险较低，”布拉泽和斯坦福大学医学院微生物学和免疫学系的斯坦利·福尔科在一篇论文中写道，该论文于 11 月在《自然微生物学评论》上发表。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）他们还假设，由于该细菌在调节食欲素（有助于调节脂肪发育和饥饿）方面发挥的作用，它也可能“导致当前早发性肥胖、2 型糖尿病和相关代谢综合征的流行”。
这种显着细菌群落的变化可以通过各种医学测试检测到，但许多其他对人类健康产生积极影响的物种的转变可能仍然被忽视。 “如果[幽门螺杆菌]正在消失……可能会有其他东西正在消失吗？” 布拉泽问道。 他担心，由于抗生素的使用和其他生活方式的改变，许多其他研究较少的物种——甚至某些代谢途径——也可能会被淘汰。
布拉泽并没有呼吁放弃一整类有效的药物，但他确实主张更好地了解潜在的权衡——即使我们可能还没有所有的答案。 布拉泽说：“我认为没有人把这种权衡摆在桌面上，”他指出，医生和患者都应该将抗生素的使用限制在必要的情况下。
不稳定的保护
对于许多疾病，现代医学和研究已经通过开发有效的预防措施（从疫苗到公共卫生措施再到抗菌产品）绕过了治疗阶段。 布拉泽指出，这些措施的成功本身“表明我们正在改变微生物群”。
肺炎球菌疾病疫苗在大多数情况下是一个成功的故事，减少了肺炎病例和感染。 但肺炎链球菌实际上是健康个体的常客，将这种元素排除在人体之外已经为不同且可能更有害的病原体打开了空间。 “肺炎球菌疫苗，其意图非常好，可能会产生一些不良后果，”布拉泽说。 导致葡萄球菌感染（其中越来越多的感染是社区相关性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌或 MRSA）和传统的肺炎链球菌是“竞争对手，并且前者的丧失正导致后者的扩张，”布拉泽和福尔科在他们的《自然微生物学评论》论文中写道。 然而，布拉泽说，像抗生素一样，疫苗仍然很重要，但未来应该研究其中一些长期后果。
像现代医学发展一样，改善的卫生条件和清洁剂的普及拯救了无数生命，并使我们其余的人看起来更健康，但微生物学家也正在找出清洁生活的阴暗面。
那些赞同“卫生假说”的人认为，整体清洁导致了过敏和其他免疫系统异常等疾病的近期增加。 这种思维方式认为，“如果你是一位好父母，你应该让你的孩子吃土，”布拉泽说。 事实上，一项研究于 12 月 7 日在《实验医学杂志》上在线发表，该研究发现，即使在子宫内，其母亲接触过常见的农场微生物（嗜土不动杆菌 F78）的小鼠也不太可能患过敏和哮喘。
然而，布拉泽指出，对卫生假说的过度热情可能会误导人们。 “我的假设是，土壤中存在的微生物与人类无关，”他说。 “相关的是我们已经拥有数十万年的微生物——[并且]正在消失。”
布拉泽指出，在感染风险高的医院等医疗保健场所，使用抗菌产品的极端卫生是一种资产。 但在其他地方，这些措施不太可能对我们的长期优势有利，因为“如果有的话，好处也微乎其微，”他说。 “我们必须开始意识到我们可能正在造成一些伤害——我们可能正在失去一些好人，从而更容易受到坏人的侵害。”
另一方面，流行的益生菌产品承诺通过强化食品（如酸奶）引入有益细菌，这只是人们对人类微生物群的原始理解开始渗透到流行文化中的方式之一。 但许多研究人员认为，对这种方法的信心为时过早。 “那里显然有一些东西，”福克斯曼说，“但如果你想推动一个系统成为健康的系统，你必须知道什么是健康的系统。”
这就是研究人员正在疯狂试图弄清楚的事情。 布拉泽说：“如果我们了解我们正在失去什么，那么我们就可以替换它。” 他想象着未来，疫苗不仅针对病毒，还针对微生物种群。 婴儿有一天可能会接受本土微生物群的筛查，并接种疫苗以填补重要的缺失生态位。
绘制微观图
尽管人体微生物群显然是人类健康不可或缺的古老组成部分，科学家们仍在努力寻找更好的方法来研究它——赶在它发生超出历史认知的变化之前。借鉴医学以外的模型帮助该领域的许多人更好地理解我们体内的这个活生生的世界。“重要的概念是关于物种灭绝，”布拉泽说。“这是生态学。”
黛博拉·戈德堡，一位植物生态学家，也是密歇根大学生态与进化生物学系的教授，偶然进入了这个领域，但她发现自己的生态学视角在谈论病原体时非常“相关”，她说。她表示，微生物学家已经开始将关于生态位和干扰的初步生态学思想应用于微生物研究。但戈德堡指出，生态学领域的新发展——从入侵生物学到空间动态和扩散——带来了新的见解，她与福克斯曼合著了2007年发表在《传染病跨学科视角》上的一篇关于人体微生物群的论文。
然而，对于许多当前的研究目的而言，生态学模型可能令人生畏。“作为一种整体方法，生态学很难，”戈德堡说。“它是复杂的系统，且高度多维。”
这些挑战促使许多人更倾向于将人体微生物群视为生物学家概念中的器官系统，寻找输入和输出，暂时抛开在所谓的黑匣子里发生的事情。“将其概念化为器官系统很容易，”福克斯曼说。“但是有很多理由进入黑匣子……最终，我们确实需要了解这个系统。”
理解这些系统的第一步是简单地清点健康个体中存在哪些古菌、细菌、真菌、原生动物和病毒。这项大规模的微观研究自2007年以来一直在进行，由美国国立卫生研究院 (NIH) 的人类微生物组计划资助。到目前为止，它已经发现了令人惊讶的丰富数据，包括生活在健康人皮肤上的约205种不同属的基因测序结果。
尽管新数据如潮水般涌来，当被问及人类微生物组计划是否有可能在不久的将来发布最终报告时，福克斯曼笑了。“这才是刚刚开始，”她将这个项目与美国国立卫生研究院的人类基因组计划相比较，后者启动了一系列新的基因研究。“有一些基本的、我们不知道答案的问题，”她说，例如随机个体或家庭成员之间微生物群的差异有多大；微生物群随时间变化有多大；或者一个人体内或体表的微生物群彼此之间的相关性有多大。
然而，测序技术的快速发展使得研究人员能够突飞猛进地加速他们的工作。“我现在能做的事情，六个月前还做不到，”福克斯曼说。“这将是一段狂野的旅程，[带着]许多惊喜，”她补充说。“我们将很快进入那个黑匣子，但我们可能不喜欢我们发现的东西。”