编者注：七月杂志中提到的与杰里米·尼科尔森的扩展问答可以在此处找到。
杰里米·尼科尔森只是想做到彻底。那是1981年，这位年轻的生物化学家正在使用一种称为核磁共振光谱学的技术，该技术可以根据原子核的磁性来识别化学物质。特别是，尼科尔森想研究红细胞如何吸收镉，一种致癌金属。他意识到，如果他能模拟细胞的自然环境，就能获得最佳结果，因此他在细胞中加入了几滴血液并进行了测试。
尼科尔森回忆道：“突然出现了我们以前从未见过的各种信号——出现了一系列惊人的光谱。”血液或尿液样本包含数千种代谢物——在给定时间体内发生的所有化学反应的特征。他推断，如果他能找到一种方法来识别这些化学特征及其意义，他不仅能更好地理解不同的疾病——基于已经出错的化学反应——还能识别早期预警信号和潜在的干预措施。他认为，这种科学才是他想要的科学。
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如今，51岁的尼科尔森是所谓的代谢组学领域的世界顶级专家之一，代谢组学是人体代谢产生的化学物质的集合。基因组提供了有关个人基因组成的详细信息，而代谢组学则更深入一步——它揭示了基因如何与环境相互作用，从而提供了个人身体健康的完整快照。“基因组真的就像一本电话簿，但没有任何姓名或地址填写。从非常基本的层面上来说，它有很多数字，”目前担任伦敦帝国学院生物分子医学系主任的尼科尔森解释道。代谢组学“有助于赋予基因组信息价值，并使其更具意义”。
但首先它必须被解读，而这并非易事。这项工作需要分析大量人群的血液、尿液、呼吸和粪便。例如，为了找到高血压的潜在化学特征或生物标志物，尼科尔森和他的同事分析了来自英国、美国和亚洲的4630个人的尿液，并将尿液代谢物与血压数据进行比较，以确定高血压患者和非高血压患者之间是否存在一致的代谢差异。
这有点像倒着做科学：他不是先提出假设，然后设计实验来检验它们，而是先进行实验，然后再尝试解读他的结果。他必须筛选出人们拥有的基因、他们吃的食物、他们服用的药物、他们患有的疾病以及他们体内寄生的肠道细菌所产生的一系列化学物质。
特别是这些细菌已成为尼科尔森的主要关注点。它们影响着我们身体分解食物和药物的方式，并可能解释为什么食物对不同的人产生不同的影响。例如，有些人无法从大豆的某种成分中获益，因为他们缺乏加工它所需的肠道微生物。虽然要分辨哪些代谢物直接来自我们的肠道微生物可能很困难，但在某些情况下，这很容易——它们是细胞不产生或食物中不摄入的化学物质。
尼科尔森关注这些化学物质，既是因为人们对它们知之甚少，也是因为它们似乎高度相关：最近的研究表明，肠道微生物在人类健康和疾病中起着至关重要的作用。它们帮助我们吸收营养，抵抗病毒和“坏”细菌；破坏肠道菌群，例如服用一个疗程的抗生素，通常会导致消化系统疾病。事实上，尼科尔森说，“几乎每一种疾病都与肠道细菌有某种联系。”
也许最广为人知的致病肠道生物是细菌幽门螺杆菌，它可以引发消化性溃疡。在过去的几年里，科学家们已将肥胖症与两种主要的肠道细菌门类的相对丰度联系起来，并发现肠道细菌功能障碍与非酒精性脂肪肝、炎症性肠病和某些类型的癌症有关。尼科尔森甚至推测，这些生物可能在神经系统疾病中发挥作用，例如注意力缺陷多动障碍、图雷特综合征和自闭症。尼科尔森评论说：“我们现在有一些证据表明，如果你扰乱肠道微生物，你就会以主要方式扰乱大脑化学。”他目前与微生物学家合作，将代谢物与特定细菌进行匹配——据认为，在任何给定时间，我们体内都有1000个物种和超过10万亿个细菌细胞。
这种识别过程只是最近才成为可能。虽然科学家多年来一直能够从粪便样本中提取肠道细菌，但之后几乎不可能培养这些样本，因为它们只能在高酸性、无氧环境中生存。由于新的DNA测序技术，科学家们现在可以相当容易地识别肠道细菌，而且人们对此越来越感兴趣：美国国立卫生研究院于去年12月启动了人类微生物组计划，目标是全面描述人类肠道菌群。
尼科尔森说，一旦研究人员可以将代谢物与健康联系起来，未来有一天就有可能制造出类似于妊娠试验中使用的尿液试纸，来定期检查我们肠道菌群的健康状况。一些公司已经开始销售食品产品，以帮助保持这些菌群的平衡——含有活的有益细菌（益生菌）或有助于这些物种生长的化合物（益生元），或两者的组合（合生元）。不幸的是，这些药物通常属于“功能性食品”的范畴，这意味着它们很少在临床试验中进行测试。一个例外是VSL #3，这是一种由八种细菌物种组成的组合，由位于马里兰州盖瑟斯堡的VSL Pharmaceuticals公司以小包装形式销售。在双盲、安慰剂对照试验中，这些菌群有效地治疗了溃疡性结肠炎和肠易激综合征。
尼科尔森认为，基于细菌的药物存在许多可能性，并且非常需要它们。根据制药巨头辉瑞公司的科学家发表的一项研究，人类基因组仅提供约3000个潜在的药物靶点，因为只有一部分基因产生可以被药物样分子结合和修饰的蛋白质。但尼科尔森说，“微生物库中的基因数量是人类基因组的100倍”，他经常与制药公司合作，以更好地阐明人们如何代谢药物。在英国为制药公司阿斯利康工作的科学家伊恩·威尔逊评论说，尼科尔森是“我遇到过的少数对制药行业的问题感兴趣，而不仅仅是对其现金感兴趣的学者之一”。威尔逊补充说，尼科尔森总是充满潜在的解决方案，称他为“一个沸腾的思想库”。
由于基因仅提供有关个人疾病风险的有限信息，尼科尔森梦想着有一天医生可以根据代谢组学提供个性化的医疗保健。简单的血液或尿液检查将及早发现患癌症或心脏病的风险，以便开始预防性治疗；药物将根据每个人的代谢谱进行定制——在许多情况下，它们的目标不是我们的器官，而是我们的细菌。“它开启了对未来的展望，那是我们几年前甚至从未想过的，”尼科尔森说。“许多微生物学家可能会认为这是异想天开，但只有通过思考几乎不可能的事情，你才能在科学上取得巨大进步。”
这个故事最初以标题“顺应肠道细菌”印刷。
