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这类生物生活在每个人体内,重量可能比大脑还重

科普中国

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2024-05-14 10:20:18

一说起“微生物”,很多朋友的印象多半是和“脏”“病”“会传染”有关,而更了解微生物的朋友,则会认为微生物也有很多积极的作用——他们都是对的。近年来,大量研究都充分说明,在维持人类健康乃至地球环境的整体和谐中,微生物起到至关重要的作用。同时,令人恐惧的新发传染病也在全世界范围内加速出现。微生物的故事,也因此时而激动人心,时而令人毛骨悚然。今天咱们就来简单聊聊微生物那些有趣的事儿。

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微生物,渺小又巨大

之所以叫“微生物”,顾名思义是这些生物个头非常小,绝大多数微生物都必须借助显微镜才能观察到,它们的集合体才能够被肉眼所察觉。

比如,细菌的个体微小,一个普通的针头上便可以容纳 1000 至 10 万个。而病毒就更小得超乎想象。根据病毒的种类的不同,一个针尖上或许可以容下 100 万或更多的病毒。

一茶匙海水中生活着约 500 万个细菌。当然,如果没有这些细菌帮助降解死亡的植物和藻类,生命本身也就不可能存在。但是,在同一茶匙的水中,病毒的数量可能是细菌的十倍。

不仅在水中如此,一茶匙的普通土壤中含有约 2.4 亿个细菌和 6 亿个病毒。而整个北美大陆上的人口数还不到 6 亿。

但是,如果我们换种算法,就会发现,微生物竟然也能跟“巨大”这个词扯上关系。

拿真菌来说,咱们最熟悉的大个体真菌,要算蘑菇了,在菜市场都是论斤称。而有些真菌,其体量更是超乎想象,比如一种名为蜜环菌的真菌,它占据了美国俄勒冈州东部超过八百万平方米的森林地面。

如果比拼体重的话,据估计,地球上所有的植物和动物的总重量(或称生物量)约折合为 5600 亿吨有机碳。一项魏茨曼研究所(Weisman Institute)和加州理工学院科学家共同完成的研究显示,地球上 80%的生物量由植物体组成。

而地球生物量的第二大组成部分则是细菌(数目约为 5×1030 个),占全球生物量的 15%。真菌和古菌加在一起的生物量总和超过了动物。而更令人惊奇的是,病毒生物量超过了人类。

看到这儿,谁还敢小瞧微生物呢?

孤独?不,我包罗万象

有本讲微生物学的经典科普书里提到,奥逊·威尔斯说过“我们孤独地出生,生活,死去……”但如果看开些,就会发现实际情况正如惠特曼所说的“我辽阔博大,我包罗万象”。

为什么这么说呢?

微生物无处不在,从生命出现以来便是如此,也包括我们身上。健康人的胃肠道内居住着约 40 万亿个细菌。基本上所有这些细菌都是无害的,或对身体健康有益处。像肠道、皮肤、口腔、呼吸道(肺和鼻腔)以及阴道,每一处都是微生物繁衍生息的小生态系统。我们身体所携带的微生物群落,被称为人类微生物组,总计有约 1.4 千克重,接近我们大脑的重量。

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美国国立卫生研究院在 2008 年启动了为期五年的人类微生物组计划(Human Microbiome Project,HMP),该计划获得了极大成功。计划的研究发现实在令人震惊,可以不夸张地说,我们人类,或者进化上所称的智人人种(Homo Sapiens),其实就是一种经过长期演化的先进的微生物运载系统。正如美国记者迈克尔·斯佩克特所说:“微生物是人类自身的成分。”

据估计人体中共有 37.2 万亿个细胞,而大肠,也就是绝大多数体内微生物生活的地方,居住着 39 万亿个细菌。人类基因组约有 30000~40000 个基因,而我们的微生物组据估算包含 200 万~800 万个独特基因。可以说人类微生物组携带的遗传信息比人类基因组要大上百倍。

从这个意义上讲,99%人体携带的遗传信息实际是源于微生物。正如个体具有独特的指纹和基因一样,每个人所具有的微生物组也不尽相同。实际上,许多研究人员认为,微生物组可以看作是一种新发现的人体必需器官。

进击的耐药菌?以毒攻毒!

所谓对抗生素的耐药性(抗药性)就是指微生物抵抗抗生素的能力,这里的微生物可以是任何种类,而耐药性产生的生物遗传机制也各不相同。

目前已经有大量患者死于具有耐药性的病原体感染。由惠康信托(Welcome Trust)资助的一个项目曾在 2016 年估计,世界每年死于耐药性病原体感染的人数为 70 万。如果没有新的应对措施,或者没有更加有效的药物,这个数字将在 2050 年上升至 1000 万。这意味着每 3 秒钟就有人死于具抗生素耐药性的微生物,这个数字是目前每年癌症死亡人数的两倍。2013 年美国疾病控制与预防中心估计,美国每年耐药性细菌感染导致超过 200 万人患病,其中 23000 名患者死亡。

世界卫生组织在分析了来自 114 个国家的数据后,于 2014 年发表报告指出,抗生素耐药性已在全球范围内构成重大公共卫生威胁。世界卫生组织的专家发现,抗生素耐药性已经出现在“全世界的每一个地区”。几十年前可以轻易被治愈的简单感染,如今已演变成或可致患者死亡的严重感染。

抗生素耐药性是展现物种进化的范例。我们在环境中投放的抗生素越多,细菌产生耐药性的进化压力就越大。换句话来说,抗生素带来的选择压力导致了细菌中的物竞“药”择现象,进化出抗性基因的细菌才得以生存。因此,引起抗生素耐药性危机的主要原因就是在环境中滥用大量抗生素。

那么,谁应该为滥用抗生素负责呢?可悲的是,正是我们人类自己。

对此,同样属于微生物的噬菌体,或许能帮上忙,一种噬菌体只会感染特定种类的细菌。这种精准性使噬菌体成为极具吸引力的治疗手段,因为可以选择性攻击有害细菌,却不影响其他有益细菌。相对比,抗生素会毫无选择地抑制或杀死数千亿的细菌,无论它们是敌是友,或是与疾病毫无瓜葛的旁观者。

那么,细菌对噬菌体会产生“抗药性吗”?

噬菌体的情形与抗生素不同,噬菌体演化的速度也很快。结果,许多具抗生素耐药性的细菌却无法逃脱噬菌体的攻击。为了避免细菌对噬菌体疗法出现抗性,往往会使用数种噬菌体组合治疗。这一策略与联合使用多种不同抗生素治疗结核和其他细菌感染的方法类似,这使得噬菌体疗法非常具有潜力。

直至今天,把微生物看作是人类致命敌人的观点依然没有改变。然而,我们应该认识到的是,这一看法仅反映了微生物所起作用的一小部分。因为过去几年的科学进步,我们现在知道,绝大多数的微生物(细菌、古菌、真菌、原生生物)或对人类无害,或是人类健康所不可缺少的部分,它们是我们的亲密朋友。

《无处不在的微生物》中国科学技术出版社

作者:[美]菲利普·彼得森

译者: 祁仲夏 / 曾辉

这是一本讲述微生物之两面性的读物:

它们既可以为人类健康带来好处,又可以是病原体,肆虐和摧毁我们的身体,并给人类造成严重危害。

本书作者——世界知名的传染病学专家菲利普·彼得森博士以深入浅出和引人入胜的讲述,通过历史视野探讨了人类对微生物的认知和理解:从早期的瘟疫和流行病及至近期的传染病疫情,如人类获得性免疫缺陷综合征(艾滋病)、埃博拉、寨卡和冠状病毒等。

本书还讨论了当代传染病领域的其他重要话题,例如如何面对规模日渐扩大的反疫苗运动、接种疫苗为什么重要,以及粪便移植这种尖端治疗手段的兴起等。

策划制作

来源丨《无处不在的微生物》中国科学技术出版社

作者丨[美]菲利普·彼得森

策划丨丁崝

责编丨丁崝

审校丨徐来、林林


特别声明:本文为人民日报新媒体平台“人民号”作者上传并发布,仅代表作者观点。人民日报提供信息发布平台。

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