肠菌的世界

有一次，几个朋友在我家聚会，朋友问我女儿：“你知道你的爸爸是研究什么的吗？”女 儿说：“研究微生物的。”朋友再深问，女儿就说不清楚了。虽然我在家里经常给她讲我的研 究工作，但我知道她并没有听懂，也许是她对我讲的内容不感兴趣，即使我觉得这些研究非常 有意思。那段时间，我一直思考，如何才能把我的知识转化为她听得懂，还乐意听的内容呢？ 这个时候，出版社给我发了邀约，说要做一本面向中小学生的科普读物，于是我欣然答应了。 我也希望借这个机会可以写一本能够真正让小学生、中学生看得懂的微生物科普书。 如何才能写出一本孩子能看懂、喜欢看的科普书呢？在我有限的科普经历中，我总结出几 个要点。首先，孩子喜欢看的书，必须有意思，这样他们才能有兴趣去读。如果能够把一些科 学发现讲成一个故事，科普知识就会不枯燥，就容易吸引孩子的注意力，孩子也愿意读下去。 其次，采用拟人化、具象化的表述。科普书中有不少专业术语，如果孩子缺乏必要的基础知识， 就会看不懂。如果这样的术语出现多了，孩子们自然就没有兴趣读下去了。所以在这本科普书 中，我尽可能地描写一些故事性的发现，并且尽可能地把专业术语通过比喻的手法写成我们身 边常见的事物，这样就可以把枯燥的知识像讲故事一样呈现给读者。 既然这是一本科普书，那么就要保证内容的科学性。我一直在科研**线，对内容的科学 性，还是很有把握的。书里呈现的知识，都是近年来的科学前沿发现，甚至是刚发表不久的内 容，并且其来源都是科研学术论文。我还希望能够给大家提供系统和全面的微生物学知识、肠 道菌群与健康的知识，希望大家能够全面、充分、多角度地理解微生物以及微生物对人体健康 的影响。然而，由于篇幅限制，有限的文字并不能面面俱到，所以本书共分为五章，精选了比 较重要的有关肠道菌群的内容，组成了这本既有趣又有料，还能让读者对微生物学有所了解的 科普书。 **章主要介绍肠道里都有哪些微生物，与微生物有关的基础知识，以方便理解后面几章 的内容。在人体肠道中，微生物的种类非常多，可以分为细菌、真菌、病毒以及寄生虫。虽然 微生物分为不同种类，但是它们都共同生活在我们的肠道中，把人的肠道形容为各种微生物的 乐园很合适。 第二章重点介绍肠道中的微生物是怎么来的，每个人体内的微生物来源都是一样的，但并 不是与生俱来，而是传承自母亲。在怀孕期间、分娩过程中以及婴儿出生之后，母亲身体上的 微生物以及家庭环境中的微生物逐步形成了每个人体内微生物的*初来源，它们就是肠道菌群 的“种子”。人体肠道中的细菌每时每刻都在更替，更替的总数量可达10万亿—400万亿个， 总质量可以达到60—2000克。在这一章，我还为大家详细介绍了微生物是如何一步一步进入 人体，然后如何冲破难关在人体肠道中生存并繁衍下来。 第三章主要介绍生存在肠道中的菌群之间的关系，也就是肠道菌群的内部景象。这些不同 的微生物都在肠道生存，“抬头不见，低头见”，总有机会碰上，所以它们之间既有竞争又有 合作。微生物之间的竞争，和人类世界一样，它们之间会有战争，彼此不同的种群之间会相互 进攻，试图侵占对方的领地，并且它们为了能够在竞争中生存下来，还要建立自己的防御系统。 当然，竞争是常事，团结合作也是必需的。它们团结合作的方式也很有意思，就像人一样，微 生物之间也可以沟通和对话，它们有自己的“分子语言”，就像方言一样，只有同一个族群的 菌能够听明白。肠道中的这些菌群在竞争与合作的情况下，实现一种互利、共生、共赢的局面， 就像一个家庭中的两个兄弟，兄弟之间经常发生争吵，但是很多时候他们也会相互合作，比如 跟邻居家孩子打架的时候，这种现象和行为在微生物之间也都有所体现。 第四章主要介绍肠道菌群对人体的作用。人类肠道里的菌不会白吃白喝，它们在吃饱喝足 后也会发挥自己的作用。一些肠道微生物能把我们吃下去的食物分解成可以被人体利用的营养， 参与人体代谢过程。这些微生物能把我们吃下去的几乎所有物质都分解，包括一些药物，它们 的代谢作用可能让我们吃的药失效，也有可能使药效更强。在这一章，我还专门介绍了肠道和 肺脏之间的关系。没有想到新型冠状病毒肺炎疫情会在全球爆发，其*主要的症状和肺炎类似， 而肺炎的发生也和肠道菌群的组成有关。同样感染了新型冠状病毒，有些人表现重，有些人表 现轻，这也有可能跟他们的肠道菌群的构成不同有关系。 第五章主要介绍肠道菌群中的“宝藏”。为什么把微生物称作“宝藏”呢？这是因为微生 物里有大量可以被人利用的物质。肠道里的一些微生物可以被我们分离提取出来，直接用于生 产营养、健康的食物，或者直接将这些菌做成益生菌、营养补充剂或药品帮助人类预防或治疗 疾病。 不久前，科学家分析了2544个人类微生物样本，发现约一半的菌群中都存在Ⅱ型聚酮合 酶编码基因，并且有13个是之前从未发现的，被基因编码的分子是一类由细菌、真菌、植物 与动物所产生的二级代谢产物，被用于微生物之间的防卫或沟通，本身具有非常强的抗菌活性， 有可能被开发为新型的抗生素。还有一些研究发现肠道微生物产生的Ⅱ型聚酮化合物分子跟临 床上使用的药物很相似，该类化合物中包括许多具有抑制细菌、真菌、寄生虫、癌症等活性的 化合物，有些已经被开发出来，广泛用于医药、畜牧和农业。 这些微生物具有的基因，就是这些微生物具备的本领，本身就是一个大的宝库，就像漫威 的动画片《超级英雄联盟》一样，其中的每个英雄都有自己独特的超能力，彼此之间不能相互 取代，微生物也是一样，每个菌都有自己的特长，科学家找到特别厉害的菌，就可以为人类所 用，帮助人类解决问题。*近的一项研究发现，人类已经收集的数据涵盖了人类肠道微生物组 的20万个基因组和1.71亿个蛋白质序列的基因集，这些数据来自4644个微生物物种。然 而，实际的数量要比这多得多，已知的微生物只是很少一部分，仍有71％的菌株还没能被培养 出来，有超过60％的肠道微生物的基因组无法分配给现有物种，我们对它们的功能还不了解。 也就是说，我们对这些微生物的了解还只是冰山一角，仍有大量的“宝藏”等待我们去挖掘。 在本章的*后，我还向大家介绍了一种非常流行的利用肠道菌群的技术——“粪菌移植”， 就是把健康人的肠道微生物分离出来，把它们移植给病人，病人的病情就会得到好转。这种技 术已经在全球多个国家使用，并且对一些疾病的治疗显示出超乎想象的效果。 *后，我还要提醒大家的是，人体微生物组方面的研究发展迅速，每天都会有新的内容出 现，所以，有可能你在本书中看到的一些内容，在不久的将来就会被修正甚至推翻。希望你能 抱着怀疑的精神并用发展的眼光看待本书的全部内容。碍于本人能力和时间所限，本书难免会 有一些疏漏和错误，希望你看到之后及时批评指正。 段云峰 2021年1月16日北京