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早在17世纪80年代，Leeuwenhoek通过显微镜首次观察到人体肠道中定植的细菌。借助这一发现，酸奶公司在销售中声称其酸奶有益于肠道细菌。在皮肤表面的细菌可用来有效地推销腋下除臭剂。后来，新的观点认为，宿主中的各种微生物对健康个体的机能没有任何益处。 然而，在过去几十年，这种观点发生了很大的变化。 最近，对微生物群落的研究兴趣和学科激增。高度多样化、数量惊人的微生物群在宿主中定植; 据估计，典型个体约由30万亿人体细胞和39万亿细菌组成。 人们已经意识到肠道微生物群对机体健康的重要性，参与许多重要的生理功能，如食物的消化和代谢，免疫反应和炎症; 肠道微生物群的破坏可能导致各种病症，包括儿童哮喘，肥胖，结肠炎和结肠癌。 新研究揭示，微生物群的组成和活性存在昼夜节律，就像人们的日常生活一样。 从现代生活的角度解释了“潘多拉盒子”对人体健康的潜在危害，例如深夜饮食或日落后过多的夜灯。 微生物群的日常活动 微生物群主要由细菌组成，但也含有病毒和真核生物，例如酵母; 真核生物比细菌大和复杂，与宿主细胞结构相似。微生物群的总DNA统称为微生物组，研究微生物组可以了解微生物群落的内在作用。 在早期研究中，科研人员利用人的粪便样本研究肠道微生物的组成。结果发现，早上和晚上采集的粪便中的微生物群差异很大，表明肠道微生物群在一天内不是静态的。 也许这在意料之中，地球上几乎所有的生物具有遗传性的、适应光暗交替的内源昼夜节律。对人类而言，昼夜之间存在饥饿，体温，睡眠倾向，激素生成，活动水平和代谢率等生理差异。 本研究作者表示：“微生物群日常节律性的发现引发了我的兴趣。几十年来，晚上电灯对昼夜节律的破坏一直是我的研究方向。”科研人员研究了昼夜节律性、电灯和健康之间的联系，宿主微生物群的节律性可能是揭示这一联系的重要线索。 现在的关键问题是，微生物直接对机体昼夜节律做出响应，还是以某种方式改变宿主的节律性，以及微生物节律性是否具有实质性的意义？ 微生物发号施令 以色列魏兹曼研究所的一支研究团队利用一系列卓越的DNA技术，揭示小鼠肠道微生物群在肠道内的分布及其代谢产物在24小时内动态变化。微生物释放的氨基酸，脂质和维生素在小鼠的血液中循环。在一天内，血液中这些分子水平的变化，可以改变小鼠肝脏中许多编码代谢酶的基因的表达。 本研究首次发现肠道微生物群改变主要代谢器官的昼夜节律的现象。肝脏是生理学的引擎，对机体健康至关重要。 利用抗生素清除小鼠中大部分的肠道微生物群，显著改变了肝脏生理学。此外，改变小鼠的饲喂时间产生相同的效果；白天进食和晚上进食的小鼠血液中循环的微生物代谢物不同。 此外，在一天时间内，肝脏响应于肠道微生物群的信号，进而改变对过量的对乙酰氨基酚的反应。对乙酰氨基酚对肝脏的潜在危害取决于其如何分解。有意思的是，对乙酰氨基酚在黎明时毒性最小，在黄昏时毒性最大。 因此，在一天中，微生物群有效地调节肝脏解毒作用。作者推测，这一发现可以适用于一般药物的代谢，包括用于治疗疾病的化疗药物。这样一来，药物的服用时间可能会对药性以及副作用的严重程度产生重大影响。 这项研究令人振奋。了解一天中时间所发挥的重要作用可能可以更好地治疗疾病，并预防肥胖，代谢综合征和其他严重的疾病等等。 技术进步驱动科学发展 魏茨曼研究所依托DNA研究技术实现了上述的重大发现。显而易见，技术的进步可以驱动科学发展。 DNA科学技术尤其如此。计算数万亿的微生物以及区分数百种不同的物种，通常要满足4个条件：理论发展，测序仪器，分析方法和能运行特别复杂的统计分析的超级计算机。目前，这4个条件都已经发展到了特定程度，可以满足类似魏兹曼研究所这样的研究需求。 微生物组分析的关键概念得到认可，即共同定植的不同微生物群体可能不能缩减。换句话说，不能从微生物群中分离出某一种细菌，并了解该单一细菌的作用。微生物群体作为一个整体发挥作用。例如，某些细菌不能吸收维持其自身生长所必需的铁元素，需要利用微生物群中其他细菌分泌的铁结合分子才能生存。因此，这些细菌不能在培养基中单独培养。 肠道与节律性 以色列的这项新成果，扩充了该领域的研究结果，并且与人类息息相关。例如，需要长期服用抗生素，或饮食不规律的工人，可能会因为微生物的节律性而存在健康风险。长期服用抗生素或饮食不规律使机体新陈代谢发生变化，并可能增加肥胖和代谢综合征的发生风险，夜间工作者中，出现肥胖和代谢终合症的人数已经过高。 在宏观上观察到的人类健康问题的根本起因可能是肠道微生物群落及其是否处于稳态状态。 |
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