「細菌」我們的生命共同體

今日主要跟大家介紹人類體內與體外的微生物,會對我們造成什麼樣的影響?

與人體共生的微生物總數大概是100兆,其數量與人體細胞比例大約是10:1。
其數量以及比例其實都是來自於1977年的研究,而在之後30-40年之間,大家對這些數據深信不疑,而如何估算其實自來自於1972年這篇,Thoms是個微生物學長,她估算每克大便大概有1011(0.1兆)這麼多,然而乘上消化道的體積(1公升),得出100兆的微生物總數。然而,當時普遍認為人體細胞總數有1013(10兆),所以比例是10:1。而人體細胞總數則是利用老鼠細胞總數等比例放大所得。 但很可惜的是,在兩年前這些數據被重新證實是錯誤的。
第一個問題則出在:1公升是從嘴巴開始到下消化道的總體積,但我們現在都知道大概有70%的細菌都在大腸中。
第二問題在於:人體細胞總數的估算。

文中一開始就提到微生物及人體細胞10:1的比例是common knowledge,在這篇研究則透過X光、解剖等方法得到腸內體積評為0.41L,而在透過實驗方式,得到每份大便約有9×1011的細菌,故全身上下近似於3.9*1013的總菌數。

第二問題在於細胞總數,原因就在於用DNA的方式,沒辦法預估到不含DNA的細胞,例如:紅血球。所以在這篇研究中,將所有細胞進行重新估算統整後,全身細胞大約是3×1013個。

因此,目前以最新研究顯示,與人體共生的微生物總數大約是39兆,與細胞數的比例接近1.3:1。

上禮拜我們是介紹腸道菌相關知識,在今天的課程中,我們將逐一介紹在身體各部位(如:指甲、皮膚、生殖道及口腔)的微生物。

大部分的指甲微生物主要附著於表層及底層,而這些大多是無害菌。 有篇研究是去了解指甲微生物的組成,所以他收集了66個健康人在指甲部位的微生物檢體,分析其生活習慣與微生物組成的關係,結論是不管你的指甲是薄是厚,穿著純棉或合成纖維的襪子,天天洗或偶而想到才洗腳,這些無害的微生物一樣快樂地存在著。

其原因在於細菌們有一種自我保護的機制。細菌本身會分泌黏液,然後所有細菌聚集起來形成一種包護膜,如在生活中一瓶水放久了,或許可以在表面看到黃黃或摸起來黏黏的東西。

而在皮膚上所居住的微生物又更複雜了。有篇研究分析皮膚上各個部位的微生物,發現棒狀感菌屬共生在潮濕的環境中,所以會集中出現在肚臍、腋下等部位,而手臂比較乾燥則是放射菌門、擬桿菌門等細菌。其原因很明顯就是有些細菌偏好潮濕,有些則喜好乾燥。

接著介紹一個很生活化的研究:為什麼有些人容易招惹蚊子。
而這篇研究結論為:如果皮膚表層細菌種類越豐富,蚊子越不叮你。所以建議多參加活動,與不同人有身體上的接觸,可別想歪XD,是指像打球之類的活動。

再來,也有人研究肚臍,得知在這個部位的大部分微生物種類,是屬於微球菌屬。之後微生物學家就想探討每個人肚臍的細菌種類是否相同?

研究者從66個參與者的肚臍上發現,總共有2,300種微生物,但僅僅只有8種微生物是同時出現在70%的參與者身上。而有人也向研究者詢問為什麼要研究肚臍,他說這是人身體上受外界影響很小的代表部位,第二就是研究肚臍一聽起來就很搞笑。

接著我們來講講生殖道微生物。研究的主要原因在於,其實我們人一生下來,最先接觸到的微生物就是陰道微生物。

而研究陰道微生物就不得不提一下,由2008年美國NIH所發啟的人類微生物組計畫(HMP)。主要針對人的五大部位(口腔、鼻腔、皮膚、腸胃道與生殖道),進行微生物種類及組成的比較。而其中一項研究結果就是,陰道微生物的多樣性是人體全身上下最低的。

陰道微生物大多由乳酸菌的有益菌,及革蘭氏陰性桿菌的致病菌組成,而上禮拜也提到乳酸菌主要功能之一就是產生乳酸,以維持環境酸性抵抗壞菌侵入。PH值大約是3.5~4.5間。

而在男性生殖器的微生物方面,以割除包皮來說,其優點是不易感染HIV。 而特別的是有人研究精液微生物對於生育能力的影響,結果顯示生育力偏低的男子,有發現厭氧球菌屬的細菌。

最後介紹口腔微生物。口腔細菌是人類透過顯微鏡觀察到的第一個微生物。而鏈球菌屬則少量分部在口腔中,但一般來說通常不被視為益菌,因為他們可能會引起扁桃腺及腦膜發炎。

另有研究也顯示,如能有效抑制口腔發炎,血管壁的病態腫脹也會跟著停止。

失智症患者身上則很常見普雷沃菌屬(Prevotella)的細菌。

最後介紹很生活化的有趣話題:為甚麼現代人常蛀牙,而原始人牙齒都很棒。
在2006年,科學家收集了不同時期的人研究牙齒的狀況,研究顯示狩獵時期的蛀牙率僅1-2%,隨著時代的進步蛀牙的比率越來越高。

蛀牙的過程其實就像挖山洞。首先,要先有一座「山」(牙齒),目標確定後,「工人」(蛀牙菌)開始進駐,接著利用「火藥原料」(可發酵的醣類)做出炸彈炸出山洞,最後給這些工人們一些「時間」,將這項工程完成。這四項是蛀牙的基本要素。

回到主題,既然人類蛀牙的機制都是一樣的,為什麼現代人蛀牙率就是比原始人高呢?這時候有人突發奇想,會不會是因為原始人的食物缺乏「火藥原料」呢?
於是有一群學者,各自開始針對原始人遺骸做分析,結果蛀牙率分佈分別是:狩獵原始人 0%~5.3%,混食原始人 0.44~10.3%,農耕原始人 2.2%~26.9%,結論是「農耕原始人的蛀牙率明顯高於狩獵原始人」。他們推測人類開始耕作後,帶入了醣類飲食,而醣類分解後的單醣與雙醣是蛀牙菌的最愛,在其消化發酵後會形成酸,因此農耕時期後蛀牙率才會明顯上升。

另一位學者 Arkadiusz Sołtysiak ,在 2012 寫了一篇評論表示,似乎事情並不是如此單純,文中提到以往許多文獻都將尼安德塔人的低蛀牙率歸功於他們的飲食。但近期有些研究發現:不同地區的尼安德塔人的飲食習慣似乎不同,地中海附近的尼安德塔人被證實有食用穀類、棗類等醣類作物的紀錄,但他們卻仍然很少有蛀牙(在伊拉克北邊的 Shanidar 洞穴發現的97顆牙齒完全沒蛀牙),因此作者認為可能是因為這些人缺乏了會造成蛀牙的致病菌。

將食物中添加益生菌去抑制壞菌的方法,兩篇實驗結果皆顯示有減少蛀牙菌的比例。

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另外,還有學者針對 S. mutans 內的基因片段做改造,使其在消化醣類後,不會製造出有機酸,再利用這類細菌去競爭排除掉會造成蛀牙的 S. mutans。雖然這項實驗數據成果很完美,但此項實驗目前仍就處於動物實驗階段。

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