百欧博伟生物：我们的身体由大约30万亿个人体细胞组成，但它们也拥有大约39万亿个微生物细胞。这些在我们的肠道、口腔、皮肤和其他地方的细菌、病毒、原生动物和真菌群落——统称为人类微生物组——不仅由贪吃者和潜伏的病原体组成。相反，随着科学家越来越认识到，这些微生物形成了对我们健康至关重要的生态系统。越来越多的研究旨在了解这些微妙系统的破坏如何剥夺我们所需的营养，干扰食物的消化，并可能引发我们身心的痛苦。
但我们对微生物组仍然知之甚少，以至于我们才刚刚开始回答一个更根本的问题：这些微生物来自哪里？它们会像感冒病毒或胃病一样从其他人那里传播吗？
现在，对人类微生物群传播进行的最大规模、最全面的分析提供了一些重要的线索。意大利特伦托大学(University of Trento)的基因组学家领导的研究发现，微生物菌群在人与人之间广泛传播，尤其是在那些经常在一起的人之间。这项研究结果发表在今年1月的《自然》杂志上，填补了我们对人类如何在一生中组装和重组微生物群的理解上的重要空白。
其他科学家对这项研究表示赞赏。西奈山伊坎医学院遗传学和基因组科学副教授何塞·克莱门特·利特兰（Jose Clemente Litran）称赞这项工作“出色”，并表示它首次明确衡量家庭成员或同居者之间的分享程度。
这项研究还引发了关于微生物是否可以提高或降低我们患糖尿病或癌症等疾病的风险的有趣猜测 - 从而为通常不被认为具有传染性的疾病带来传播维度。对于不列颠哥伦比亚大学微生物学教授布雷特·芬利（Brett Finlay）来说，他在2020年为《科学》杂志撰写了一篇关于这种可能性的评论，这些发现“最终确认一件事，即非传染性疾病可能不应该被称为这种疾病。
深不可测的多样性
微生物组就像指纹：如此多样化，以至于没有两个人可以拥有相同的指纹。它们也是令人难以置信的动态 - 在一个人的一生中增长，缩小和进化如此之多，以至于婴儿的微生物组在他们长大时看起来会大不相同。在西化社会中，90%以上的人群中发现了少数微生物物种，但大多数物种存在于20%至90%的人中。（即使是大肠杆菌，这可能是大多数人能说出的唯一肠道细菌，也低于90%的频率。研究表明，非西方化社会的微生物种类更加多样化，微生物组的变异性更大。
在一个群体中，任何两个随机选择的个体通常只有不到一半的微生物组物种是共同的——平均而言，肠道微生物组成的重叠在 30% 到 35% 之间。微生物学家争论是否存在所有健康人都有的“核心”微生物物种，但如果存在，它可能占总数的个位数百分比。
我们的口腔是各种微生物的家园，例如真菌曲霉菌（左）以及从嘴唇和牙齿之间收集的这三种细菌样本。
然而，确定微生物在人与人之间传播的频率是一个比寻找物种更棘手的问题。单个物种可以由许多不同的菌株或遗传变异组成。因此，研究人员需要能够通过观察微生物组样本中的基因来识别单个菌株。在人类微生物组中，可能存在200万到2000万个独特的微生物基因，微生物不断重新洗牌它们的基因，突变和进化。
这就是为什么了解微生物组中的大量细胞如何传播“比学习如何追踪一种病原体的传播要困难得多，”特伦托大学博士后研究员，新研究的第一作者Mireia Valles-Colomer说。直到最近，通过人群追踪菌株是不可能的。
2010年，当尼古拉·塞加塔（Nicola Segata）作为哈佛大学的博士后首次开始为人类微生物组计划分析大量遗传数据集时，可用的工具缺乏确定人类微生物组中哪些物种所需的分辨率。他们可以确定微生物所属的一般分类群，但这就像将某人的位置缩小到美国中西部一样。
在接下来的几年里，各种实验室发现了社会互动和近距离生活影响灵长类动物和小鼠微生物组的证据。对巴布亚新几内亚和其他地方相对孤立的人群进行的人类研究也发现了微生物共享的特征。有些人甚至发现了宠物可能传播的痕迹。但由于这些研究的局限性，目前尚不清楚发生了多少传播，以及它是否在任何地方都以相同的程度发生。
在Segata于2013年在特伦托大学建立实验室后，这种情况发生了变化。他和他的团队开始创建和改进宏基因组学工具，可以区分同一物种的菌株，这使得更详细地研究微生物组传播成为可能。
Segata于2018年开始通过分析母亲及其婴儿的微生物来探索这个问题。Segata说，他的小组的研究结果和其他几项研究证实了早先的怀疑，即从母亲到婴儿的大量传播，以至于母亲“在出生时就印上了微生物组”。最近的研究表明，母亲在几年内继续塑造婴儿的微生物组。
但是微生物组的多样性在童年和成年之间发生了显着变化，因此母亲的早期遗传“并不能解释我们在成年人身上看到的微生物，”Segata说。在后续实验中，研究人员在很大程度上排除了新微生物来自人们吃的食物的可能性，因为这些微生物不能很好地定植肠道。
所以“它必须是传播，”Segata说。“一定是我们肠道中的东西来自其他人的肠道。
与家人和朋友分享
对于微生物组的新的全球分析，Segata，Valles-Colomer和他们的同事磨练了他们的工具，足以识别以前未知的物种和同一物种的不同菌株。他们检查了来自五大洲20个国家的9700多个粪便和唾液样本，代表了生活方式非常多样化的社区，涵盖了人类寿命的全部范围和许多不同的生活安排。他们追踪了家庭、室友、邻居和村庄之间的80多万种微生物，并计算了共享物种中相同菌株的百分比。
正如他们所预料的那样，他们发现在生命的第一年，母亲和婴儿之间发生了最多的菌株共享 - 在婴儿肠道中发现的共享物种中约有50%是从母亲传播的菌株。母亲的影响力随着时间的推移而减弱——从3岁时的27%下降到30岁的14%——但并没有消失。中国的一些老年人被证明仍然与他们幸存的百岁母亲分享压力。
对于梅奥诊所（Mayo Clinic）的免疫学家维娜·塔内贾（Veena Taneja）来说，研究结果中更令人惊讶的花絮之一是，尽管阴道出生的婴儿比剖腹产出生的婴儿与母亲共享更多的菌株，但这种差异在三岁时消失了。她说，“人们从中受益”，通过剖腹产出生的婴儿可能更容易患上某些疾病。但研究结果表明，也许这“不应该是一件大事”。
（本月发表在Cell Host&Microbe上的一项新研究证实了这一观点。研究发现，通过剖腹产出生的婴儿比阴道出生的婴儿接受的母亲微生物组更少，但他们并没有错过，因为他们从母乳中获得了更多的微生物。
随着年龄的增长，我们微生物组的很大一部分继续来自与我们住在一起或附近的人。不出所料，Segata及其同事的研究发现，配偶和其他身体上亲密的伴侣共享许多微生物：他们共享的肠道物种中有13%属于同一菌株，38%的共享口腔物种也是如此。
但柏拉图式生活在一起的人也不差太多，有12%的人有共同的肠道物种，32%的人有共同的口腔物种。这是因为，正如Segata、Valles-Colomer和他们的团队所发现的那样，传播的唯一最重要的决定因素是在一起的时间。住在同一屋檐下的人分享的菌株最多，但即使是住在同一个村庄的人也往往比相隔较远的人有更多的共同菌株。菌株共享的频率在不同社会中是一致的，但该团队确实证实了之前的发现，即非西方化国家的人往往拥有更多样化的微生物群。
研究人员还发现，随着时间的推移，共同持有的菌株可能会丢失。一起长大的双胞胎有大约30%的水平，在分开生活30年后下降到10%左右。
Segata认为，大多数其他共享物种的品系也可能来自其他人 - 主要来自朋友或同事等亲密接触者，但也可能来自我们遇到的人，更短暂和随意。（然而，宠物可能不是大的贡献者：Segata说，动物大多拥有通常不会在我们身上定居或持续存在的微生物物种。
这些发现是迄今为止最有力的证据，表明我们与与我们相处时间最长的人共享部分微生物组。作者能够在全球范围内看到这种传播模式，而不仅仅是在单个人群中，这一事实是“惊人的”，康奈尔大学生物医学工程副教授Ilana Brito说。她补充说，这些数据集非常嘈杂，在这些不同的生物体中发生了许多突变。但该团队成功地发现了“噪音中的信号”。
目前尚不清楚微生物组生物如何在人与人之间传播。接吻和性行为解释了其中的一些原因，但微生物也可以通过咳嗽和打喷嚏喷出的飞沫传播，或者可以从受污染的表面捡起。关于哪些微生物比其他微生物更容易传播，还有很多东西需要了解。回答这个问题对于理解微生物组生物可以传播的想法的含义至关重要。
传播健康或疾病
现在，共享的程度已经揭示了独特微生物的分布模式，我们可以研究疾病中发生的事情。“从这个意义上说，我认为这项工作真的很重要，”克莱门特说。
一些通常不被认为是传染性的疾病可能具有被忽视的传染性。芬利说，研究发现，许多患有不会在人与人之间传播的疾病的人的微生物组似乎“搞砸了”。
例如，一些大肠杆菌菌株可能会释放可能增加患癌症风险的毒素。患有某些结直肠癌的人，其微生物组含有更多的梭杆菌属，往往预后较差，治疗结果更差。影响体内葡萄糖和胰岛素水平的肠道微生物与肥胖和代谢综合征甚至2型糖尿病等疾病有关。不平衡的肠道微生物组与神经变性有关，理论上它可能在阿尔茨海默病等大脑疾病中发挥作用。
生活在人类肠道微生物组中的无数生物种类包括细菌Fusobacterium nucleatum，古细菌Methanobrevibacter smithii，细菌Verrucomicrobium spinosum和细菌Escherichia coli。
“如果这些疾病至少部分依赖于微生物组，然后微生物组至少部分传播，那么这些疾病至少部分传播，”Segata说。
但是“了解某种微生物组导致[疾病]风险的数量，这是一个困难的问题，”克莱门特说。即使是大多数发现这种关联的研究也无法区分微生物是否会导致这种疾病，或者只是发现更容易定植一个有疾病风险的人。
如果增加非传染性健康问题风险的“坏”微生物可以在人与人之间传播，那么理论上降低这些风险的“好”微生物也可以传播。一些研究表明，微生物可以保护哮喘和过敏等疾病，尤其是在早期生活中。故意分享健康的微生物组片段，例如通过粪便移植，已被证明在治疗某些疾病和感染方面取得了惊人的成功，如艰难梭菌。
我们进化到维持我们的微生物种群，因为我们从中受益匪浅，科克大学和APC微生物组爱尔兰生态学，食品和微生物组教授Jens Walter说。这就是为什么沃尔特不相信我们共同的微生物可能导致疾病的假设，并且更多地被相反的想法所吸引，有时被称为“老朋友”或卫生假说。它提出，在整个进化过程中，我们的微生物组可能有助于训练我们免疫系统的反应。因此，现代抗生素和防腐剂使用的增加以及我们更高的总体清洁度可能会改变微生物组的组成，并为我们带来更多的健康脆弱性。
与一个世纪前相比，“我们绝对不会在当今世界更容易传播微生物，”沃尔特说。炎症性肠病，多发性硬化症，类风湿性关节炎和1型糖尿病 - 所有这些都被认为是免疫疾病而不是传染病 - 在倾向于广泛使用抗生素和防腐剂的西方社会中更为普遍。
共享的有益或有害影响可能取决于共享哪些物种和菌株，这仍然有点黑匣子。布里托说，我们还应该考虑到，影响我们健康的可能不是我们微生物组中的单个生物，而是它们一起传播的社区。某些生物在一种社区环境中可能比另一种社区更重要。
Segata，Valles-Colomer和他们的团队在他们的研究中只分析了健康个体，但在他们正在进行的研究中，他们正在将他们的宏基因组工具应用于疾病患者的数据集，看看这些发现是否阐明了健康与微生物组之间的联系。
他们目前还从三个日托中心抽取数据 - 来自婴儿及其父母，兄弟姐妹，宠物和老师。研究人员希望弄清楚微生物是如何传播的，以及特定的肠道和口腔微生物在人与人之间跳跃需要多长时间。
追踪微生物组生物的传播长期以来一直被忽视，因为“我们认为它不会对我们的健康产生如此大的影响，”Valles-Colomer说。现在我们有了探测微生物组的技术，“我们看到它几乎与任何疾病有关。
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