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可以毫不夸张地说，我们已经进入了“基因时代”。10年之前，当人类基因组计划的草图完成时，整个世界都为之轰动一一“生命密码”已经被破译，人类对自己的认识将愈发深刻。当科学家们以为人类所有的健康问题都将迎刃而解的时候，更多的事实却悄悄指向了一个被我们忽视的领域——肠道菌群。人体肠道微生物群落基因组中蕴含的更加丰富和重要的信息，或许才是揭开人体健康奥秘的终极密钥。
海量信息载体
如果说，人类基因组蕴含着大量的信息，那么肠道微生物基因组的信息就是“海量”的。一个健康的成年人肠道内正常的微生物基因数量约为300多万个，大约是人类基因组基因数量的100多倍——如此海量的基因能够帮助肠道微生物适应多变的环境。
肠道微生物是我们身体不可或缺的一部分，换言之，完整的人类基因组，即宏基因组，应该包括当前已经破解出的人类基因组部分以及嵌入在人体中的肠道微生物基因组部分。为了区别于人类自身的基因组，诺贝尔奖获得者约书亚·莱德伯格曾经建议用“微生物组”来定义人体内肠道微生物基因组的集合。
为了理解这部分重要信息，2008年1月1日，欧盟启动了迄今为止最大规模的肠道细菌基因研究计划——“人类肠道宏基因组计划”，该计划联合了国际顶尖的科研团队，对人类肠道中的细菌进行一次全面的“基因普查”。 经过两年的努力，科学家取得了很多重要的研究进展。2010年，学术期刊《科学》与《自然》几乎同时发表了关于肠道菌群方面的重要研究成果。科学界正在慢慢揭示我们与肠道微生物的关系，使我们逐渐清晰地了解肠道菌群帮助人体维持健康的机制。
互帮互助
一直以来，我们都认为是人类自己的身体在帮助微生物存活。确实，我们的肠道满足了肠道微生物生长和繁殖所需要的各种生理条件，甚至是一些比较苛刻的条件，比如天然的无氧环境。在我们肠道里生活的微生物绝大多数是专性或兼性厌氧微生物，他们的生长和繁殖需要自然界中很少见的厌氧环境，肠道生理特性可以为肠道微生物，特别是专性厌氧微生物创造出适宜的生存环境。即使有少量的氧气随食物颗粒混进肠道，也会被肠道上部的好氧菌和兼性菌所耗尽，加之肠壁对氧气的不通透性，从而形成了后肠天然的厌氧环境，满足了后肠专性或兼性厌氧微生物发酵所需的厌氧要求。另外，肠道也提供了保证微生物生存的充足的营养物质以及恒定的温度等。
但是，小小的微生物在自我生存的同时，也给予人类巨大的帮助。
人出生时的肠道几乎是无菌的，出生后的3～4小时，肠道菌群开始繁殖。刚开始的几天，细菌群落组成还比较单一，随着时间的增加，细菌组成逐步趋于复杂化。这些肠道微生物能够促进早期肠道的发育，并帮助肠道建立起完善的免疫功能，因此对新生儿尤为重要。
肠道微生物的一个主要功能就是帮助我们消化人体器官所不能消化的一些物质，比如纤维素、半纤维素、果胶、抗性淀粉等植物多糖，如果你以为这些东西都是我们自己消化的，那就大错特错了，人类自身没有消化酶来降解这些多糖，而这些多糖却是肠道微生物主要的可利用物质。肠道微生物在肠道内将多糖降解成单糖和短链脂肪酸，为宿主提供可以再次吸收和利用的额外能量，扩大了宿主可利用原料的范围，提高了能量利用效率。人体内以碳水化合物为来源的能量，有10％～15％都依赖于肠道细菌的酵解。因此，肠道微生物可以影响甚至在一定条件下决定宿主的能量吸收。人体供应多糖的多样性与肠道微生物利用多糖的可控性保证了人体和肠道微生物能够达到微妙的统一和谐，能够根据食物的变化来调整代谢方式，进行能量重新分布，最大限度地保证肠道内正常菌群在食物变动中不发生本质的变化。
肠道微生物群落及其基因组的存在，代替了部分人类自身没有进化出的遗传和代谢功能，从而弥补人类某些生物学缺陷，确保宿主的利益；同时，它们通过这些途径来适应环境，保障自己的利益最大化，维持了肠道生态系统的稳定性。
肠道微生物与人类共同进化
肠道微生物与人类的这种小默契，是在漫长的进化过程中，二者互惠互利所形成的，比较基因组学发现了这一互惠共生关系是宿主和肠道微生物之间强烈选择和协同进化的结果，可以说是一种利益组合体。
曾有一项基因数据库的调查表明，在不同种类的哺乳动物体内存在不同的细菌亚种，而这些亚种来自共同的祖先。这就说明，在很早的时候，这些细菌就与哺乳动物形成了共生体系，随后进化出的不同亚种，是其与宿主共同进化的结果，而互利共生的生活方式有利于加速进化。
宿主对微生物的选择主要通过两个手段，一个是肠道切应力，一个是肠道免疫应答。前者指的是肠道运动和食物流动产生的切应力，这种力量可以将肠道内容物排出体外；而后者则是指肠道通过建立一系列抗原识别、捕获、传递和加工处理等免疫应答机制，有效地将异体抗原排出体外。这两种方式都可以对肠道中各种微生物进行选择，有一些肠道微生物进化出多种改变自身基因组的“工具”，赋予自身特别的能力，以抵御肠道切应力和肠道免疫应答的选择作用，适应这两种机制，从而免遭“淘汰”。比如，有些肠道微生物会附着于食物颗粒、脱落的上皮细胞及肠道表面，这些地方可以抵御一定强度的切应力；还有些肠道微生物在与宿主协同的进化过程中，进化出一套适应宿主切应力选择的特殊机制，于是肠道产生的切应力不但不会降低其附着作用，反而会提高其附着。而逃避肠道免疫应答的机制则较为复杂，至今人们尚未完全揭示出肠道免疫系统对肠道微生物产生免疫耐受的机制。
在宿主对肠道微生物进行选择的同时，肠道微生物并不总是处于被动地位，也在不断地对宿主进行选择。如果这种选择作用对宿主有利，就会增加宿主细胞的数量，随之带来了微生物自己生存环境的扩大，反之亦然。可见，协同进化的结果是不仅宿主获益，肠道微生物菌群的多样性也得到丰富，使肠道生态系统处于最佳的稳定状态。 总之，肠道微生物基因组的研究具有重要价值，不但可以帮助我们破解宿主与肠道微生物之间互惠共生关系的分子机制，更可以为人类自身的健康提供更多的信息。 (文章代码：101212)
[责任编辑]赵柠
海量信息载体
如果说，人类基因组蕴含着大量的信息，那么肠道微生物基因组的信息就是“海量”的。一个健康的成年人肠道内正常的微生物基因数量约为300多万个，大约是人类基因组基因数量的100多倍——如此海量的基因能够帮助肠道微生物适应多变的环境。
肠道微生物是我们身体不可或缺的一部分，换言之，完整的人类基因组，即宏基因组，应该包括当前已经破解出的人类基因组部分以及嵌入在人体中的肠道微生物基因组部分。为了区别于人类自身的基因组，诺贝尔奖获得者约书亚·莱德伯格曾经建议用“微生物组”来定义人体内肠道微生物基因组的集合。
为了理解这部分重要信息，2008年1月1日，欧盟启动了迄今为止最大规模的肠道细菌基因研究计划——“人类肠道宏基因组计划”，该计划联合了国际顶尖的科研团队，对人类肠道中的细菌进行一次全面的“基因普查”。 经过两年的努力，科学家取得了很多重要的研究进展。2010年，学术期刊《科学》与《自然》几乎同时发表了关于肠道菌群方面的重要研究成果。科学界正在慢慢揭示我们与肠道微生物的关系，使我们逐渐清晰地了解肠道菌群帮助人体维持健康的机制。
互帮互助
一直以来，我们都认为是人类自己的身体在帮助微生物存活。确实，我们的肠道满足了肠道微生物生长和繁殖所需要的各种生理条件，甚至是一些比较苛刻的条件，比如天然的无氧环境。在我们肠道里生活的微生物绝大多数是专性或兼性厌氧微生物，他们的生长和繁殖需要自然界中很少见的厌氧环境，肠道生理特性可以为肠道微生物，特别是专性厌氧微生物创造出适宜的生存环境。即使有少量的氧气随食物颗粒混进肠道，也会被肠道上部的好氧菌和兼性菌所耗尽，加之肠壁对氧气的不通透性，从而形成了后肠天然的厌氧环境，满足了后肠专性或兼性厌氧微生物发酵所需的厌氧要求。另外，肠道也提供了保证微生物生存的充足的营养物质以及恒定的温度等。
但是，小小的微生物在自我生存的同时，也给予人类巨大的帮助。
人出生时的肠道几乎是无菌的，出生后的3～4小时，肠道菌群开始繁殖。刚开始的几天，细菌群落组成还比较单一，随着时间的增加，细菌组成逐步趋于复杂化。这些肠道微生物能够促进早期肠道的发育，并帮助肠道建立起完善的免疫功能，因此对新生儿尤为重要。
肠道微生物的一个主要功能就是帮助我们消化人体器官所不能消化的一些物质，比如纤维素、半纤维素、果胶、抗性淀粉等植物多糖，如果你以为这些东西都是我们自己消化的，那就大错特错了，人类自身没有消化酶来降解这些多糖，而这些多糖却是肠道微生物主要的可利用物质。肠道微生物在肠道内将多糖降解成单糖和短链脂肪酸，为宿主提供可以再次吸收和利用的额外能量，扩大了宿主可利用原料的范围，提高了能量利用效率。人体内以碳水化合物为来源的能量，有10％～15％都依赖于肠道细菌的酵解。因此，肠道微生物可以影响甚至在一定条件下决定宿主的能量吸收。人体供应多糖的多样性与肠道微生物利用多糖的可控性保证了人体和肠道微生物能够达到微妙的统一和谐，能够根据食物的变化来调整代谢方式，进行能量重新分布，最大限度地保证肠道内正常菌群在食物变动中不发生本质的变化。
肠道微生物群落及其基因组的存在，代替了部分人类自身没有进化出的遗传和代谢功能，从而弥补人类某些生物学缺陷，确保宿主的利益；同时，它们通过这些途径来适应环境，保障自己的利益最大化，维持了肠道生态系统的稳定性。
肠道微生物与人类共同进化
肠道微生物与人类的这种小默契，是在漫长的进化过程中，二者互惠互利所形成的，比较基因组学发现了这一互惠共生关系是宿主和肠道微生物之间强烈选择和协同进化的结果，可以说是一种利益组合体。
曾有一项基因数据库的调查表明，在不同种类的哺乳动物体内存在不同的细菌亚种，而这些亚种来自共同的祖先。这就说明，在很早的时候，这些细菌就与哺乳动物形成了共生体系，随后进化出的不同亚种，是其与宿主共同进化的结果，而互利共生的生活方式有利于加速进化。
宿主对微生物的选择主要通过两个手段，一个是肠道切应力，一个是肠道免疫应答。前者指的是肠道运动和食物流动产生的切应力，这种力量可以将肠道内容物排出体外；而后者则是指肠道通过建立一系列抗原识别、捕获、传递和加工处理等免疫应答机制，有效地将异体抗原排出体外。这两种方式都可以对肠道中各种微生物进行选择，有一些肠道微生物进化出多种改变自身基因组的“工具”，赋予自身特别的能力，以抵御肠道切应力和肠道免疫应答的选择作用，适应这两种机制，从而免遭“淘汰”。比如，有些肠道微生物会附着于食物颗粒、脱落的上皮细胞及肠道表面，这些地方可以抵御一定强度的切应力；还有些肠道微生物在与宿主协同的进化过程中，进化出一套适应宿主切应力选择的特殊机制，于是肠道产生的切应力不但不会降低其附着作用，反而会提高其附着。而逃避肠道免疫应答的机制则较为复杂，至今人们尚未完全揭示出肠道免疫系统对肠道微生物产生免疫耐受的机制。
在宿主对肠道微生物进行选择的同时，肠道微生物并不总是处于被动地位，也在不断地对宿主进行选择。如果这种选择作用对宿主有利，就会增加宿主细胞的数量，随之带来了微生物自己生存环境的扩大，反之亦然。可见，协同进化的结果是不仅宿主获益，肠道微生物菌群的多样性也得到丰富，使肠道生态系统处于最佳的稳定状态。 总之，肠道微生物基因组的研究具有重要价值，不但可以帮助我们破解宿主与肠道微生物之间互惠共生关系的分子机制，更可以为人类自身的健康提供更多的信息。 (文章代码：101212)
[责任编辑]赵柠