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为我们的肠道菌群建一艘诺亚方舟

粪便样本准备在培养皿中进行分析。 swissinfo.ch

在我们人体的肠道中生活着数十亿的病毒、细菌和其他微生物,它们的存在对我们的健康起着不可或缺的作用,医学人员更是看重它们的重要性。现在科研领域正在开展一个项目,旨在建立一个全世界范围的微生物库。而这个存放各类微生物的保险库将设在瑞士。

此内容发布于 2022年06月11日 - 09:00
文字和视频克里斯蒂安·拉夫劳布, 米歇尔·安迪纳

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巴塞尔大学医院实验室的测序机器人分外忙碌,它正在同时对几十个粪便样本中细菌的遗传信息进行分析。这些被装在小管子里送到实验室的样本来自从印度回来的游客。

“我们得到来自世界各地的样本,”Adrian Egli说。这位医学博士是临床细菌学和真菌学部门的负责人,目前正在为国际项目“微生物库”(The Microbiota Vault外部链接,英)开展第一阶段的工作。

有了这样的机器人,样本就会被测序,从而变得可读。 swissinfo.ch

用最简单的话总结这一项目,就是将全球微生物群,即将所有的微生物编成某种形式的档案,然后为后人妥善保存,目前阶段以人类的微生物群为主。

人类的肠道菌群对我们的健康和心理有着很大影响。但由于城市化发展和严重的环境变化,微生物的多样性在全世界范围内都受到了威胁。

>> 我们前往巴塞尔大学医院实验现场,请观看视频:

Egli博士希望能通过这些印度样本中的微生物,更好地了解肠道中的细菌结构变化,以及这种变化与抗生素耐药性的扩散之间的关联。从亚洲归来的旅行者的这些样本中,还可能含有对抗生素有多重抗药性的细菌,这些细菌或许会对我们构成威胁。

肠道菌群影响着我们的健康,并能显示出一个人的健康状况。一个成年人身上有数百种细菌,重量可达2公斤,在很大程度上影响我们的新陈代谢。“微生物库”项目的目的在于让我们更好地了解这些错综复杂的关联。

外部内容

一个粪便样本中就有上亿的微生物,但很少的几克就足以用来进行测序。“我们将这些粪便样本分成小份,并在不同的温度下将其冷冻,”Egli说。这样就可以进行比较,找到最适合某种样本的种储存条件。

维护多样性

自从2014年科普书籍《魅力大肠》(Darm mit Charme)走俏之后,微生物对人体健康的重要性开始引起人们的注意。

我们的肠道里生存着数十亿微生物,它们不仅帮助我们消化食物,还在我们体内起着各种令人难以置信的作用,例如,帮助我们吸收维他命或刺激免疫系统。

我们的身体通过化学反应吸收营养,根据专家的介绍,只有一部分化学反应是直接在我们体内发生的,许多是通过微生物引起的化学反应。

此外,只有肠道中存在足够的微生物群,我们的免疫系统才能正常运转。肠道中的微生物群越多样,我们也就越健康。拥有多样化微生物群的人是一个健康的人。

巴塞尔大学医院的生物医学家Adrian Egli,是临床细菌学/真菌学部门的负责人。 swissinfo.ch

类似于针对植物建立的高山植被种子库“Svalbard Global Seed Vault外部链接”项目,非营利项目“微生物库”的目标是尽可能收集到存在于人类和动物体内的所有微生物,然后进行归类整理。

此外,还有来自发酵食品的微生物,医学工作者希望从这些微生物中也能获得某些认知,尤其是乳酸菌,据说对健康非常有利。

负责项目初期工作的微生物库倡议发起人Dominik Steiger说:“微生物群的多样性正在面临威胁。”

团队

在这个跨学科的项目指导小组中,除了Dominik Steiger和Adrian Egli,还有另外两位专家:洛桑大学的Pascale Vonaesch和苏黎世联邦理工学院的Nicholas Bokulich。

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作为威胁到微生物多样化的原因,他列举了人们生活方式的变化,比如城市化、全球化、社会生活条件的快速改变以及生态系统的变化,气候变迁或被破坏的自然环境也包括在内。

所有这些因素令我们肠道中的微生物组变得越来越单一,Steiger说:“当我们刚刚开始知道微生物群的重要性时,却面临失去其多样性的风险。这就是为什么现在必须采取行动的原因。”

微生物保险柜

伯尔尼大学的Andrew Macpherson也强调了时间的紧迫性。他正在从事微生物与人类之间相互作用的研究。虽然Macpherson并未直接参与这个项目,但他认识所有参与这个项目的人。

“如果我们想做点什么,那必须是现在。所以我完全支持这个项目,我已经与创始团队和一些现任工作人员讨论过这个项目,”他说。

“当我们刚刚开始知道微生物组的重要性时,却面临失去其多样性的风险。”

Dominik Steiger,“微生物库” 项目负责人

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该项目目的是维护和收录世界微生物群的多样性,以便更好地进行研究。Steiger认为,重要的是穷国和富国联合建立一个“公平和互利”的系统。

这意味着,不仅是瑞士的研究人员在收集、测序和收录样本,还与国际专家合作,纳入已存在的资料库,并继续延展。

Steiger说:“我们项目的特别之处在于,所有将样本存放在我们这里的人对他们的样本依然拥有主权,我们的形式类似于托管服务。”

瑞士被选中

这个项目的想法来自一个国际微生物群研究小组,他们在《科学》杂志上发表了一篇相关文章。他们首先进行了可行性调查,将各种可能的存放地点做了对比,最后决定选择瑞士作为“微生物库”的存放地。

但Steiger强调,地点的选择并不是最重要的,该项目是由美国新泽西州罗格斯大学、瑞士联邦理工学院以及巴塞尔大学、洛桑大学的研究人员共同合作,于2021年底在瑞士启动。

“该项目对瑞士来说也是一次难能可贵的机会。”

Adrian Egli,医学工作者

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来自世界各地的发起人-包括两位诺贝尔奖得主-筹集了一百万瑞郎。最大的捐款来自四个基金会(格贝特-鲁夫基金会、塞拉弗基金会、洛克菲勒基金会、橡树基金会)。

巴塞尔大学医院的Egli说,这样一个跨几十年时间维度的项目,选址在在一个稳定和中立的国家尤为重要。另一方面,还必须拥有描述这些样本的技术方法和其他可能性。同时,“该项目对瑞士来说也是一次难能可贵的机会”。

微生物群样本被储存在这样的冰柜里,以备后世之需。 swissinfo.ch

实验室内

而且我们还能追踪那些已经储存起来的样本的情况。一名工作人员打开了一个巨大的冰柜,里面保持着-80°C的恒温,在这样的低温下工作,必须高速和安全,否则皮肤会受到损害。

“就算是细菌也不能直接冷冻,否则它们会死掉,”Egli表示。结晶会破坏细菌细胞,在“微生物库”项目中,要在细菌中加入特殊的防腐剂,以便它们能够在深层冷冻过程中存活。

那么这样的样本储存,其安全和质量如何保障?在漫长的储存期中,难道不存在污染或演化的风险吗?按照Egli的说法,这就需要用国际公认的标准化方法,尽可能精确地对样本进行描述,以便明确一个样品是否可能含有抗生素对抗性或毒素;危险的病原体必须单独冷冻。

微生物库项目的质量保证还包括检查储存样本的成分是否会发生变化,因为样品在冷冻过程中仍可能产生变化。因此,应事先精确记录样本中细菌的多样性,并在解冻时用同样的方法来确定是否出现任何变化。

因此样本的清晰描述是该项目的一个核心要素。“全世界范围内使用统一的词汇可谓至关重要,”Egli说,“就像做笔记,我不能一会儿用法语,一会儿又用德语写。”

从长远来看,预计超过10万个样本有可能被储存在瑞士阿尔卑斯山的一个旧军事掩体中。“然而,这还需要大量的投资,至少需要几年时间才能实现,”Egli说。

对肠道细菌研究的认可

来自伯尔尼大学和伯尔尼大学医院的三名研究人员被授予辉瑞奖,他们的科研项目展示了我们的肠道细菌如何促成抗体的形成。

辉瑞奖是瑞士最重要的医学研究奖之一。每年在五个领域接受独立科学委员会的委托颁发该奖项。

(来源:伯尔尼大学)

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(译自德文:杨煦冬)

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