你还相信人体细菌比细胞多吗?看看科学家的最新研究

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「人体内细菌数为细胞数的 10 倍」,这个流传已久的说法要被淘汰了,近日研究指出,两者比应近似于一比一,而非十比一。

根据 Nature 1 月 8 日的报导,来自以色列的 Ron Milo、Ron Sender 及加拿大的 Shai Fuchs 3 名研究员挑战了这项迷思。一个 70 公斤重、170 公分高、20~30 岁的「模板人」,其体内平均含有 30 兆个细胞和 39 兆只细菌。当然这里有颇大的变异,包含不同性别、年龄和体脂肪差异。数值甚至会翻转,细胞变为细菌的两倍──但远低于原先假设的 10 倍。这个结论发表在 bioRxiv,此网站收录学术期刊出版前的未定稿本。

那幺这项迷思又是从哪里来的呢?让我们回头看看先前的论文。作者表示,上千次的论文引用皆可追溯至 1977 年一篇微生物的年度回顾文。其中提到:一个正常的人,体内含有 100 兆个细胞,而只有十分之一是真正的人体细胞,其他是真核或原核的微生物们。有趣的是,这个结论其实源自最早 1972 年的文献。1972 年微生物学家 Thomas Luckey 利用简便计算法(back of the envelope estimate) ,估算出每克的消化道内容物约有 1011 只细菌,乘以消化道内体积(Luckey 假定从口腔至肛门为 1 公升,转为质量为 1,000 公克),而得出全身上下约有 1014 只细菌。那时普遍认为的人体细胞为 1013 个,所以是十比一。本篇作者形容,这项估算被「优雅地执行,但作者一定没预料到几十年之后会被广泛引用」。

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但科学研究总是踩在前人头上,还必须望得更高。3 名研究员认为这数据十分不精準,于是他们重新检验,将器官按照细菌浓度多寡排列名次。由于大肠内体积大于第二名的牙菌斑,所以浓度与体积相乘之后,菌数是牙菌斑的 100 倍,大肠荣登冠军并获得研究员唯一注目。透过 X 光、解剖及核磁共振扫描等方法,得「模板人」之肠内体积平均为 409 ml(≒0.41L)。而目前最常用于测大肠细菌浓度的方式为检验乾燥粪便样本。透过直接计数、特殊染色及杂合法,经过乾湿转换而得出每克潮湿粪便共有 9×1011 只菌。全身上下近似于 0.41×9×1011=3.9×1013 只菌,庞大工程也就进行一半了。接着是人体细胞数的估算。

较早的细胞估算是以 25g 的老鼠,其全身的 DNA 总重除以一个细胞的 DNA 重,再用人鼠体重等比放大得到约为 1013 个细胞。但这样的方法排除了不含 DNA 的细胞,如红血球。而更细緻的操作,2013 年来自义大利博洛尼亚大学的 Bianconi,运用组织学的方法,将薄壁细胞和基质细胞都算了进来。全身共 56 种细胞,其中 6 种囊括了全部数量的 97%,依序是红血球(70%)、神经胶质细胞(8%)、内皮细胞(7%)、真皮纤维细胞(5%)、血小板(4%)和骨髓细胞(2%),而本篇作者依此比率以更精确的方法更新了前 4 项的细胞数。统整所有的计算后,全身细胞共有 3×1013 个,因此细菌比上细胞数为 1.3:1,推翻了十比一的假说。1972 年 Luckey 的研究,由于大部分细菌居住在大肠(体积只有 0.4 公升),Luckey 将细菌浓度乘上了 1 公升,因此高估了菌数。

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看到最后你会想,那这个研究做来到底有啥功用咧?作者们两手一摊,承认它的确在生物学上没有太大意义。但还别转台!2015 年的一篇论文提到,了解体内不同组织的细胞数,可以做为研究不同组织的癌症风险指标。伟大的研究也不都建立在看似最无聊、最没意义的观察上吗?研究者深信,良好的实验是奠基在严谨的数据之上,另外,从简便计算法进化到更细緻的估算法,对进行量化研究的生物学家来说会是一个启发。「还有什幺地方比人体更棒,可以用来进行量化研究的呢?」作者说。「如此一来,我们就可以履行阿波罗神庙大门上的那句箴言──认识你自己。」

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