医院太干净,反倒更危险?为了婴儿健康,他们打算向医院投放细菌……



科学家希望研究细菌的传播途径,以此减少人体与细菌接触的可能,但深入研究却发现过分清洁并不是一件好事。相比之下,我们更需要合理的微生物平衡。


撰文丨埃德 · 扬(Ed Yong)

翻译丨郑李



我们与鬣狗、大象和獾一样,会把细菌的气味释放到周围的空气中。与此同时,我们也在释放细菌本身。我们每触摸一件东西,就会在上面留下微生物印记。我们每次走路、谈话、刮擦物体表面、搅动什么东西或者打喷嚏,都会向周围释放一团带有个人特色的微生物。每个人每小时大约会喷出3700万个细菌,这意味着我们的微生物组不仅处于身体内部,还会不断地扩散到周围的环境中。我包罗万象,但也只“包罗”了一部分,剩下的像鲜活的光环一般围绕着我,延伸进周围的世界。


杰克·吉尔伯特(Jack Gilbert)是一位生态学家,为了分析这些“光环”,他擦拭了家里的开关、把手、厨房料理台、卧室地板,还有他自己的手、脚和鼻子。他每天都这么做,已经持续了6个星期。他还招募了另外6组家庭,包括单身人士、夫妇和带小孩的家庭。这项名为“家庭微生物组计划”(Home Microbiome Project)的研究表明,每个家庭都有自己独特的微生物组,其中的大部分组成来自居住其中的每个人。他们手上的微生物会附着在开关和把手上,脚上的微生物会覆满地板,皮肤上的微生物则蹭到了厨房台面。所有这一切都以惊人的速度发生。其中3名自愿者在研究过程中变更了住处,而他们的新住所也迅速继承了老房子里的微生物特性,即使仅仅换去酒店也是如此。在进入新地方的24小时内,我们便用自己的微生物覆盖了这些地方,把它们变成自身的映射。当别人试图让你觉得“宾至如归”时,你其实没什么自主权,因为微生物会首先制造一个“家”。


吉尔伯特想要了解这些现象。他想成为全人类的人体边检员,想确切地知道哪些微生物进入了我们的身体(以及它们是从哪里来的),又有哪些微生物离开(以及它们要去哪里)。但人类本身让他很难开展这项工作。我们与许多不同的对象打交道,与不同的人交流,去到许多地方。所以,要追踪任何一个特定微生物的路径,简直是场噩梦。“我是一名生态学家,我想把人类当作一个岛屿来试验,”他说道,“但我不能这么做。我提出了一个试验建议,要求把一些人锁在一个空间里6个星期,但机构审查委员不允许我这么做。”这就是为什么他后来转而去研究海豚。



水族馆的启示


我们来到美国谢德水族馆(Shedd Aquarium)的海豚展览区。这是一个大水箱,上面覆盖着人工岩石和树木。穿着黑蓝色潜水衣的教练杰西卡坐在水中,她用手拍打着水面,只见一头名为萨谷(Sagu)的太平洋白海豚游了上来。它很听话:当杰西卡掌心向下往两旁挥动时,萨谷会打个滚,露出乳白色的肚皮。工作人员靠近它,用棉签擦了擦萨谷的腋下,然后封在一根管子里,递回给吉尔伯特。


“我们一直对海豚的气孔、粪便和皮肤取样,”杰西卡告诉我,“做气孔取样时,我会把它的头放在我的手上,把一块琼脂板搁在气孔上,然后戳戳海豚,强制让它呼气。采集粪便样本时,我会让它们翻转过来,从肛门处插入一个小橡胶导管,然后再抽出来。”


他每天都这么测量,一直重复了6个星期。他表示:“它们是真实的动物,与自己真实的微生物组一起生活在真实的环境中,我们已经为这些环境中所有的微生物,以及它们与微生物之间的互动编目。”这应该能够为他提供一个前所未有的视野,可以观察动物体内与外界所有微生物之间的联系。


水族馆正在开展多个类似的项目,并收取一定费用以改善动物的生活条件。谢德负责动物健康方面的副主管比尔·范·波恩(Bill Van Bonn)告诉我,海洋馆共有约1360万升水,之前每三小时就要通过一个维持生命的循环系统进行清洁和过滤。“你知道推动这些水循环需要耗费多少能量吗?为什么我们要这样频繁地操作?因为我们需要维持水体干净,这绝对是最好的保障,”他接着说,“但是我们退了几步,只净化了一半的水。你猜怎么着?什么都没发生!实际上,水的化学状况和动物的健康状况还反而得到了改善!


波恩怀疑,他们在追求高度清洁的道路上已经走得太远。过度清洁会导致水族箱环境中的微生物被剥离,无法形成一个成熟、多样的微生物菌群,并为海藻或其他有害物种创造了生存机会这听起来很熟悉不是吗?因为抗生素给医院病人肠道带来的影响也是如此。它们破坏了原生的微生物生态系统,并允许梭菌等与其相抵触的病原体代替原有的微生物大量繁殖。在这两种环境中,消毒成了灾难而非目标,一个多元化的生态系统要优于贫瘠的生态系统。无论我们谈论的是人类肠道还是水族箱,甚至是医院,这些原则都同样适用。



医院不必过分清洁?


随后,我们又前往了芝加哥大学医学院的临床和科研中心(Center for Careand Discovery)。该医院于2013年2月正式开放,在此之前,吉尔伯特的学生西蒙·莱克斯(Simon Lax)带领一队研究人员穿过空荡荡的走廊,手里拿着一袋棉签和医院楼层设计图。他们扫过分布于两个楼层的十间病房和两个护士站:其中一层楼提供给从非紧急的选择性手术中恢复过来的病人使用,他们通常只在这里短暂停留;另一层楼则提供给长期住院的病人,例如癌症和器官移植等。但没有一个房间有人居住。这里唯一的居民是微生物,也是莱克斯团队想要收集的对象。


他们擦拭了还没有被人踩过的地板,崭新的、闪闪发光的床栏和水龙头,以及折叠得平平整整的床单。他们也从灯的开关、门把手、通风口、电话以及键盘等处收集样本。最后,他们为房间安装数据记录器,测量光强、温度、湿度和空气压力,还有自动记录房间是否被占用的二氧化碳监视器,以及探测人们何时进入或离开的红外传感器。医院正式开放后,该团队仍在继续工作,每周从房间和住在里面的患者身上收集更多样本。


正如其他人为新生婴儿正在发育的微生物组编目一样,吉尔伯特第一次为一座新建成大楼中正在形成的微生物组编目。他的团队忙于分析数据,以了解人类的存在如何改变大楼中微生物的特性,以及环境中的微生物是否已经流回到环境中的人身上。这些问题在医院环境中显得尤其重要。因为在那里,微生物的流动可以攸关生死,甚至会造成大量死亡。在发展中国家,大约有5%至10%入住医院或其他医疗机构的人,会在住院期间受到不同程度的感染。他们反而在那些意图让自己变得更健康的地方得了病。仅在美国,每年会发生大约170万起与此相关的感染,以及9万起死亡事件。这些感染背后的病原体从何而来?水?通风系统?受到污染的设备?医院工作人员?吉尔伯特打算找出答案。他的团队积累了庞大的数据量,应该能允许他跟踪病原体的流动,例如从灯的开关到医生的手,再到病人的床栏。他应该能够通过这项研究制定出一些方案,以此来减少危及生命的病菌流通。


早在19世纪60年代,约瑟夫·李斯特就在他的医院中启用了无菌技术,制定清洁制度,帮助遏制病原体的传播。诸如洗手这样的简单措施,这无疑拯救了无数生命。但正如我们过度使用不必要的抗生素,或者恨不得把自己浸泡在抗菌消毒液中一样,我们过度清洁了所在的建筑物,甚至是医院。例如,美国一家医院最近花了大约70万美元(约合447万人民币)来安装铺有抗菌物质的地板,尽管没有证据表明这些措施会奏效。正如海豚水族馆和人类的肠道,也许拼命地对医院进行消毒,会使得建筑物中的微生物组生态失调。也许,我们驱除了阻止病原体生长的无害细菌,无意间构建起了一个更危险的生态系统。


“我们需要引入一些良性的或不常与周边物件发生反应的微生物,只是增加物件表面的多样性。”吉尔伯特的另一位学生肖恩·吉本斯(Sean Gibbons)补充道:“多样性是好事。”太讲卫生反而可能导致多样性的丧失。通过对公共厕所的研究,吉本斯发现,彻底清洁消毒过的厕所首先会被粪便中的微生物定植,接着,这些微生物会通过冲厕所的水流回到空气中;然后,这些微生物物种因为竞争不过周围环境中种类丰富的皮肤微生物而变少;但是,一旦厕所再次经过清洁,微生物会被重新洗牌,粪便细菌又会占据高地。讽刺的地方就在于此:太过频繁地清洁厕所,更有可能被粪便里的细菌覆盖。



主动引入细菌


我们一直试图从建筑物和公共空间中排除微生物,但也许是时候欢迎它们光临了。其实我们无意间已经欢迎过。居住在俄勒冈州的生态学家杰西卡·格林(Jessica Green)是工程师出身。2014年,格林的团队参观了一栋闪亮而崭新的大学建筑,利利斯会堂(Lillis Hall)。他们从300个教室、办公室、卫生间等场所收集灰尘样本。分析表明,许多设计会影响灰尘中的微生物,比如房间的大小、房间之间的连通关系、被占用的频率,以及通风方式。几乎每种建筑设计选择都会影响建筑物中的微生物生态,从而影响我们自身的微生物生态。或者,正如温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)说过的:“我们塑造了建筑,而建筑也塑造了我们。”


格林认为,通过她口中的“生物信息化设计”(bioinformed design),我们可以控制这个过程。也就是说,我们可以塑造建筑物,从而选择与我们共同生活的微生物。同样,我们可以在其他领域看到类似的实践:农民可以在田垄边缘种一排野花,从而增加授粉昆虫的数量。格林希望开发出类似的建筑设计窍门,从而提高有益微生物的多样性。她表示:“未来十年内,建筑师就可以实践我们的研究结果。”


吉尔伯特同意她的想法,而他有着更宏伟的计划:他想在建筑物内“播种”细菌:不是直接喷洒或涂抹在墙壁上,而是裹在工程师拉米勒·沙阿(Ramille Shah)设计的微型塑料球体内她会用3D打印机制作一系列小球,小球上密密麻麻地分布着微小的裂缝和凹点。吉尔伯特会把小球浸泡在有益的细菌以及滋养细菌的营养液内(比如帮助纤维消化、减轻炎症的梭状芽孢杆菌)。这些细菌之后会转移到与小球产生互动的人和其他东西上。吉尔伯特正在用无菌小鼠进行测试,他想看看细菌在小鼠笼子里是否能保持稳定,是否能真的转移到玩球的啮齿动物身上,并在这些新宿主身上安家,帮助它们治疗炎症性疾病。如果这么做有效,吉尔伯特会进一步扩大尝试范围,比如在办公大楼或医院病房测试微生物球。他设想把这些小球捆到新生儿特护病房的病床上,“让婴儿身处丰富的微生物生态系统,这个微生物环境是为了有益于婴儿而特别设计的。”他补充道,“我也想设计可以3D打印的牙胶。能够想见孩子们玩这些玩具的场景吧。”


这些球体提供了另一种摄入益生菌的有效方式,并不是通过酸奶,而是通过动物身处的环境来传递有益的微生物。“我不想把微生物放在食物里或灌进食道中,”他说道,“我想让微生物与动物的鼻膜、嘴和手互动。我希望后者以更自然的方式体验微生物组的存在。”


“我想给它们起名为‘生物球’(bioballs),”他补充道,“或者叫‘微球’(microballs)。”我告诉他,微球可能不是个好名字,他偷笑了一下,表示同意。


我们可以看到微生物几乎无处不在,而且十分重要。我们目睹它们如何形塑我们的器官,保护我们免受毒素和疾病的侵扰,帮助我们分解食物,维护健康,校准免疫系统,引导行为,并把它们的基因融入我们的基因组。我们可以看到,动物必须保持体内所包罗的万象的微妙平衡,因为从免疫系统的生态管理者到使母乳含有喂给细菌食用的人乳低聚糖,它们都在其中担任了重要的角色。当微生物的制衡关系遭到破坏,我们可以看到可能的后果:珊瑚礁的褪色衰亡、肠道发炎、身体发胖。


而与此同时,我们也见证了和谐共生关系所能给予的回报:为我们而开放的生态机遇,也让我们加快演化的步伐去把握这些机遇。我们可以看到,人类开始控制这些菌群为自己的利益服务,我们能够把整个菌群从一个人移到另一个人身上,依据自己的愿望制造或者打破共生,甚至炮制出新的微生物。




本文节选自埃德 · 扬的《我包罗万象》。在人类的生活史中,微生物常常隐而不现,只有当我们被因它们而起的疾病击倒时,才猛然意识到微生物的存在。因此,人们常常给微生物冠以恶棍之名,直到今天仍然容易谈菌色变。可事实上,在我们的生命历程中,微生物不仅从未缺席,而且必不可少。

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