你還相信人體細菌比細胞多嗎?看看科學家的最新研究

作者 | 發布日期 2016 年 02 月 01 日 10:36 | 分類 生物科技 , 科技教育 , 科技趣聞 follow us in feedly

「人體內細菌數為細胞數的 10 倍」,這個流傳已久的說法要被淘汰了,近日研究指出,兩者比應近似於一比一,而非十比一。



根據 Nature 1 月 8 日的報導,來自以色列的 Ron Milo、Ron Sender 及加拿大的 Shai Fuchs 3 名研究員挑戰了這項迷思。一個 70 公斤重、170 公分高、20~30 歲的「模板人」,其體內平均含有 30 兆個細胞和 39 兆隻細菌。當然這裡有頗大的變異,包含不同性別、年齡和體脂肪差異。數值甚至會翻轉,細胞變為細菌的兩倍──但遠低於原先假設的 10 倍。這個結論發表在 bioRxiv,此網站收錄學術期刊出版前的未定稿本。

那麼這項迷思又是從哪裡來的呢?讓我們回頭看看先前的論文。作者表示,上千次的論文引用皆可追溯至 1977 年一篇微生物的年度回顧文。其中提到:一個正常的人,體內含有 100 兆個細胞,而只有十分之一是真正的人體細胞,其他是真核或原核的微生物們。有趣的是,這個結論其實源自最早 1972 年的文獻。1972 年微生物學家 Thomas Luckey 利用簡便計算法(back of the envelope estimate) ,估算出每克的消化道內容物約有 1011 隻細菌,乘以消化道內體積(Luckey 假定從口腔至肛門為 1 公升,轉為質量為 1,000 公克),而得出全身上下約有 1014 隻細菌。那時普遍認為的人體細胞為 1013 個,所以是十比一。本篇作者形容,這項估算被「優雅地執行,但作者一定沒預料到幾十年之後會被廣泛引用」。

biorxiv.org

(Source:biorxiv.org

但科學研究總是踩在前人頭上,還必須望得更高。3 名研究員認為這數據十分不精準,於是他們重新檢驗,將器官按照細菌濃度多寡排列名次。由於大腸內體積大於第二名的牙菌斑,所以濃度與體積相乘之後,菌數是牙菌斑的 100 倍,大腸榮登冠軍並獲得研究員唯一注目。透過 X 光、解剖及核磁共振掃描等方法,得「模板人」之腸內體積平均為 409 ml(≒0.41L)。而目前最常用於測大腸細菌濃度的方式為檢驗乾燥糞便樣本。透過直接計數、特殊染色及雜合法,經過乾濕轉換而得出每克潮濕糞便共有 9×1011 隻菌。全身上下近似於 0.41×9×1011=3.9×1013 隻菌,龐大工程也就進行一半了。接著是人體細胞數的估算。

較早的細胞估算是以 25g 的老鼠,其全身的 DNA 總重除以一個細胞的 DNA 重,再用人鼠體重等比放大得到約為 1013 個細胞。但這樣的方法排除了不含 DNA 的細胞,如紅血球。而更細緻的操作,2013 年來自義大利博洛尼亞大學的 Bianconi,運用組織學的方法,將薄壁細胞和基質細胞都算了進來。全身共 56 種細胞,其中 6 種囊括了全部數量的 97%,依序是紅血球(70%)、神經膠質細胞(8%)、內皮細胞(7%)、真皮纖維細胞(5%)、血小板(4%)和骨髓細胞(2%),而本篇作者依此比率以更精確的方法更新了前 4 項的細胞數。統整所有的計算後,全身細胞共有 3×1013 個,因此細菌比上細胞數為 1.3:1,推翻了十比一的假說。1972 年 Luckey 的研究,由於大部分細菌居住在大腸(體積只有 0.4 公升),Luckey 將細菌濃度乘上了 1 公升,因此高估了菌數。

www.uvm.edu

(Source:Nature

看到最後你會想,那這個研究做來到底有啥功用咧?作者們兩手一攤,承認它的確在生物學上沒有太大意義。但還別轉台!2015 年的一篇論文提到,了解體內不同組織的細胞數,可以做為研究不同組織的癌症風險指標。偉大的研究也不都建立在看似最無聊、最沒意義的觀察上嗎?研究者深信,良好的實驗是奠基在嚴謹的數據之上,另外,從簡便計算法進化到更細緻的估算法,對進行量化研究的生物學家來說會是一個啟發。「還有什麼地方比人體更棒,可以用來進行量化研究的呢?」作者說。「如此一來,我們就可以履行阿波羅神廟大門上的那句箴言──認識你自己。」

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