[原創]小科普人體大數據之微生物篇：人體內有多少微生物

06-15

點擊標題下「大數據文摘」可快捷關注

大數據文摘原創，如要轉載，務必後台留言申請。

人體內約有50萬億細胞, 如果這個數字讓你吃驚的話, 那麼寄生在人體的微生物總量會讓你下巴大跌: 據不完全估計, 這個數量應該是人體細胞數量的10倍以上，至少有500萬億以上。這些微生物的基因總和約是人體基因量的200倍之多－而人體基因組的基因數量約2萬多。微生物細胞(不包括病毒)通常較小, 僅是人體細胞大小的十分之一到百分之一，但由於數量巨大, 其總重量可占成年體重的5磅之多。

這些微生物不僅數量巨大，而且種類巨多，從病毒、細菌，一直到真菌和真核生物(如導致瘧疾的瘧原蟲)。所有這些微生物組合在一起，構成人體微生物群系(Human Microbiome)，是現代生物醫學研究的一個重要領域。

很多人談菌色變，總認為細菌總給人體帶來災難，是不好的東西。其實99%的微生物是無害甚至有益的，只有不到1%是有害的，而有害的細菌中能夠真正致病的又是極少數。多數寄生在我們身體表面和體內的微生物是人體賴以生存的必需品，和人體是共生的關係。這些細菌可以幫助我們消化食物，產生某些人體必需的維生素，幫助調節我們的免疫系統，使我們保持健康免受致病細菌的侵害。

儘管只有極少數病原微生物對人體有害，但在抗生素誕生以前，人類的發展史卻是一部跟病原菌對抗的血淚史：天花，鼠疫，瘧疾，這些對現代人來說略感遙遠的名字，卻無不在人類的發展史上留下悲慘的一頁。

歷史上鼠疫有三次大流行，首次大流行發生於6世紀，起源於埃及的西奈半島，波及到歐洲所有國家，死亡近2500萬人；第二次發生於14世紀，起源於美索不達米亞，僅歐洲就死亡2500萬人，即歷史上著名的黑死病；第三次發生於19世紀末至20世紀初，死亡1200萬人。

一個小小的天花病毒，雖然只攜帶200個基因，在二十世紀的100年內，卻總共殺死約3至5億人。到了1967年，據國際衛生組織的數字，當年仍然有1500萬人感染天花，當中200萬人死亡。

由瘧原蟲傳播的瘧疾，直到今天還是熱帶地區主要傳染病之一，每年估計有3億至5億人遭受瘧疾侵害，大約有100萬人因此死亡，其中大部分是兒童。85%的瘧疾案例發生在最貧窮的非洲撒哈拉沙漠以南地區。聯合國秘書長潘基文在2008年4月25日首個世界瘧疾日，訂立了非洲要在2010年12月31日前普及瘧疾防治的目標。據說Bill Gates及夫人正是因為看到瘧疾對非洲兒童的禍害，才下定決心創建了Bill & Melinda 蓋茨基金會，該基金會已經積累了數百億美元，用於改善貧困地區公共衛生，贊助病原菌的研究及藥物疫苗的開發。

抗生素的發現，應該是人類抗擊傳染病的首次勝利，是人類醫療史上的第一次革命，使人體平均壽命大幅提高－人類的平均壽命一下子提高了三分之一。有趣的是，發現青黴素的弗萊明爵士，曾作為戰地醫生服務於第一次世界大戰，正是受到大量受傷感染而死亡的士兵的激勵，才在戰後繼續專心關注抗生素的研究。這也算是戰爭推動人類文明的一個例證吧。

說到人類病毒，就不能不提一下艾滋病毒(HIV)。這個至今令世人聞之色變的小小病毒，只有10個基因，卻威力無比，專門攻擊人類免疫系統，最終導致病人免疫力徹底喪失，感染各種疾病而死。雖然每年全球各地無數的科學家投入大量人力物力在研究該病毒，開發藥物及疫苗，但由於該病毒變異很快，隱藏很深，至今很難治療。由台裔美籍科學家何大一發明的雞尾酒療法，是目前公認的療效最佳的艾滋病治療方法。但該方法成本太高，推廣起來有一定難度。

HIV病毒結構示意圖

雖然與人體共生的微生物種類巨大，由於傳統微生物學研究方法的局限，我們對生活在自己體內的95%以上的微生物沒有任何研究數據。2007年底，美國國立衛生研究院（NIH）宣布投入1億1500萬美元正式啟動了為期五年的「人類微生物組計劃( Human Microbiome Project, 簡稱HMP )」。該項目由美國主導，有歐盟及日本和中國等十幾個國家參加，使用新一代DNA測序儀進行人類微生物組DNA的測序工作，是人類基因組計劃完成之後的一項規模更大的DNA測序計劃，目標是通過繪製人體不同器官中不同微生物的基因組圖譜，解析微生物菌群結構變化對人類健康的影響。

截止2012年6月該項目結束，它從242個健康志願者中共收集了5000多份樣本，包括了大約30幾個不同器官，如眼睛，鼻子，嘴，皮膚，消化道，陰道等。不同部位的微生物基因組被提取，測定，分類，比較，建立了一個相對完整的人類微生物基因組資料庫，供全球各地的科學家研究參考，為進一步研究這些微生物與人類健康與疾病的關係，打下了堅定的基礎。源源不斷的新發現會從這座大數據金山中被挖掘出來。其中一個有趣的發現是，當女人懷孕時，其陰道內共生的細菌種類會大幅下降，這可能是為嬰兒的出生做準備。相信更多的發現會幫助提高臨床的診斷和治療。

HMP計劃所揭示的人體各部位的細菌的不同種類

有趣的是，這些微生物的種類和數量會隨時間、地點、環境及人體生理的變化而相應改變，有些變化可以用於臨床診斷

該計劃共建立了約3000種人類微生物的參考基因組，先後生成各種基因組數據達5TB。所有數據都可以到 http://www.hmpdacc.org/ 查找下載。該項目是我們繼人類基因組計劃後又一大數據創舉。

【醫療大數據欄目介紹】

2015年2月7日「醫療大數據專欄」正式成立。隨著基因晶元及DNA測序技術的發展，生物醫療大數據迅猛發展，既是大數據技術發展的原動力，也是大數據技術的受益者。大數據文摘2013年7月成立，我們專註數據，每日堅持分享優質內容，從未間斷，我們努力為讀者和志願者打造一個分享和交流平台。作為大數據文摘的志願者群，我們中有不少人從事醫療大數據相關工作，關心醫療大數據的發展，願意通過這個專欄，和大家一起分享醫療大數據的點點滴滴。
如果您是專業人員，願意與大家分享，請加入我們，我們把這個平台和專欄做得更好。精準醫療的革命時代到來了，讓我們一起關注醫療大數據技術的發展。

【主編介紹】

有意聯繫譯者的朋友，請給「大數據文摘」後台留言，附自我介紹及微信ID，謝謝。

孫強，資深生物信息專家，現在服務於美國國立癌症研究所，從事癌症基因組資料庫管理工作。熱愛大數據，加入大數據文摘志願者行列一年有餘，願以文會友，廣結大數據善緣。旅居美國多年，現在定居於大華府地區。

讀過的學校：山東大學，中科院植物所，加大洛杉磯分校( UCLA )

生活過的城市：淄博，濟南，北京，洛杉磯，華盛頓

其他愛好：足球，釣魚，打牌

大數據格言：big data is better data