有勁的基因資訊

作者：陳崇斌/有勁生物科技

70年代的研究指出細菌細胞的數量是人類細胞數量的10倍，也就是說細菌的細胞數比上人類的細胞數是10:1，也有科學家推測是100:1，40年來我們都不曾去懷疑過人體身上的細菌數量比人體細胞多，直到2016年初的研究，重新估算了這個比值，認為是1:1 (Fig. 1)，一舉推翻了過去幾10年來的估算結果，然而細菌的數量高估，不代表著他的重要性降低，相反的，細菌在人體身上扮演的角色一直被低估的；過去，總是認為這些細菌大多數都是對人體無益的，甚至是有害，受限於培養的研究方式，一直無法全面性的去了解人類身體上的菌群完整圖像，因為絕大部分的細菌是無法被培養的，這種以管窺天的研究方式，直到metagenomics與NGS技術發展，才得以有所突破。

Figure 1 比較1972年的文獻與2016年估算細胞量的方式的差異。

棲息在你我身上的細菌數量約10¹³個細胞，這些細菌細胞棲息在皮膚、口腔、消化道等器官，這 10¹³個細菌細胞涵蓋了超過1,000種的細菌，估計基因體大小是人類的10倍以上，基因數量更是人類本身的50倍以上(估計有100萬個基因)，越來越多的文獻研究顯示，這群我們肉眼看不到的鄰居們，影響著我們的生活，多種與代謝相關或自體免疫相關的疾病都與菌相有關，尤其是腸內道的細菌群，涉及肥胖、癌症、氣喘與自閉症等。

距人類基因體解碼已經過了10年，人類基因體解碼協助我們在基因遺傳疾病上有所了解，然而，困擾現代人的高度複雜的慢性病，卻還無法得到一個滿意的解答，越來越多國家積極投入人類生物資了庫計畫，目的就是想要理解這些複雜疾病與基因間的關係，有許多疾病或生理的特質指向跟菌相有關，基因相對來說，影響程度反而較低，例如，肥胖，如果把人體當作是一部電腦，人類的基因體只是作業系統，而微生物的基因體就像是外掛程式或是APP，只有作業系統的電腦，是無法執行複雜的工作，需要搭配著這些外掛程式，才能足夠的彈性去應付各種狀況，有趣的是這些外掛程式是可以解除安裝也可以安裝新的程式，例如，最近很具話題性的糞便移植治療；許多動物的的腸內道菌相是才消化的主角，從牛、熊貓、無尾熊到白蟻，都是依靠著腸內道的微生物來進行消化，其實人類也是，腸內道的菌相會因為我們的飲食而有所改變，日本人腸內道就有發現能夠分解海苔的細菌基因，過去生理學的基本教條，食物營養的吸收主要是依靠小腸前段的十二指腸，大腸被認為只是負責吸收水分並扮演著糞便的存儲器，盲腸與闌尾更被當作是一個演化殘存的器官，在接收肥胖者的腸內道細菌的小鼠，即使以低脂高纖食物餵食，一樣會變得很胖，反之，在接收纖瘦者的腸內道細菌的小鼠，則維持纖瘦的身材，這樣的實驗結果，明確地指出大腸內的細菌變演著吸收能力的強弱的關鍵(Fig 2)。

Figure 2. 細菌轉移實驗

參考資料:

人體身上的細菌基因體一一被解開後，越是發現其重要性，未來的精準醫療，除了考慮本身的基因體外，也無法忽略身上的細菌群，例如，幽門螺旋菌，在過去20年被認為是胃潰瘍的主要致病原，甚至會造成胃癌，主要治療方式是投以抗生素治療，然而，去除幽門螺旋菌後，卻會增加胃酸逆流與食道癌的風險，主要是因為幽門螺旋菌會抑制胃酸的分泌，此外，抗生素治療的副作用是會導致體內菌相的不平衡，進而導致腹瀉等後遺症；其實真正會造成胃潰瘍狀況的是有cagA基因的胃幽門菌，cagA會破壞胃的黏膜，造成胃部的細胞受到胃酸的傷害，也許未來可以幽門螺旋菌的基因檢測搭配本身的基因風險評估來做一個最適當的的醫療方式。

1. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans. Cell 2016 Vol. 164, 337–340

2. Gut microbiota and aging. Science 2015 Vol. 350, 1214-1215

3. Cancer and the microbiota. Science 2015 Vol. 348, 80-86

4. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature 2012 Vol. 489, 220–230 -->

5. http://io9.gizmodo.com/could-the-microbes-in-your-gut-be-making-you-gain-weigh-1255281287