在委内瑞拉的亚马逊雨林中，亚诺马米人以采集和狩猎为生，他们的食物包括木薯、棕榈心和野生香蕉。他们还捕猎青蛙、猴子和貘，所使用的技法可能与他们 11,000 年前的祖先并无二致。他们文化的非凡延续性，以及一些群体与外界接触甚少的事实，令生物学家们好奇，在工业化向世界提供加工食品和抗生素之前，人类消化系统原本是什么样子的。
2009 年，研究人员有机会在一个之前未知的亚诺马米村庄中进行探究。卫生工作者从约 30 名村民身上采集了粪便和皮肤样本。当研究人员培养和分析粪便中的微生物时，他们发现了在工业化国家人口肠道中不存在的完整类别的细菌。更令人震惊的是，他们发现普通西方人的微生物群体多样性，仅是这些狩猎采集者的微生物群体多样性的一半左右。
鉴于肠道菌群在消化和新陈代谢方面的重要性已得到充分证实，研究人员意识到，亚诺马米人的微生物宝库可能具有超越基础科学的意义。人们的个人微生物群体——即微生物组——被认为在从肥胖和糖尿病到炎症性肠病和阿尔茨海默病等一系列疾病中发挥作用，这些疾病缩短了寿命并给医疗保健系统带来了沉重负担。（仅肥胖症的全球经济影响每年就达 2 万亿美元。）然而，这些工业化前的美洲原住民却未受这些疾病的困扰。因此，研究人员希望了解哪些微生物能够保护他们，并找出如何将这些微生物重新引入现代社会的方法。这可能比发现传说中的“不老泉”更能深刻地影响健康。
但机会可能比青春本身还短暂。“世界正在以前所未有的速度城市化，”罗格斯大学微生物学家 Maria Gloria Dominguez-Bello 说。她是 2015 年发表在《Science Advances》杂志上揭示亚诺马米微生物组的一项研究的合著者。“我们的生活方式正在扼杀微生物多样性。”虽然尚不清楚亚诺马米神秘的细菌具体在做什么，也不知道它们如何改善个体的健康，但她认为科学家们需要尽可能多地收集和保存微生物，以期待未来的突破。“我们不能等待，”她说，“否则，在我们了解如何利用微生物组改善健康之前，我们就已经失去了传统人群人类微生物组的高多样性……”
随走随找冰箱
在她发表亚诺马米肠道菌群普查两年半之前，Dominguez-Bello 几乎失去她所有的微生物收藏：装有她职业生涯中从世界各地采集的、不可替代的样本的冰箱。她刚从波多黎各大学搬到纽约大学，飓风桑迪就袭击了东海岸。实验室被淹，断了电。她费尽周折，才将这些微生物样品转移到长岛的备用储存点，才得以保住她的微生物库。“我太幸运了，”她说。“但这真的强化了我们需要做点什么的想法，因为这些收藏品非常脆弱。”
在自然冷却的地方，微生物是否风险更小？Dominguez-Bello 在阅读了关于斯瓦尔巴全球种子库的报道后，问了自己这个问题。种子库是位于北极圈内、北极点以南约 700 英里的挪威北极地区的一个植物生物多样性储存设施。该种子库由挪威政府于 2004 年建立，储存着来自全球超过一百万种不同植物的种子。这些种子被安全地储存在一座山中，受到永久冻土的自然保护，并有机械冷却系统作为后盾。在植物因环境灾难或工业化农业而消失时，这些种子可供存放它们的国家取用。
“微生物组也有很多相似之处，”Dominguez-Bello 说道。“他们正在保护自然在植物完全消失之前创造出来的种子。”她安排了一次通话，以了解更多信息。
(图片来源：Daria Kirpach)
Daria Kirpach
一年后，也就是 2018 年，她与加州大学圣迭戈分校的 Rob Knight 等知名微生物组研究人员共同创立了微生物组库信托基金 (Microbiota Vault Trust)。去年 10 月，他们在《Science》杂志上发表文章，宣布了他们的倡议，写道：“我们欠后代人类 20 万多年进化过程中定殖我们祖先的微生物。”微生物库项目现在汇集了来自委内瑞拉、挪威、香港和瑞士等国家的科学家。
研究人员以科学务实的态度和个人热情来推进这个项目。“我来自新西兰，那里许多物种已经消失，所以保存生物多样性的价值对我来说一直很清晰，”Knight 说。“一旦最后一个样本死亡，你就无能为力了。”因此，Knight 和他的同事们决心让细菌保持存活和保存，而不是仅仅对其 DNA 进行测序。他们打算借鉴种子库的成功经验，但根据自己的专业知识进行调整。
“这个库需要设在一个中立的国家，拥有可靠且公正的议程，设在一个拥有良好环境控制的稳定设施中，”Knight 解释道。各国需要感到他们的贡献是安全的——不会被其他国家或公司不公平地利用——而且微生物需要保持在零下 112 华氏度（-80 摄氏度）的温度下，这只能通过液氮制冷来实现。挪威和瑞士看起来很有前景。
资金是另一个挑战。种子库的建造费用约为 900 万美元。考虑到氮制冷技术的复杂性更高，建造和捐资建立微生物库的成本可能将是种子库的十倍以上。
这并不是说研究人员要等到微生物库开放才开始收集和保存受威胁的肠道微生物。除了 Knight 和 Dominguez-Bello 正在进行的收集工作外，总部位于 MIT 的全球微生物组保护联盟 (Global Microbiome Conservancy) 正在领导一项大规模倡议，收集非洲、亚洲、南美洲、北极和太平洋地区的欠发达国家人口的粪便样本，并储存他们的肠道微生物组。他们已经储存了超过 11,000 株细菌，并发现了 60 个以前未知的属。
“我们预计两个团队之间会有紧密的合作，”Knight 说。“微生物库是一个永久性档案，而全球微生物组保护联盟是一个工作集合。”换句话说，保护联盟将是一个收集者和研究其作用的促进者，而微生物库则确保一旦人们了解这些细菌的功能，就能始终获得可用的活体微生物。
脆弱的微生物组
在 Dominguez-Bello 开始着手微生物库项目的同时，明尼苏达大学计算生物学家 Dan Knights 正在泰国和明尼阿波利斯-圣保罗地区的苗族移民中收集肠道菌群。苗族人在从东南亚来到美国后，常常遭受肥胖的困扰。虽然饮食的改变可能直接导致了这一点——白菜和巨无霸汉堡之间有着天壤之别——但 Knights 想了解微生物组的变化是否也可能间接导致体重增加。
他的研究结果于去年 11 月发表在《Cell》杂志上，甚至连他自己也感到惊讶。“当人们搬到一个新国家时，他们会开始失去原有的微生物，几乎立即就会感染新国家的微生物，”他说。“事实上，‘移民的微生物组变化速度远超他们的饮食。’鉴于微生物组的新陈代谢作用，体重增加可能部分可以通过这种转变来解释。”
Dominguez-Bello 的主张得到了绝佳的验证，这让她更有理由强调微生物的脆弱性，更不用说需要一个微生物库了。即使是她 10 年前首次研究的亚诺马米狩猎采集者，现在可能也无法像她冷冻样本中那样拥有丰富的微生物多样性了。（进行接触的卫生工作者为他们提供了抗生素。）除非被妥善冷藏，否则没有任何微生物组是安全的。
Knights 的研究也揭示了当前了解肠道健康潮流中的一个问题。一些公司提供几百美元的微生物组测序服务，并提供培养特定菌种的饮食建议，名义上是为了改善健康。但这种健康提升是有限的，因为微生物多样性的基准是从其他西方人的肠道普查中得出的。这些测试可能对个人监测自身微生物组构成情况很有用，但这些实验室甚至可能不知道许多有益的细菌。
“微生物库是必须有的，”Knights 说。和 Dominguez-Bello 一样，他认为它就像一个全球备份肠道，可以随时提取使用。
但 Knights 也设想它成为一个全球微生物图书馆。“将微生物捐赠给微生物库是对子孙后代的馈赠，”他说。“这是传递基因的另一种方式。你的基因传给你的孩子，但你的微生物组基因有一天可能在数百万人类中找到归宿。”
Jonathon Keats 是《Discover》的特约编辑。本文最初以“拯救微生物！”为题刊载于纸质版。
