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小科普人体大数据之微生物篇:人体内有多少微生物

[日期:2015-03-19] 来源:大数据文摘授权转载  作者: [字体: ]

 

[原创]小科普人体大数据之微生物篇:人体内有多少微生物

 

  人体内约有50万亿细胞, 如果这个数字让你吃惊的话, 那么寄生在人体的微生物总量会让你下巴大跌: 据不完全估计, 这个数量应该是人体细胞数量的10倍以上,至少有500万亿以上。这些微生物的基因总和约是人体基因量的200倍之多 - 而人体基因组的基因数量约2万多。微生物细胞(不包括病毒)通常较小, 仅是人体细胞大小的十分之一到百分之一,但由于数量巨大, 其总重量可占成年体重的5磅之多。

 

  这些微生物不仅数量巨大,而且种类巨多,从病毒、细菌,一直到真菌和真核生物(如导致疟疾的疟原虫)。所有这些微生物组合在一起,构成人体微生物群系(Human Microbiome),是现代生物医学研究的一个重要领域。

 

  很多人谈菌色变,总认为细菌总给人体带来灾难,是不好的东西。其实99%的微生物是无害甚至有益的,只有不到1%是有害的,而有害的细菌中能够真正致病的又是极少数。多数寄生在我们身体表面和体内的微生物是人体赖以生存的必需品,和人体是共生的关系。这些细菌可以帮助我们消化食物,产生某些人体必需的维生素,帮助调节我们的免疫系统,使我们保持健康免受致病细菌的侵害。

 

  尽管只有极少数病原微生物对人体有害,但在抗生素诞生以前,人类的发展史却是一部跟病原菌对抗的血泪史:天花,鼠疫,疟疾,这些对现代人来说略感遥远的名字,却无不在人类的发展史上留下悲惨的一页。

 

  历史上鼠疫有三次大流行,首次大流行发生于6世纪,起源于埃及的西奈半岛,波及到欧洲所有国家,死亡近2500万人;第二次发生于14世纪,起源于美索不达米亚,仅欧洲就死亡2500万人,即历史上著名的黑死病;第三次发生于19世纪末至20世纪初,死亡1200万人。

 

  一个小小的天花病毒,虽然只携带200个基因,在二十世纪的100年内,却总共杀死约3至5亿人。到了1967年,据国际卫生组织的数字,当年仍然有1500万人感染天花,当中200万人死亡。

 

  由疟原虫传播的疟疾,直到今天还是热带地区主要传染病之一,每年估计有3亿至5亿人遭受疟疾侵害,大约有100万人因此死亡,其中大部分是儿童。85%的疟疾案例发生在最贫穷的非洲撒哈拉沙漠以南地区。联合国秘书长潘基文在2008年4月25日首个世界疟疾日,订立了非洲要在2010年12月31日前普及疟疾防治的目标。据说 Bill Gates及夫人正是因为看到疟疾对非洲儿童的祸害,才下定决心创建了Bill & Melinda 盖茨基金会,该基金会已经积累了数百亿美元,用于改善贫困地区公共卫生,赞助病原菌的研究及药物疫苗的开发。

 

  抗生素的发现,应该是人类抗击传染病的首次胜利,是人类医疗史上的第一次革命,使人体平均寿命大幅提高 - 人类的平均寿命一下子提高了三分之一。有趣的是,发现青霉素的弗莱明爵士,曾作为战地医生服务于第一次世界大战,正是受到大量受伤感染而死亡的士兵的激励,才在战后继续专心关注抗生素的研究。这也算是战争推动人类文明的一个例证吧。

 

  说到人类病毒,就不能不提一下艾滋病毒(HIV)。这个至今令世人闻之色变的小小病毒, 只有10个基因,却威力无比,专门攻击人类免疫系统,最终导致病人免疫力彻底丧失,感染各种疾病而死。虽然每年全球各地无数的科学家投入大量人力物力在研究该病毒,开发药物及疫苗,但由于该病毒变异很快,隐藏很深,至今很难治疗。由台裔美籍科学家何大一发明的鸡尾酒疗法,是目前公认的疗效最佳的艾滋病治疗方法。但该方法成本太高,推广起来有一定难度。

 

 

 

  HIV病毒结构示意图

 

  虽然与人体共生的微生物种类巨大,由于传统微生物学研究方法的局限,我们对生活在自己体内的95%以上的微生物没有任何研究数据。2007年底,美国国立卫生研究院(NIH)宣布投入1亿1500万美元正式启动了为期五年的“人类微生物组计划( Human Microbiome Project, 简称HMP )”。 该项目由美国主导,有欧盟及日本和中国等十几个国家参加,使用新一代DNA测序仪进行人类微生物组DNA的测序工作,是人类基因组计划完成之后的一项规模更大的DNA测序计划,目标是通过绘制人体不同器官中不同微生物的基因组图谱,解析微生物菌群结构变化对人类健康的影响。

 

 

 

  截止2012年6月该项目结束,它从242个健康志愿者中共收集了5000多份样本,包括了大约30几个不同器官,如眼睛,鼻子,嘴,皮肤,消化道,阴道等。不同部位的微生物基因组被提取,测定,分类,比较,建立了一个相对完整的人类微生物基因组数据库,供全球各地的科学家研究参考,为进一步研究这些微生物与人类健康与疾病的关系,打下了坚定的基础。源源不断的新发现会从这座大数据金山中被挖掘出来。其中一个有趣的发现是,当女人怀孕时,其阴道内共生的细菌种类会大幅下降,这可能是为婴儿的出生做准备。相信更多的发现会帮助提高临床的诊断和治疗。

 

 

 

  HMP计划所揭示的人体各部位的细菌的不同种类

 

  有趣的是,这些微生物的种类和数量会随时间、地点、环境及人体生理的变化而相应改变,有些变化可以用于临床诊断

 

  该计划共建立了约3000种人类微生物的参考基因组,先后生成各种基因组数据达5TB。所有数据都可以到 http://www.hmpdacc.org/ 查找下载。该项目是我们继人类基因组计划后又一大数据创举。

 

  【医疗大数据栏目介绍】

 

  2015 年2月7日“医疗大数据专栏”正式成立。随着基因芯片及DNA测序技术的发展,生物医疗大数据迅猛发展,既是大数据技术发展的原动力,也是大数据技术的受益者。大数据文摘2013年7月成立,我们专注数据,每日坚持分享优质内容,从未间断,我们努力为读者和志愿者打造一个分享和交流平台。作为大数据文摘的志愿者群,我们中有不少人从事医疗大数据相关工作,关心医疗大数据的发展,愿意通过这个专栏,和大家一起分享医疗大数据的点点滴滴。

 

  如果您是专业人员,愿意与大家分享,请加入我们,我们把这个平台和专栏做得更好。精准医疗的革命时代到来了,让我们一起关注医疗大数据技术的发展。





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