人类从不孤单。与我们相伴的，是一个繁盛的微生物群体，以至于我们体内微生物细胞与人体细胞的数量比例接近 1:1。构成整个人体的细胞数量是天文数字，达数十万亿之多——即 1013，也就是 1 后面跟 13 个零。然而，由于微生物细胞体积很小，如此庞大的数量仅占我们体重的约 500 g。尽管如此，它对我们健康和福祉的影响却是巨大的。
栖居在我们胃肠道中的微生物群落（肠道微生物组，GM）如此重要，以至于有时被称为“我们的第二代谢器官”。这些微生物“室友”影响着我们体内从营养吸收到抵御病原体等多种多样的过程，还会影响肠易激综合征 (IBS) 等疾病，甚至神经系统疾病。
微生物组科学
为推动对微生物组的认识，美国国立卫生研究院 (NIH) 于 2007 年启动了人类微生物组计划 (HMP)，旨在促进对与人体相关的细菌、古菌和真菌群落及其在健康与疾病中作用的表征研究。另一项旨在推动肠道微生物组科学前沿的倡议是INFOGEST。INFOGEST 成立于 2014 年，是一个由来自 45 个国家、150 家机构的 400 多名科学家组成的网络，旨在统一研究所用的方法。
肠道微生物组所影响的过程多种多样，足见其重要性。自 21 世纪初以来，微生物组科学持续向前推进，对其中微生物（细菌、真菌、原生动物和古菌）的多样性和功能进行表征。在此期间，用于鉴定微生物群落成员的技术也在不断发展。最初，其表征是一个繁琐的过程，需要使用液体培养基和培养皿培养微生物，培养周期长，且通量
较低。随着下一代测序技术的问世，策略发生了变化。利用遗传标记，无需在实验室条件下培养即可鉴定肠道微生物组的不同成员。这一点尤为重要，因为只有一小部分细菌和古菌物种能够被培养。近年来，研究兴趣已从鉴定微生物物种转向识别它们能做什么，所采用的技术如鸟枪法宏基因组学，其目标是将测序得到的短 DNA 片段组装起来，重建完整基因组。
肠道微生物组：我们体内的动态生态系统
栖居在任何生态系统中的生物群落都极易受物理化学参数变化的影响，肠道微生物组也不例外。饮食等因素塑造着胃肠道中的群落，其影响之大，以至于可以识别出受地域和个人饮食习惯影响的微生物特征。此外，消化系统不同区段之间存在根本性差异。例如，小肠的特点是内容物通过迅速且存在氧气。
因此，胃肠道这一部分的生态以生长速率高的兼性好氧生物为主。相反，结肠蠕动慢得多，且以厌氧条件为主，其特点是生物多样性高，并以不依赖氧气的生物为主导。在这种情况下，该群落成员不进行有氧呼吸，而是依赖其他途径，例如利用硫酸盐（产生硫化氢）或发酵（生成乙酸等有机酸或气体，例如
甲烷）。作为一个生态系统，栖居其中的不同类群之间建立了复杂的关系。例如，已有充分描述表明，健康的肠道微生物组可通过竞争排斥策略（如产生抗生素）抵御病原体。但益处远不止于此。微生物的代谢能力比人类更为多样，它们能够产生对人体有益的物质：丁酸盐（另一种有机酸）以其抗炎和抗癌活性而闻名，此外，维生素 B12、叶酸、核黄素、生物素或维生素 K 等必需维生素也由栖居在我们消化系统中的微生物群落产生。另一方面，在受限条件下，肠道微生物组也可能转而对宿主有害。营养缺乏会重塑群落，能够消化宿主分子（如构成结肠黏液屏障的黏蛋白）的生物可能大量增殖，最终引发炎症过程。
未来的研究之路
我们与微生物“室友”之间的关系错综复杂，既带来挑战，也带来机遇。饮食、肠道微生物组与健康之间的复杂关系，凸显了肠道微生物组在我们整体健康中的关键作用。公共和私营部门已联手，试图揭开这一“第二代谢器官”的奥秘。这些研究成果已转化为各种服务和产品，例如个性化微生物组管理、基于微生物组的疗法，以及对疾病机制的理解。
在人类不断探索外太空的同时，也在揭示栖居于我们体内的微生物群的内在奥秘。这两种探索同样引人入胜，并为人类带来巨大益处。探索人类微生物组，使我们得以重新思考与这些微观伙伴的关系，不再将其视为肠道中的外来乘客，而是视为我们生物学中不可或缺的组成部分。
HMP 和 INFOGEST 等项目应运而生，体现了人类与微生物之间的密切协作。这些倡议凸显了揭示肠道微生物组奥秘的重要性，以及其在开创未来方面的关键意义——在这样的未来中，健康将以更广阔、更整体、更包容的视角来看待，同时兼顾参与维护我们健康的这一伙伴关系中的人类成员与非人类成员。
总之，我们的肠道微生物组见证了生命的复杂性与相互关联性。随着研究的推进，人类或许会发现，某些疾病的解决之道并不在人类自身，而在于以我们为家的数万亿微生物之中。接受这一观点，将为人类健康与体内微观生命和谐共进开辟无限可能。