我們常常認為自己是這世間獨特的個體。
回溯歷史，人類都曾被視為世界的中心，擁有著獨立完整的思維行為，沉醉于藐視其他物種的例外主義。然而，慢慢被揭開神秘面紗的自然科學卻粉碎了傲慢的思想。哥白尼、達爾文、沃森、克里克在內的科學家們運用他們的才智讓我們知道了人類渺小，讓我們看到了人類與外界、過去、現在的關聯。
即便是現在，科學技術、醫療水平進步飛快的時代，我們仍然傾向于認為自己是獨立的，且能夠自我控制。然而，近幾十年的研究卻發出了否定的聲音：我們身體內居住著幾十億的微生物，其數量遠超細胞數量。最重要的是，微生物與我們的發育、健康息息相關。
微生物系統
2011年，著名微生物學家、1958年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者喬舒亞•萊德伯格（Joshua Lederberg）創造了“微生物群”（microbiota）這個術語，用于定義居住于特定生態圈的微生物群落。同時，Lederberg團隊提出了“微生物組”（microbiome）一詞，專指群落里微生物遺傳信息的總和。這兩個概念常常可以互換著使用。
近年來，越來越多的科學家們對微生物“上心”，他們發現許多機體紊亂與微生物系統之間存在直接或間接的關系，即便是看起來遙遠無聯系的系統，例如大腦和腸道一旦出現外源病原體入侵或者內源微生物失衡，則易埋下疾病的禍端。
加州福尼亞大學洛杉磯分校壓力神經生物學中心負責人Emeran Mayer認為，在出生之前、青春期發育早期等多個重要成長階段，大腦神經回路和腸道微生物系統都受到微生物系統的影響。微生物紊亂可能會增加孤獨癥譜系障礙、抑郁癥、焦慮癥等疾病的患病風險。
Mayer博士編寫了《The Mind-Gut Connection》一書，主要論述了微生物對神經發育以及神經系統健康的影響。
3大主旋律：腸道、大腦、免疫系統
微生物系統與腸道、大腦、免疫系統有著密切聯系（圖片來源：Darryl Leja,NHGRI）
有趣的是，腸道微生物群約由1014種微生物構成，其重量約達到2公斤。微生物細胞占人體細胞的比例至今仍未定論，從最初的10倍到最近的1.5倍，一直存在爭議。該系統中，細菌種類超1000種，由超3百萬個基因編碼而成，是人類基因組容量的150倍。
在很多方面，人類免疫系統與微生物之間的關系復雜而有趣。幾百萬年的共同進化，讓免疫系統和微生物系統得以和諧相處。不過，微生物群落一旦受到干擾，會對免疫系統產生影響。例如，小腸內分節絲狀菌（SFB）會影響輔助性T細胞（TH17細胞）活性，從而引發小鼠自身免疫性關節炎。
之前的研究表明，即使是傳統的化療藥物，例如環磷酰胺，都會受到因為抗生素等因素失衡的微生物群的影響，最終導致藥效的降低。此外，也有研究指出，腸道微生物多樣性的變化會影響免疫檢查點抑制劑的治療效果，例如PD-1和CTLA-4抗體。
《Science》期刊近期發表過一篇文章，揭示CTLA-4抗體治療依賴于腸道微生物群。科學家發現，一種靶向CTLA-4檢查點的全人源單克隆抗體Ipilimumab的抗腫瘤活性依賴于擬桿菌屬（Bacteroides bacteria）。
盡管大腦本身仍然有很多未知，圍繞神經發育、信號通路的研究卻常提醒科學家們重新評估神經類疾病發生、認知能力衰退等原有的假設。
Mayer博士認為，腸道微生物、飲食結構會對大腦產生重要影響。這種影響可能會增加神經性衰退疾病的風險，例如帕金森、阿爾茲海默癥。他相信，未來五年，我們對于自閉癥、帕金森、自身免疫性疾病、代謝紊亂的病理認知會有重大突破。
挑戰和發展
科學家常常會得到很好的想法，但是卻囿于沒有相應的技術去驗證，亦或者沒有維持長期研究的經費。
不幸的是，微生物研究并不是總是一帆風順，其中的因果關系并不明朗直接，常常困擾著科學家。盡管很多研究揭示了腸道微生物和大腦之間的關聯性，但是有時候很難確定觀察到的差異是原因，還是結果亦或者只是種現象。
科學家開始構建無菌動物模型，從而找到數據證實腸道微生物如何改變大腦和神經。然而，從動物到臨床的研究數量卻相對有限，臨床獲得的數據反而更為復雜。圍繞微生物與大腦的臨床研究面臨的最大挑戰是遺傳和環境的異質性，以及堅持長期縱向研究的資金。
新一代測序技術平臺的發展開始為基因組學研究提供新的便利，大數據時代將推動許多科學領域的前沿發展，這其中自然也包括了微生物學。Mayer博士認為，下一代測序的突破以及成本的下降，將在代謝組學分析、宏基因組測序、多組學數據分析中展現出獨特的優勢。除了測序，依賴于膠囊內鏡的分子成像技術也為微生物研究提供了機會。
（中華試劑網 xcrail.com）