我們的腸道微生物正在挨餓，但這是一件好事……

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眾所周知，腸道細菌與我們的生理和心理健康息息相關。那問題來了，它們在我們體內是否會有無限量的營養供應以保障其生存呢？過去，科學家們傾向於認為腸道是這些微生物的天堂，但事實證明這個假設並不正確，不過這對於我們來說是個好消息。

根據最近一項研究表明，我們的身體所承載的細菌數量遠超乎我們想像，超過一半部分並不屬於我們。數以萬億計的病毒、真菌、細菌和其他微觀生物覆蓋著我們的皮膚，而它們中相當多的一部分定植於腸道。

我們依靠這些微生物群落來消化食物、合成維生素、增強免疫系統，甚至維持心理健康。這種相互依賴性使得有益的共同進化出現，微生物和人類之間的巨大共生關係已經存在了數千年。

但最近的研究表明，這種關係並非那麼烏托邦，而且還更具對抗性。美國杜克大學醫學院的科學家們通過一項新研究發現，宿主會使他們的微生物居民挨餓，從根本上將微生物束縛在腸道中。該研究發表近日已發表在《Nature Microbiology》上。

研究通訊作者Lawrence A. David博士說：「似乎我們和細菌之間存在強弱排序，不出意外，我們作為宿主會擁有更多的主動權。」而這一發現與過去關於人體腸道微生物組的觀點產生矛盾。後者認為，腸道對於細菌來說是一個擁有充足食物和資源的環境，就像Willy Wonka的巧克力工廠一樣。

我們的腸道會餓死細菌嗎？如果是的話，這是如何發生的，原因又是什麼？

腸道對細菌的優勢

這項研究的假設是由哈佛大學的博士研究生Aspen Reese所提出。基於她生態學專業的背景，Reece從資源的自然競爭角度來思考腸道細菌問題。她認為，在幾乎所有的生態系統中，棲息者都傾向於爭奪有限的資源。因此，她想了解腸道微生物是否也會如此，並且她進一步推測，水體中的細菌受限於獲取氮或磷等營養素，那麼細菌在腸道中可用的氮供應是否也受限呢？

為了找到這個問題的答案，Reese及其同事設法從30多種不同的哺乳動物中採購糞便，包括來自肯亞的野生斑馬、長頸鹿和大象；來自新澤西的家養羊、牛和馬；來自北卡羅來納州的人類。她將樣品磨碎並計算微生物可利用的氮和碳原子數。

結果顯示，人體腸道中的微生物每十個碳原子平均只能獲得一個氮原子，而大多數自由生活的微生物享有由每四個碳和一個氮組成的飲食。

為了證實腸道環境中有限的氮供應確實控制了細菌的「自由」，Reese還給小鼠餵食富含蛋白質的飲食，這種蛋白質天然含有高水平的氮。結果發現，飲食中蛋白質水平增加時，小鼠腸道中的細菌數量也增加了十倍。更重要的是，當她向小鼠的血液中注入氮時，其中一些氮最終進入腸道細菌，這表明宿主可以通過腸道內的細胞分泌氮，以拯救微生物免於飢餓。

David說：「我們的發現支持了這樣一種觀點，即我們已經進化出通過讓細菌挨餓來控制它們的能力。這也解釋了為什麼西式飲食對我們不利。當人們攝入過多蛋白質時，就會影響宿主吸收小腸中氮的能力，而更多的氮會到達大腸，從而削弱我們控制腸道微生物群落的能力。」

Reese在評論腸道是細菌的天堂這一觀點時說：「相對於自然中的其他環境，腸道環境並沒有那麼殘忍，因為微生物對人類是有益的。細菌只是想儘力生存下去，而周圍的可用食物就這麼多。」

然而，科學家們也分析了使用抗生素來控制腸道細菌的危險。他們再次使用小鼠進行實驗，研究結果在今年早些時候已發表在《eLife》雜誌上。

作為這項研究的一部分，研究人員在五天里對10隻小鼠使用抗生素，然後每天收集其糞便樣本並進行分析。

這項實驗表明，在沒有細菌「吃」它們的情況下，硝酸鹽或硫酸鹽之類的物質就會在腸道中過量積累。

如果停止對小鼠使用抗生素，它們的腸道微生物就會恢復平衡。Reese解釋說：「我們並沒有真正意識到腸道中「正確」的細菌數量是多少。一點細菌也沒有的話就太少了，但是充滿細菌又太多了。」另外，雖然小鼠在使用消滅細菌的強力藥物之後能夠相對容易地恢復，但是對於人類來說並非如此。

競爭的重要性

這是因為，在某種程度上，嚙齒類動物可以通過互食對方糞便來重新獲取特定細菌，但是我們人類不會這麼做。當人體微生物組失去平衡後，病原體會更容易地佔據主導地位。

David 博士說：「通常情況下，病原體很難在腸道內定植。為了生存，他們還有數萬億的其他細菌需要擊敗。但是如果我們突然消除微生物對資源的競爭，我們就會失去對微生物的控制，而那些有害細菌就會引起令人討厭的疾病。」

研究人員指出，可能有一種方法可以幫助維持精微的細菌平衡。目前，該研究團隊正在研究如何利用飲食，尤其是益生元和益生菌來促進腸道健康。

Reese說：「在演化過程中，我們的身體有機會把這一切都弄清楚，並建立系統來控制微生物群。」

她補充說：「作為生活在當代社會的研究人員，我認為我們應該弄清楚腸道細菌的正確數量，以及如何維持它們。」

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