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幽門桿菌會引起潰瘍和胃癌,但也可以預防食道癌!腸道微生物對身體是利是弊?

細菌存在於由「壞的」寄生菌和「好的」互利共生菌兩個極端所構成的連續光譜之間。
細菌存在於由「壞的」寄生菌和「好的」互利共生菌兩個極端所構成的連續光譜之間。
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事實上,細菌存在於由「壞的」寄生菌和「好的」互利共生菌兩個極端所構成的連續光譜之間。有些微生物會依據菌株以及它們宿主的種類,而從「寄生菌-互利共生菌」光譜的一端分布到另一端,例如沃爾巴克氏菌。但也有許多微生物則是同時存在於光譜的兩端,例如在胃中的細菌「幽門螺旋桿菌」(Helicobacter pylori)會引起潰瘍和胃癌,但也可以預防食道癌,而且造成利與弊的是同一個菌株。有些微生物可以依情況不同,在同一宿主身上改變角色。這在在都意味著像互利共生菌、片利共生菌、病原菌或寄生菌這樣的標籤並不能成為代表其固定身分的徽章。它們比較像是在描述微生物當下的狀態,就像肚子餓、腦袋清醒的或活著,或者也可以說是描述微生物行為,像是合作或戰鬥。它們是形容詞和動詞,而不是名詞,且描述的是兩個個體在某個特定時間與地點下的互動關係。

妮可.布洛德里克(Nichole Broderick)研究的土棲微生物—蘇力菌(Bacillus thuringiensis)就是很好的例子。它產生的毒素可以造成昆蟲腸內穿孔而殺死牠們。農民從一九二○年代以來就一直使用蘇力菌,將它噴灑在作物上做為活體農藥,就連從事有機栽作的農民也是如此。以這種細菌做為殺蟲劑的效果不容置喙,但幾十年來,科學家們對於蘇力菌如何造成昆蟲死亡,卻一直有錯誤的想法。他們認為,是它的毒素造成昆蟲腸子極大的損傷,使其挨餓致死。然而,整個故事絕不只如此,因為讓毛蟲餓死需要一個多星期,蘇力菌卻只用了一半的時間。

布洛德里克後來發現了事情的真相,而且可說是個意外。她猜測毛蟲會有腸道微生物保護牠們免於蘇力菌的傷害,於是對毛蟲施予抗生素,再將牠們暴露在蘇力菌殺蟲劑中。隨著微生物死去,布洛德里克預期牠們應該會死得更快,但實際上,牠們全都存活了下來。原來,腸道內的細菌非但沒有保護毛蟲,反倒成為蘇力菌殺死毛蟲的手段。通常細菌留在毛蟲的腸道中是無害的,但它們現在可以穿過蘇力菌毒素所產生的孔洞,入侵到血液中。當毛蟲的免疫系統察覺到它們,就會開始變得狂暴。來勢洶洶的發炎反應迅速傳遍毛蟲全身,破壞其器官,干擾其血流並引發敗血症,這才是造成昆蟲如此迅速死亡的原因。

同樣的事情可能每年都會發生在數百萬人身上,人類也會被能在腸壁打洞的病原菌感染,而當正常的腸道微生物穿越孔洞進入血液,我們也會得到敗血症。就像在毛蟲體內一樣,同一種微生物可能在腸道中是好的,但在血液中卻很危險。細菌只有在特定的環境中才會和動物互利共生。這個原則也適用於生活在我們體內的「伺機性細菌」(opportunistic bacteria)。它們通常無害,但在免疫力較弱的人身上卻可能造成危及生命的感染。一切都取決於環境。就像粒線體,它已是長期與動物細胞共存的能量發電廠,不可或缺,但若是偶然到了錯誤的地方,也會造成嚴重傷害。切傷或瘀傷會打破一些細胞,造成仍保留著些許古老細菌特徵的粒線體碎片流到血液中。當你的免疫系統發現它們時,會誤以為發生細菌感染而發動強烈的防禦攻擊。如果免疫系統造成的損傷很嚴重,又會有更多的粒線體釋放出來,便可能引發足以致命的「全身炎症反應綜合症候群」(systemic inflammatory response syndrome)。

全身炎症反應綜合症候群的情況會比原來的損傷更嚴重。荒謬的是,這純粹只是人體錯認已被馴化超過二十億年的微生物而過度反應的結果。就像花朵若長錯地方就成了雜草,我們體內的微生物可能在某個器官中非常重要,但在另一個器官中卻很危險;又或者它在細胞內不可或缺,一旦到了細胞外便可能致命。「如果你的免疫系統稍微被抑制,微生物會殺了你。而在你死後,它們又會吃掉你,」珊瑚生物學家佛瑞斯特.羅爾(Forest Rohwer)說,「它們根本完全不在乎,這不是什麼友好關係,這只是生物學罷了。」

因此,在共生世界裡,我們的盟友可能會讓我們失望,而敵人也可能轉而與我們同盟。這是一個互利共生的關係能在毫釐之間瓦解的世界。

為什麼這些關係如此曖昧不明?為什麼微生物容易在病原菌和互利共生菌之間搖擺不定?首先,細菌扮演的這些角色並不如你所想的那麼鮮明對立。試想看看,如果「好的」腸道微生物要與其宿主建立穩定的關係的話,會需要什麼?它必須能在腸道中存活,錨定自身不被沖走,還要能與宿主的細胞互動,這些也都是病原菌必須做的事。因此,兩種角色—包括被視為英雄的互利共生菌,和被視為惡棍的病原菌—往往使用相同的分子來達到這些相同的目的。有些分子之所以被冠上負面的名稱,例如「毒力因子」(virulence factor),只因為它們最初是從疾病中發現,但它們的本質其實是中性的。它們只是工具,就像電腦、鋼筆和刀子,可以用來行美妙之事,也可以拿來幹盡壞事。

即使是有益的微生物,也可能在我們身上製造出利用其他寄生菌和病原菌能利用的弱點來間接傷害我們,它們的存在讓其他生物有機可乘。微生物對蚜蟲來說雖至關重要,卻會釋放在空氣中飄散的分子,引來細扁食蚜蠅(marmalade hoverfly)。這種黑白相間,看起來有點像胡蜂的昆蟲會殺死蚜蟲,牠在幼蟲時期就可以吃掉數百隻蚜蟲,而成蟲為了幫後代尋找獵物,能嗅出「微生物的氣味」(Eau de Microbiome),那是一股蚜蟲必定會散發的味道。自然界中充滿這類非蓄意的引誘,就連此時此刻的你也不例外。有些細菌可以將它們的宿主變成吸引瘧蚊的磁鐵,有的細菌卻能打消這群小吸血鬼進攻的念頭。你是否曾想過為什麼兩個人一起穿過一座充滿蠓的森林,其中一個人身上多了幾十個腫包,而另一個人卻安然無恙?部分的謎底便是你身上的微生物。

病原體也可以利用我們身上的微生物發動入侵,例如引起小兒麻痺症的病毒。它會抓住腸道細菌表面的分子,像握住韁繩一般地騎著細菌,奔向宿主的細胞。病毒在接觸到腸道微生物之後,更容易黏在哺乳動物的細胞上,並在溫暖的體溫下變得更穩定。這些微生物無意間將它變成了更有侵略性的病毒。

可見,飼養共生生物可不會白白受惠。微生物會幫助宿主,但也會製造麻煩。它們需要營養、居所和傳播,這些都需要能量。而且最重要的是,與其他所有生物一樣,它們也有自己的利益要顧,然而這些利益往往又與其宿主的利益互相衝突。如果像沃爾巴克氏菌這種母系遺傳的共生菌消滅了雄性,在短時間內或許可以獲得更多宿主,但是它就得冒著長期下來可能導致宿主滅絕的風險;如果短尾烏賊體內的某些細菌停止發光,雖能節省它們的能量,但若有太多的細菌停止發光,烏賊就會失去這具保護功能的光芒,引致整個烏賊-細菌聯盟都會被虎視眈眈的掠食者吞噬;如果我的腸道微生物抑制了免疫系統,它們會生長得更快速,但我就會生病。

自然界中幾乎每一對重要的伙伴關係都是如此。「欺騙」一直以來都是個問題,「背叛」暗暗隱藏在角落,隨時都可能發生。搭檔之間可以合作得很好,但如果其中一方可以花費較少的能量或精力就獲得相同的好處,他便會這麼做,除非他會受到懲罰或監督。威爾斯(H. G. Wells)在一九三○年便對此寫道:「每段共生關係都在某種程度上隱藏著敵意,惟有適當的控管,且往往還需要精心的調整,才能維持互利的狀態。即使人類有與生俱來的智慧,並能藉此領悟這層關係的意義,在人與人之間互惠互利的伙伴關係並不容易維持。但較低等的生物沒有這般理解能力協助牠們維持關係。伙伴關係就像其他的適應一樣,總是莫名奇妙地開始,又不知不覺地完成了。」

然而,上述的事實很容易被遺忘。我們偏好非黑即白的故事,有明確的英雄與惡棍。過去幾年來,我看見觀點從「所有細菌都必須被殺死」轉變為「細菌是我們的朋友,它們也希望能幫助我們」,但兩者都不正確。我們不能因為某種微生物生活在我們體內,就認為它是「好的」,但即使是科學家也會忘記這一點。「共生」一詞已經被扭曲,以至於其原本的中性意義—「共同生活」被過度美化,甚至被片面地解釋成合作與和諧。然而,演化並非如此。它不一定傾向合作,即使那符合每個人的利益,相反地,它甚至會在最和諧的關係裡埋下衝突的種子。 

※ 本文摘自《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》。

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圖/出版社提供

《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》

作者:艾德.楊

譯者:田菡, 楊仕音, 劉蓉蓉

出版社:臉譜

出版日期:2023/05/04

責任編輯:辜子桓

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