母乳是嬰兒最健康、理想的營養(yǎng)來源, 也是人類進(jìn)化和文明最重要的特征之一. 最新的宏基因組學(xué)研究表明母乳含有高達(dá)數(shù)百種細(xì)菌, 而且包括一些常見的病原菌. 母乳微生物菌群是人類與微生物協(xié)同進(jìn)化相互適應(yīng)的產(chǎn)物, 而“微生物群落-宿主”生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡則應(yīng)是保持健康母乳的基礎(chǔ). 然而, 迄今為止, 從生態(tài)學(xué)角度對母乳微生物菌群的研究近乎空白.

　　近期來自中科院昆明動物研究所，安徽大學(xué)的研究人員發(fā)表論文，應(yīng)用宏觀生態(tài)學(xué)中的“中性”理論和 Taylor 冪法則分析探討了母乳菌群群落多樣性的進(jìn)化和維持機(jī)制、細(xì)菌種間相互作用的機(jī)制以及由此產(chǎn)生的細(xì)菌種群分布格局. 兩項(xiàng)理論模型分析交叉驗(yàn)證了母乳微生物群落分布的異質(zhì)性和非隨機(jī)性特征, 預(yù)示了群落中物種間存在一定程度的生態(tài)位分化以及占主導(dǎo)作用的優(yōu)勢物種.

　　研究發(fā)現(xiàn), 母乳喂養(yǎng)可降低嬰兒患腹瀉和呼吸道感染等疾病的風(fēng)險(xiǎn), 提高嬰兒的代謝功能和免疫能力. 目前人們對母乳的關(guān)注多集中在其豐富的營養(yǎng)成分, 如蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素和礦物質(zhì)等. 然而隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新一代測序技術(shù)的發(fā)展, 人們發(fā)現(xiàn)母乳與人體其他部位一樣存在豐富的微生物菌群.

　　之前的研究采用 DNA 二代測序技術(shù)首次全面地研究了母乳微生物群落的多樣性和隨時間變化的相對穩(wěn)定性特征, 發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌(Staphylococcus)和鏈球菌(Streptococcus)是母乳中含量最豐富的菌屬. 除此之外, 另有來自其他7個屬的微生物也普遍存在于母乳中. 這些共有微生物(core species)幾乎占總?cè)郝涞囊话? 母乳微生物群落與人體宿主構(gòu)成一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng), 而該生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性直接影響人體的健康狀況. 因此從生態(tài)學(xué)角度研究母乳微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性和穩(wěn)定性具有重要意義.

　　然而, 由于絕大多數(shù)人體微生物都無法人工培養(yǎng), 因此在 DNA測序技術(shù), 特別是宏基因組技術(shù)成熟之前, 無法確定人體微生物的群落組成, 更談不上對群落多樣性和穩(wěn)定性的研究. 宏基因組技術(shù)的成熟催生了 2008 年前后展開的人類宏基因組研究計(jì)劃(human microbiome project, HMP). 該計(jì)劃為微生物群落生態(tài)學(xué)的復(fù)興奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ).

　　人體微生物群落是人類與微生物協(xié)同進(jìn)化適應(yīng)的結(jié)果. 微生物群落-宿主生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡(特別是群落多樣性和穩(wěn)定性)與人體健康狀況密切相關(guān), 因此人體微生物菌群很大程度上是“醫(yī)學(xué)生態(tài)學(xué)”(medicalecology)問題. Hunt等人對取自 16位哺乳期婦女的 47 份母乳樣本進(jìn)行了宏基因組測序研究, 提供了迄今為止最為全面的母乳細(xì)菌菌群測序數(shù)據(jù). 然而他們對其所獲得數(shù)據(jù)的分析基本限于對群落組成以及多樣性指數(shù)的簡單分析, 并未應(yīng)用任何生態(tài)理論或模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合全面地分析.

　　這篇文章將宏觀生態(tài)學(xué)中 Taylor 冪法則 (Taylor’s power law)及其擴(kuò)展模型和中性理論模型應(yīng)用于母乳微生物群落的生態(tài)學(xué)特征研究. Taylor 發(fā)現(xiàn), 自然界單種種群(single-species population)豐富度(population abundance)的均值和方差之間符合冪法則模型. Ma又將冪法則模型從種群生態(tài)水平擴(kuò)展到群落生態(tài)水平. 此后, Zhang 等人將其應(yīng)用于腸道微生物空間分布異質(zhì)性的研究. 群落的構(gòu)建(community assembly)和群落物種多樣性的維持機(jī)制(maintenance mechanism of species diversity)一直是生態(tài)學(xué)研究的焦點(diǎn).

　　最初的生態(tài)位理論認(rèn)為, 群落中物種生態(tài)位的分化等確定性因素在群落構(gòu)建和物種多樣性的維持中占主導(dǎo)地位. 但在很多情況下, 物種的

　　生態(tài)位分化并不明顯, 生態(tài)位理論并不能很好地解釋群落的構(gòu)建和維持機(jī)制. 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為, 群落構(gòu)建及其多樣性機(jī)制維持是隨機(jī)性的——即中性理論(neutral theory)在 2001 年提出的. 它解釋了生態(tài)群落中物種的多樣性共存機(jī)制和物種多度分布(species abundance

　　distribution), 即群落中每個物種所具有的個體數(shù)的分布特征. Stephen Hubbell 的中性理論具有2個基本假設(shè):

　　(1) 群落中所有個體具有相同的出生率、死亡率以及遷移率, 它們在生態(tài)群落中的作用相同； (2) 群落中總的個體數(shù)不變, 即新個體的誕生或遷入必然伴隨著已有個體的死亡或遷出. 根據(jù)中性理論的 2個假設(shè), 群落的多度分布應(yīng)該符合零和多項(xiàng)式模型.

　　這項(xiàng)研究應(yīng)用“中性”理論和 Taylor 冪法則分析探討母乳菌群中細(xì)菌種間相互作用的機(jī)制, 以及由此產(chǎn)生的細(xì)菌種群分布格局. 文章指出，母乳對嬰兒和孕婦的健康有重要影響, 其不僅含有豐富的營養(yǎng)成分還含有高達(dá)數(shù)百種的細(xì)菌. 正常情況下, 母乳菌群中的“機(jī)會性”病原菌不會對嬰兒和母親有任何不良作用. 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為一種疾病通常對應(yīng)一種病原體(pathogen), 而某些疾病卻一直找不到確定的病原. 最近的人類微生物組計(jì)劃的一些研究表明, 某些疾病的產(chǎn)生是由于人體微生物生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞的結(jié)果. 這也是在后基因組時代被重新定義的“醫(yī)學(xué)生態(tài)學(xué)”.

　　母乳微生物非隨機(jī)的異質(zhì)性分布特征, 對后續(xù)研究群落結(jié)構(gòu)、 功能及其穩(wěn)定性有著重要意義.