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要解決肥胖,先了解你的微生物朋友吃什麼──《微生物的巨大衝擊》

天下雜誌出版_96
・2016/05/12 ・1961字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 480 ・五年級

演講者/Rob Knight

在2008 年我前往秘魯旅行之前,我一直有點過重。阿曼達和我沿著印加古道(Inca Trail)健行,在亞馬遜待了一週,這時我們兩人都發生嚴重的腹瀉,當你住在帳棚時,絕對不希望有這種事發生。我們康復了一陣,但是又突然復發,兩人只好吃相同的抗生素來治療。回到家後,我們恢復旅行前的飲食和運動模式,但是我在幾個月之後體重減少了約4 公斤,從肥胖變成健康的體重。

體重減輕產生的差異非常明顯,我必須買新的褲子,同事把我拉到一旁問我是不是得了癌症,或是其他應該讓親友知道的疾病。相反的,阿曼達體重沒有減輕,我相信這種差異和我的微生物徹底改變有關。我們得了相同的疾病,以相同的方式治療,卻有不同的反應。

微生物決定你會不會胖?

我們當然不可以只從一對實例中得到科學結論,我的經驗只是反映出愈來愈多研究公布的結果,我們現在了解到,微生物組成對於肥胖有深遠的影響。中等身材的無菌小鼠如果接受來自胖小鼠的糞便移植,就會變得比較胖。不論原先的那隻小鼠是因為吃太多不健康的食物1,或是小鼠有容易變胖的基因突變2,實驗結果都一樣。

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你可能會問,是微生物所造成的改變,還是糞便中其他東西的影響?問得好。聖路易華盛頓大學醫學院基因科學與系統生物學中心主任、生物學家高登為了回答這個問題,在他的實驗室中有一個團隊嘗試從某個人分離出數百種不同的細菌,然後在實驗室裡培養每一種細菌(在沒有糞便的其他物質情況下),全部以類似的比例混合在一起,再經由移植這些細菌,看看能不能也造成體重的差異。

事實上他們辦到了,證明了是微生物讓體重增加,而與病毒、抗體、化合物和糞便中其他的物質無關。更值得一提的是,小鼠如果和胖小鼠住在一起,接觸到新來胖室友身上的微生物,體重通常會增加。我們可以從瘦的人身上分離出細菌,並據以設計出一個微生物群落,避免原先的小鼠發胖。

我的實驗室和其他的實驗室還沒有辦法設計出一種微生物群落,能夠讓小鼠或人變瘦,不過這是我們的目標。然而在一些還沒有發表的研究中,其他的研究團隊報告了如果用抗生素消除在高油脂飲食中會增生的細菌,那麼小鼠即使吃得不健康,還是能夠成功的瘦下來。

用食物培養你的微生物群?

現在許多流行的飲食法目標是要改善人類的微生物群系,但是證據指出,這些方法效果有限。我們對於特定微生物影響消化與吸收的方式所知太少,不足以設計出準確的介入方式。2011年,哈佛大學的研究者在《新英格蘭醫學雜誌》發表了一項研究結果。他們發現有些食物和體重增加有關,有些食物則和體重減少有關。聽到高油脂的薯條比其他食物更會讓體重增加,你應該不會驚訝,奇怪的是,優格和堅果這兩種食物和體重減少有關,但兩者脂肪含量都頗高。到底發生了什麼事?這可能和微生物有關。我們從小鼠的實驗中得知,特定的微生物或是特定的微生物組合,和體重的增加或減少有關。那麼特定的食物與微生物的關聯,是否能夠讓我們更苗條呢?

現在有許多證據指出,你吃的食物會改變你的微生物群系,讓有些細菌更適合居住,有些細菌則不適合。賓州大學胃腸病學吳教授(Gary Wu)指出,超過一年的長時間飲食習慣,對於微生物群系整體有非常大的影響。他的研究團隊指出,飲食中有大量碳水化合物,如:義大利麵、馬鈴薯、糖,比較容易有大量普雷沃氏菌;而吃較多蛋白質,特別是肉,也就是西方飲食,則比較多類桿菌。這兩個屬的細菌有助於食物的消化與代謝,不過它們賴以維生的食物並不同。類桿菌和肥胖、糖尿病等西方人典型的疾病是否有關,目前我們還沒有辦法釐清,但是已有些引人聯想的關聯性。光是想到經由改變飲食就能夠培養自己身體中讓人更健康和苗條的微生物群系,就令人振奮。

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高脂高熱量等極端飲食,會快速地改變腸道微生物的組成樣貌。圖/pixabay

有些飲食的變化會快速改變我們身上的微生物。哈佛大學的系統生物學家特恩博和同事找到了一些能吃苦的志願者,讓他們吃素或是吃主要由肉類和乳酪組成的飲食。吃素的志願者腸道微生物變化不大,但是吃肉和乳酪的組別,一夜之間體內微生物就發生了重大變化,一些和心血管有關的細菌迅速增加,例如: 沃茲沃斯氏嗜膽菌。因此,極端的飲食很快就會產生不良效果。另一個還沒有得到答案的問題是:好的效果也能夠這麼快發揮出來嗎?


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你知道嗎?人類有十兆個細胞,但全身內外更充滿高達百兆的微生物細胞!在這個世界上,成為了與你共存不可或缺的夥伴。《微生物的巨大衝擊》,天下雜誌出版。


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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


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