译者的话：本文为自学译文，敬请批判性阅读。
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本译文的原文来自nature microbiology，是译者去年阅读的资料。近期有朋友在微信聊起一些话题，个人觉得该文章值得一读，需要更多地关注文献中过度简化和缺乏批判性评估的潜在问题，因而将译文分享如下。敬请自取阅读，但谢绝断章取义。
在过去的二十年里，人类微生物组的研究经历了快速的发展，每年都有数千篇关于这一主题的研究论文发表。人们已经花费了大量的资金来研究人类微生物群是一系列疾病的病因，还是潜在的治疗方案，包括炎症性肠病和心脏代谢疾病。虽然确实令人兴奋，但不幸的是，对微生物组研究的日益关注也带来了炒作和根深蒂固的某些误解。结果，许多未经证实或未得到充分证实的说法，由于不断重复而变成了“事实”。有些比其他更普遍，有些相对微不足道，但是，累积起来，它们突出了人类微生物组文献中的错误信息普遍存在。鉴于人类微生物组对健康的潜在重要性，至关重要的是，声明必须以证据为基础。在这个视角中，笔者揭示了持续存在的或新出现的微生物组神话和误解，概述了事实的不准确性。笔者从相对较小但具有说明性的要点开始，然后讨论具有更大潜在影响的问题。笔者有意避免对错误信息的原始来源进行不必要的指责，而是希望笔者的见解和批判性评估对该领域有所帮助。
“微生物组研究是一个新领域”
在过去的15年中，人类微生物组研究的步伐大大加快，但该领域并非处于起步阶段。这样说对高通量DNA测序方法出现之前的优秀研究是一种伤害。事实上，至少从19世纪晚期开始，对与人类有关的微生物的研究就已经有了丰富的历史。1885年首次分离出大肠杆菌，1899年论述了双歧杆菌，20世纪初Metchnikoff推测了肠道有益微生物的重要性。同样，肠-脑轴等概念已经研究了几个世纪，而与微生物相关的关键代谢物(如短链脂肪酸)对健康的影响在40多年前首次被报道。
虽然诺贝尔奖得主Joshua Lederberg在他的职业生涯中取得了许多显著的成就，但他并没有发明“微生物组”这个词。这个经常被重复的说法在其他地方被彻底驳斥，有证据表明，在Joshua Lederberg于2001年首次使用这个词之前，这个词在现代语境中已经被使用了十多年。虽然相对来说微不足道，但这个神话却成为了一个例子，说明谎言是多么容易被嵌入人类微生物组文献中。
“每克人类粪便中有10^12个细菌细胞”
这个数字在微生物组文献中经常提到，但其来源很难确定。然而，它可能起源于干重而不是湿重的粪便细胞计数。不管怎样，这是不正确的。使用各种方法(如直接细胞计数、荧光原位杂交、流式细胞术和qPCR)确定的实际数字通常在每克湿重粪便10^10至10^11个微生物细胞之间。
“人类的微生物群重1-2kg”
虽然这在文献中被多次提及，但通常没有引用，笔者无法找到这一说法的原始来源。然而，在大多数情况下，这不太可能是真的。大多数人类微生物群居住在结肠中，这些微生物通常占粪便固体重量的不到一半。在一项针对猝死患者的小型研究中，人类粪便的平均重量小于200g(湿重)，结肠内容物总重在83g至421g之间。因此，除了极少数严重便秘的人在结肠中有极其紧实的粪便外，人类微生物群的总重很可能小于500g，在某些情况下甚至可能远远低于这个数字。
“微生物群的数量是人类细胞的10倍”
这个神话可能是人类微生物组文献中最普遍的一个，也是笔者过去不加批判地重复的一个(可悲的是，笔者也不能对神话免疫)。然而，出色的工作表明，这个神话似乎起源于20世纪70年代的一个“信封背后”的计算。更详细的分析表明，真实的数字虽然仍然令人印象深刻，但可能更接近1:1。值得注意的是，这一比例可能因人而异，并取决于宿主的体型和结肠的粪便量等因素。目前的估计也主要基于对生活在高收入国家城市化环境中的成年人的观察。更全面的估计将需要研究来自低收入或农村地区的个人，也需要研究整个生命历程。
“微生物群是在出生时从母亲那里遗传的”
虽然这种说法的变体在科普文章中比在科学文献中更常见，但它是描述人类微生物组时细微差别极其重要的一个例子。尽管一些微生物在出生时直接从母亲转移到婴儿，但在比例上，很少有微生物群是真正“可遗传”的，并在后代中从出生到成年持续存在。事实上，肠道菌群多样性的大部分扩充发生在出生后，即生命的最初几年，并在断奶后急剧增加(图1)。每个成年人最终都有一个独特的微生物群构成，即使是在同一家庭中长大的同卵双胞胎。因此，尽管微生物群组尚未完全了解，但成人微生物群落似乎主要由先前的随机环境暴露以及多种其他因素(如饮食、抗生素治疗和宿主遗传)塑造，而出生时来自母亲的直接“遗传”起着同样较小的作用。
图1 人类肠道菌群的多样性在出生后的几年里急剧增加。
多样性(根据观察到的可操作分类单位数量进行评估)在生命的最初几年急剧增加，特别是在断奶后，在儿童期开始趋于平稳。生活在不同地理位置的个体可以观察到这种模式：马拉维(红色)、委内瑞拉(绿色)和美国(蓝色)。
"大多数疾病都有一个致病群组"
越来越多的文献声称，大多数疾病是由“病理群组”引起的。这被粗略地定义为微生物群落与其宿主之间导致疾病的有害相互作用。不幸的是，这个术语过于简单，而且本身就有缺陷。微生物和它们的代谢物既不“好”也不“坏”，它们只是存在。它们对笔者作为宿主的影响很大程度上取决于环境。在一种环境中有害的微生物或代谢物在另一种环境中可能不会造成伤害。例如，艰难梭菌可以在一生中无症状地携带，只有在宿主免疫功能低下并接受抗生素治疗时才会引起老年问题。同样，大肠杆菌菌株在结肠中可能相对无害，但如果它侵入尿道，就会引起尿路感染。因此，术语病理群组仍然是模糊的，缺乏在临床实践中真正有用所需的准确性。
然而，确实有许多人类状况已被证明与微生物群组成的改变有关。这有时被称为“生态失调”，这也是一个模糊的术语，临床适用性有限。在某些情况下，这很可能会导致疾病的进展，包括炎症性肠病，然而，这种改变很少是一致的，而且个体之间的微生物群在健康和疾病方面都存在巨大差异。这使得鉴定具有临床实践所需的特异性和可重复性的肠道微生物群构成极其困难。此外，将肠道微生物组变化与系统标志物或数据相关联充满了挑战。这通常没有考虑混杂因素，如年龄、体重指数(BMI)、性别和药物、微生物群落相互作用等因素，或由于免疫、宿主的代谢或其他功能变化，而不是直接因果关系(图2)。由于不同研究之间缺乏一致性，试图定义微生物组组成变化明确影响疾病进展的“临界点”，迄今为止在很大程度上未能产生明确的共识。因此，这是一个飞跃，目前还没有证据表明一种特征性的致病群组在“大多数”疾病中起作用。
图2 从基于相关性的微生物群研究中建立因果关系的困难。
粪便微生物群的变化与人类的一系列疾病有关。有趣的是，尽管这些疾病的性质和它们影响的器官不同，但有一些普遍常见的反复出现的微生物群特征，例如多样性减少和兼性厌氧菌如肠杆菌科的增加。这些疾病的一个共同主题是，它们经常导致局部和全身炎症水平的增加。这种炎症反过来又会消耗肠道微生物群(以及微生物基因多样性)，并允许兼性厌氧菌(如肠杆菌科)增殖。这直接影响了微生物群的代谢输出及其与宿主的相互作用。此外，还有其他宿主因素影响疾病和肠道微生物群组成，如年龄、体重指数和药物，以及宿主的代谢和免疫反应。这使得在基于相关性的研究中很难区分原因和结果。
“肥胖会改变厚壁菌门和拟杆菌门的比例”
与前一节相关，这种常用但错误的说法主要来自基于啮齿动物的研究，以及来自单一或不足的人类研究的发现。然而，与许多其他报告特定微生物群概况与疾病之间联系的研究一样，可重复性很差。事实上，现在至少有三个荟萃分析报告表明，这一发现在人类研究之间是不一致的，而且事实上，在人类肥胖中没有可复制的微生物分类特征。
这种误解也反映了在非常广泛的分类水平(如门)上检查基于测序的微生物群概况的无益倾向。虽然从数据简化的角度来看，这是有吸引力的，但它未能纳入单个门内巨大而固有的变异性。打个粗略的比方，人类、鸟类、鱼类、爬行动物，甚至海鞘都是脊索动物门的成员，但显然有着非常不同的生理、生活方式和对环境的影响。
此外，这一主张也是基于相对丰度的DNA测序数据。成分数据仍然是有用的，并且可以很好地与qPCR等技术获得的绝对定量相关联。然而，一些研究表明，当绝对微生物丰度也被考虑到分析中时，基于相对丰度的相关性可能会失去意义。今后，越来越多的绝对量化数据可能有助于使基于成分分析的结论更加可靠。
“肠道微生物群在功能上是冗余的”
这一主张源于研究表明，尽管人类宏基因组的分类组成可以有很大差异，但功能基因预测谱仍然非常一致。笔者认为这至少部分是人为的，因为这些功能比较通常是在丢弃大部分未映射到参考数据库的宏基因组数据后进行的。与这些数据库相对应的大部分基因很可能来自共同的管家基因和/或特征良好的基因，这些基因存在于许多不同的细菌中，并且在参考数据库中也有相对较好的代表性。因此，这些比较分析不能准确地捕捉到专业的或不太明确的功能。因此，真相更加微妙。尽管在许多不同的人类微生物群物种中有一些重要的功能是保守的，比如短链脂肪酸的产生，但有许多关键功能仅由相对较少的微生物群物种执行。例如草酸盐和抗性淀粉的降解。在缺乏关键物种的情况下，这些功能可能不一定完全被微生物群的其他成员所取代。
“测序是无偏差的”
尽管基于测序的方法已经改变了微生物组研究，但它们并不完美。偏差可能出现在基于测序的研究的每一步，从样本收集和储存，到基于实验室的步骤，如DNA提取，再到选择用于分析数据的生物信息学途径和参考数据库。基于测序的微生物群研究与基于培养的微生物群研究的比较表明，基于测序的方法完全无法检测到一些只能通过传统培养方法恢复的物种。基于测序的现代方法非常强大，但就像所有技术一样，它们并非不偏不倚。对于结果的最佳解释，重要的是要意识到任何给定方法的固有局限性。
“需要标准化的方法”
这一观点在微生物组学领域很普遍，并且合理地基于一种愿望，即使比较不同研究的结果更容易、更可靠。然而，如上所述，没有完美的方法，所有方法都在某种程度上存在偏倚。如果世界上的每个人都在使用同样的方法，那么每个人都同样对这种特定方法的局限性视而不见。还有一个问题是决定每个人应该使用哪种协议。例如，将人类微生物组计划的结果与MetaHIT计划的结果进行比较，结果显示微生物组谱存在明显差异，并表明人类微生物组计划方案在从真核生物和革兰氏阳性细菌谱系中提取DNA方面效果较差。事实是，“最佳”方法从根本上取决于给定样本中微生物群落的潜在构成，这在个体和身体部位之间可能会有很大差异。由于这些原因，笔者和其他人一样认为，使用其他方法优化和验证基于测序的结果比要求每个人采用相同的方法更可取。使用不同方法和研究平台进行多方面研究的另一个优势是，它们可以对微生物和宿主表型之间的关联进行更多的机制理解。报告方法选择时增加透明度将有助于比较不同研究的结果。例如，最近出版的《加强微生物组研究的组织和报告》(STORMS)指南如果得到广泛采用，将大大有助于这一进程。
“大多数人类微生物群是‘不可培养’的”
采用基于高通量测序的技术也反映了某些方面的主张，即必须使用这些方法，因为大多数与人类相关的微生物无法在实验室中培养。事实上，笔者的微生物群中相当大比例的细菌和古细菌成分已经被培养出来(病毒和真菌的代表性仍然不足)，早在20世纪70年代就有开创性的工作，建立了人类肠道微生物群中多种物种的可培养性。随着实验室的努力不断增加，更多的物种继续被培养。这意味着，目前菌种保藏的差距至少部分是由于缺乏先前的努力，而不是固有的“不可培养性”。虽然培养不可否认是劳动密集型的，有其自身的偏倚，并且经常需要昂贵的专业设备和培养基，但在培养中使用微生物有明显的优势。这些包括使机制实验成为可能，验证基因组预测，并将其发展为新的治疗方法。鉴于持续以培养为基础的工作对微生物组研究进展的重要性，令人欣慰的是，随着上述高影响力研究的发表，这一神话在最近几年变得不那么普遍了，这些研究证明了它是错误的。然而，这是一个很好的例子，说明以前被广泛接受的信条有时是不正确的。对于许多其他尚未被广泛拒绝的神话和误解来说，这是一个重要的教训。
结论
微生物组领域是广泛的，还有许多其他有争议的话题也可能包括在这里。然而，其中许多方面的知识仍在不断发展；因此，笔者主要关注那些笔者认为有强有力的证据基础来拒绝神话和误解的概念。虽然上面的一些观点可能看起来微不足道，但笔者认为这些细节的准确性很重要。如果笔者一直在小细节上重复谎言，那么在报道更重要的事情时，笔者的准确性还能靠谱吗?笔者希望，通过举例说明微生物组神话和误解的几个例子，笔者可以引起人们对微生物组文献中过度简化和缺乏批判性评估的潜在问题的更多关注。
鉴于许多潜在的健康影响，大量的资金和公众对微生物组的浓厚兴趣，如果笔者希望避免花费有限的资源研究无效的途径并破坏公众对笔者结论的信心，拒绝毫无根据的断言是至关重要的。
