城牆與士兵：皮膚與微生物群落

皮膚作為人體最大的器官，最主要的功能就是扮演身體內部和外界環境的介面。皮膚可以在物理上阻擋侵入、控制水份與熱交換、提供感官知覺，亦是人體複雜防禦系統的第一道城牆。防線除了要有城牆，還必須要有士兵—微生物群系。微生物群系（ Microbiome ）是某些種類上高度穩定的微生物物種與宿主長期形成的共生關係。這些微生物群落（皮膚上的群落主要由葡萄球菌、類白喉棒狀桿菌、綠膿桿菌、丙酸桿菌等組成）像士兵一樣阻擋了其他高度有害的微生物或是有毒物質入侵，並且參與皮膚細胞代謝、提供人體無法合成的必須物質，幫助免疫和自淨。雖然正常菌群偶爾會發生失調而侵入身體，但這種入侵都能夠被身體的免疫系統緩解或是消滅。

活躍的生物行為以及不斷改變的化學環境讓皮膚表面形成一個由許多動態平衡組成的生態圈。不同位置的皮膚皺摺與其上的腺體種類與分佈如汗腺、皮脂腺、毛囊都讓這些區塊產生特定的微生物聚落。環境的改變以及衛生用品的使用習慣，經研究顯示並不會影響微生物群落的高度穩定性 [1]，但化學品在皮膚上的殘留與分佈仍對個體的健康有很大的影響。因此， 2015 年由德國、美國以及丹麥共同組成的團隊 [2] ，利用質譜儀以及 16s 核糖體 RNA 定序法，配合 3D 建模來架構人類皮膚表面的微生物、代謝產物片段、以及各種化學物質的分佈圖譜。

該團隊發現個人衛生或是美妝用品中的化學物質會在特定的地點殘留，而殘留物質與微生物群落（由 16s 核糖體 RNA 定序來判定種類）的分佈會互相產生影響。個體產生代謝產物，例如某些防禦素（defensin），這類抗菌物質也會影響皮膚表面的微生物群落分佈。除了建構皮膚表面的化學與小分子圖譜，該團隊的另一個研究重點是放在微生物（主要是細菌）的種類還有與上述物質分佈之間的關係。團隊使用 16s 核糖體 RNA 定序不同個體不同位置的皮膚表面之細菌總體基因體。研究發現到這些細菌主要屬於在四個門（放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門）中的七個綱。雖然這些細菌同時也是常見於其他位置，如腸胃道，但是種類分佈密度上卻相當不同，皮膚的細菌在分類上的多樣化是最高的。藉由大數據處理並以 3D 建模做視覺化轉換，這篇論文以直觀清楚的方式表現了化學品分佈與微生物群落不僅對特定部位有強烈特異性，也因此推論每個個體都會有屬於自己的皮膚微生物的獨特指紋。而這個指紋檔案很可能與個體特殊的疾病圖譜有高度相關。

分子生物學以及基因定序方面的研究改變了許多我們對皮膚微生物環境的認知，目前熱門的方向是宿主化學環境與微生物群落間的關係。皮膚作為最外的城牆防線，上面的士兵能不能盡忠職守，或是平衡被破壞，一夕之間兵變為匪而造成皮膚疾病與二次感染是非常重要的課題。宏觀的基因體定序分析可以讓我們了解單獨的細菌基因作用，配合表面模型的建立還有對環境參數影響的認知，這項研究解答了微生物如何達成皮膚環境的平衡，提供可能的因素會導致這些微有機體的差異，幫助我們更認識這五萬億個防衛第一線的小小士兵。