厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)這個“密(mi)室”，專(zhuan)治腸道(dao)微(wei)生物(wu)的“神秘(mi)病(bing)”！

腸道(dao)，這個人(ren)體(ti)內(nei)長達(da)數米、表(biao)面積堪(kan)比壹(yi)個籃球(qiu)場(chang)的復(fu)雜管(guan)道(dao)，正逐(zhu)漸成為(wei)生命科(ke)學(xue)研究的“明星(xing)"地帶(dai)。而腸道(dao)微(wei)生物(wu)，這些(xie)與(yu)我(wo)們共生、數量甚(shen)至超(chao)過(guo)我(wo)們自身(shen)細(xi)胞(bao)總(zong)數、基(ji)因數量更是(shi)人(ren)類基(ji)因數萬倍的微(wei)小居民，更是(shi)其(qi)中最引人(ren)入勝(sheng)的主角(jiao)。它(ta)們參(can)與(yu)消(xiao)化(hua)、調節(jie)免疫(yi)、影(ying)響代謝(xie)，甚(shen)至可能與(yu)情(qing)緒、行(xing)為等(deng)生理功能(neng)息(xi)息(xi)相(xiang)關。然(ran)而，想(xiang)要深入(ru)探(tan)索這些(xie)“神(shen)秘(mi)房客"的世界，壹(yi)個關(guan)鍵的挑戰首(shou)先(xian)必(bi)須(xu)被(bei)克服——它(ta)們中的大多數是“怕氧"的厭(yan)氧菌(jun)。而厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)，正是(shi)科(ke)學(xue)家(jia)們用來(lai)打(da)開(kai)這扇“密(mi)室"大門(men)、讓(rang)這些(xie)微(wei)生物(wu)“現身(shen)"並進行(xing)研究的得力(li)助(zhu)手。

為(wei)何腸道(dao)微(wei)生物(wu)“怕氧"？

地球(qiu)大(da)氣中約21%的氧氣，對於(yu)人(ren)類和(he)大多數動植(zhi)物是(shi)生命之(zhi)源(yuan)，但(dan)對於(yu)許(xu)多腸道(dao)微(wei)生物(wu)來說，卻是(shi)危(wei)害。這是因為它(ta)們在漫長的進化(hua)過程(cheng)中，適應了(le)腸道(dao)內幾(ji)乎(hu)缺氧的環(huan)境。它們的細(xi)胞(bao)內(nei)缺(que)乏(fa)分解有(you)毒(du)氧自由(you)基(ji)的酶系(xi)統(tong)，壹(yi)旦(dan)暴露在氧氣中，這些(xie)活(huo)潑的氧分子(zi)就會(hui)破(po)壞它們的細(xi)胞(bao)膜(mo)、蛋白(bai)質(zhi)和(he)遺傳物(wu)質(zhi)，導(dao)致(zhi)細(xi)胞(bao)損(sun)傷(shang)甚至死(si)亡(wang)。因此，要研究這些(xie)厭(yan)氧菌(jun)，就必(bi)須(xu)為(wei)它們創造(zao)壹(yi)個與(yu)腸道(dao)內環(huan)境相(xiang)似(si)的、嚴格無氧的生長環(huan)境。

厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)：微(wei)生物(wu)的“避風(feng)港"

厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)正是(shi)這樣壹(yi)個專(zhuan)門為厭(yan)氧微(wei)生物(wu)設計(ji)的“避風(feng)港"。它(ta)的工(gong)作原理看似(si)簡(jian)單，實則(ze)精妙：

嚴格除氧：培(pei)養(yang)箱(xiang)內部(bu)通(tong)過特(te)定(ding)的混合(he)氣體(ti)（通(tong)常(chang)是(shi)氮(dan)氣、氫(qing)氣和二氧化(hua)碳，其(qi)中氫(qing)氣可以(yi)在(zai)催(cui)化(hua)劑(ji)作用(yong)下與(yu)殘留(liu)氧氣反應生成水）不(bu)斷(duan)循(xun)環(huan)，並(bing)配合高(gao)效的催(cui)化(hua)劑(ji)，將(jiang)箱(xiang)內氧氣濃度降低水平（通(tong)常(chang)低於0.001%-0.1%），同時(shi)維持(chi)適宜的二氧化(hua)碳濃(nong)度(du)（模擬(ni)腸道(dao)內環(huan)境，通(tong)常(chang)為(wei)5%-10%）和溫度（通(tong)常(chang)為(wei)37°C，模擬(ni)體(ti)溫(wen)）。

持(chi)續(xu)維持(chi)：箱(xiang)體(ti)采(cai)用(yong)氣密(mi)性(xing)良(liang)好(hao)的設計(ji)，並(bing)配備氣體(ti)循(xun)環(huan)系(xi)統(tong)，確(que)保(bao)內部(bu)微(wei)環(huan)境能夠(gou)長時間(jian)穩(wen)定維持(chi)無氧、恒溫(wen)和(he)恒定(ding)的CO2濃(nong)度。

安(an)全監控(kong)：許(xu)多現代(dai)厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)還(hai)配備了氧氣和氫(qing)氣濃度傳感(gan)器(qi)、報警系(xi)統(tong)以(yi)及防爆設計(ji)，確(que)保(bao)操(cao)作安(an)全。

厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)在腸道(dao)微(wei)生物(wu)研究中的應用(yong)

有(you)了這個“密(mi)室"，科(ke)學(xue)家(jia)們才能(neng)對腸道(dao)微(wei)生物(wu)進行(xing)壹(yi)系(xi)列關鍵研究：

分離(li)與(yu)純化(hua)：從(cong)復(fu)雜的腸道(dao)樣本(ben)（如(ru)糞便(bian)、腸道(dao)內容物）中，將特(te)定(ding)的厭(yan)氧菌(jun)分離(li)出來，進(jin)行(xing)純培(pei)養(yang)。這是鑒定新菌(jun)種、研究其(qi)生物(wu)學特(te)性的基(ji)礎。沒(mei)有(you)厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)，許(xu)多重(zhong)要的腸道(dao)菌種可能永(yong)遠(yuan)“隱(yin)身"。

功(gong)能研究：在(zai)嚴格控(kong)制的環(huan)境下，研究特(te)定厭(yan)氧菌(jun)的代謝(xie)途(tu)徑（如(ru)纖維素的分解、短鏈(lian)脂肪酸的產(chan)生）、對藥(yao)物(wu)的敏感(gan)性(xing)、與(yu)宿主細(xi)胞(bao)的相(xiang)互作用(yong)等(deng)。例如(ru)，研究某(mou)些(xie)厭(yan)氧菌(jun)如(ru)何幫(bang)助(zhu)分解我(wo)們無法消(xiao)化(hua)的食(shi)物(wu)成分，或(huo)如(ru)何影(ying)響腸道(dao)屏障(zhang)功(gong)能。

群(qun)落動態(tai)分析：雖(sui)然(ran)宏基(ji)因組(zu)學(xue)等(deng)“無培養(yang)"技(ji)術(shu)已(yi)大行(xing)其(qi)道(dao)，但(dan)結(jie)合培養(yang)技(ji)術(shu)仍具(ju)有重要價值(zhi)。通(tong)過培(pei)養(yang)，可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)活(huo)菌(jun)，用於更深入(ru)的功能(neng)驗證，或(huo)者(zhe)研究不(bu)同條(tiao)件下（如(ru)疾(ji)病(bing)、飲(yin)食(shi)改(gai)變）腸道(dao)厭(yan)氧菌(jun)群(qun)落結構的變化(hua)及其(qi)原因(yin)。

益(yi)生菌(jun)與(yu)療(liao)法開(kai)發(fa)：篩(shai)選和(he)培(pei)養(yang)具(ju)有(you)益(yi)生作用(yong)的厭(yan)氧菌(jun)，研究其(qi)機制，為開(kai)發(fa)新型(xing)益(yi)生菌(jun)制劑(ji)或(huo)基(ji)於微(wei)生物(wu)的療法提(ti)供(gong)候選菌(jun)株。例如(ru)，某些(xie)厭(yan)氧菌(jun)可(ke)能有(you)助(zhu)於改(gai)善腸道(dao)炎癥(zheng)或(huo)調(tiao)節(jie)免疫(yi)功(gong)能。

疾(ji)病(bing)模型(xing)建立：在(zai)研究某(mou)些(xie)與(yu)腸道(dao)菌群(qun)失調(tiao)相(xiang)關的疾(ji)病(bing)（如(ru)炎癥(zheng)性(xing)腸病、肥胖(pang)、甚(shen)至(zhi)某(mou)些(xie)神(shen)經(jing)系(xi)統(tong)疾(ji)病(bing)）時(shi)，厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)是建(jian)立無菌動物(wu)模型(xing)並重新定(ding)植特定厭(yan)氧菌(jun)的關鍵(jian)設備。

挑戰與(yu)未(wei)來

盡(jin)管厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)功不(bu)可沒，但(dan)仍有(you)挑戰存在。腸道(dao)微(wei)生物(wu)群落極其(qi)復(fu)雜，許(xu)多微(wei)生物(wu)在體(ti)外(wai)難以(yi)培(pei)養(yang)（被(bei)稱(cheng)為(wei)“培(pei)養(yang)黑洞"），即(ji)使(shi)是在(zai)厭(yan)氧條(tiao)件(jian)下。此外(wai)，離(li)體(ti)培(pei)養(yang)的微(wei)生物(wu)行(xing)為可能與(yu)在(zai)腸道(dao)內復(fu)雜微(wei)環(huan)境中的行(xing)為存在差(cha)異。

未(wei)來的研究方(fang)向(xiang)包(bao)括改(gai)進培(pei)養(yang)技(ji)術(shu)，模擬(ni)腸道(dao)內更復(fu)雜的物理化(hua)學梯(ti)度(du)（如(ru)氧化(hua)還(hai)原電(dian)位(wei)、營養(yang)物(wu)質(zhi)濃(nong)度梯度），以(yi)及將(jiang)培(pei)養(yang)技(ji)術(shu)與(yu)“omics"技(ji)術（基(ji)因組(zu)學(xue)、轉(zhuan)錄(lu)組(zu)學等(deng)）更緊(jin)密(mi)結(jie)合(he)，以(yi)期(qi)更全面地揭示腸道(dao)微(wei)生物(wu)的奧秘。

結(jie)語

厭(yan)氧培(pei)養(yang)箱(xiang)，這個看似(si)簡(jian)單的“鐵(tie)盒(he)子(zi)"，是(shi)打(da)開(kai)腸道(dao)微(wei)生物(wu)研究大(da)門的鑰(yao)匙(chi)。它為那(na)些(xie)“怕氧"的微(wei)小生命提(ti)供(gong)了生存(cun)和繁(fan)衍的“密(mi)室"，使(shi)得我(wo)們能夠(gou)逐漸揭開(kai)它(ta)們與(yu)人(ren)類健(jian)康和疾(ji)病(bing)之(zhi)間復(fu)雜關(guan)系(xi)的神秘(mi)面(mian)紗。隨(sui)著技術的不斷(duan)進步(bu)，這個“密(mi)室"將繼(ji)續(xu)發(fa)揮其(qi)不可(ke)替(ti)代的作用(yong)，我(wo)們走(zou)向(xiang)更深的腸道(dao)微(wei)生物(wu)世界。