Robert Koch（1843年12月11日～1910年5月27日）是德国著名的医生和微生物学家，现代细菌学奠基人，因发现了结核、霍乱和炭疽的致病菌且用实验方法证明了传染病而闻名于世，并于1905年获得诺贝尔生理学或医学奖。

19世纪晚期，Koch建立了他的著名假说，指导医学界寻找传染病的病原体。他认为，如果想证明病原体与传染病的因果关系，就要从患病个体内分离出假定的病原体，并用它重新感染健康个体。多年来，随着科学技术的不断进步，Koch假说也被一代代学者反复重申，兼收并蓄。然而，现代分子技术的最新成果表明，微生物群落也能影响疾病转归，无形中冲击了Koch最初提出的疾病与微生物之间的严格因果关系。

1种病原体=1种疾病

Koch假说认为，每一种疾病都有微生物起作用，健康个体中没有这样的微生物，从患病个体中分离出来的微生物可以重新感染无病个体，导致新的疾病。但是，Koch并没有强调必须在新的感染者体内重新分离出病原体，而这一步恰恰是完成微生物与疾病因果论证必不可少的一环，常被很多学者反复引证。

近十年来，先进的测序技术和分析工具已经实现了微生物分离株和微生物群落的全基因组测序，对Koch假说提出了新的挑战。例如，确定一种微生物的致病性时，能用基因组测序代替纯培养吗，哪怕可疑的致病菌需要在有其他微生物存在的前提下才有感染性也是如此？微生物群落在疾病的发病机制中又发挥了什么作用呢？此时，一种病原体等于一种疾病的Koch假说显然不再适用。为了解决这个问题，美国国家人类基因组研究所的两位专家Allyson L. Byrd和Julia A. Segre在Koch方程的基础上作了改良。

1种病原体+1种共生菌=无病

今天，检验Koch假说的一个场景是住院病人发生院内感染的时候。宿主体内的共生菌定植抗力（colonization resistance）可以通过直接抑制病原体或增强宿主免疫力两条途径来抵抗病原体入侵。然而，最近关于定植抗力的研究显示，特异性共生菌的存在可以改变Koch证明过的细菌致病过程。

1、直接抑制病原体

美国纽约纪念斯隆-凯特林癌症中心的Charlie G. Buffie等人2015年观察到，用抗生素治疗过的小鼠对艰难梭菌（Clostridium difficile）有不同程度的易感性。另外，干细胞移植后的患者由于接受了免疫抑制治疗和抗生素处理，也很容易发生艰难梭菌感染。通过微生物菌落测序和微生物相互作用模式分析，研究者发现，有一种梭菌Clostridium scindens是与定植抗力有关的共生菌，它能通过改变内源性胆汁酸来抑制艰难梭菌生长。把这种梭菌移植给小鼠，即可减轻艰难梭菌感染症状。这是一种共生菌保护机体免受常见病原体感染的有力证据，说明病原体不一定能导致机体患病。

2、增强宿主免疫力

2015年，美国加州索尔克生物研究所的Alexandria M. Palaferri Schieber等人在小鼠实验中发现，当小鼠肠道发生损伤或感染时，共生的大肠杆菌能防止肌萎缩。不同程度结肠炎的小鼠微生物菌落分析显示，病情较轻的小鼠体内存在大肠杆菌。把大肠杆菌O21:H+分离出来并移植给易感小鼠，可以预防结肠炎诱导的肌萎缩。类似地，在用鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）或泰国伯克霍尔德菌（Burkholderia thailandensis）感染小鼠前，如果预先移植大肠杆菌O21:H+也能减轻小鼠的肌萎缩。

随后的研究进一步证实，大肠杆菌O21:H+预防肌萎缩的作用是通过固有免疫系统实现的。这是单一共生菌通过激活免疫系统来改变传染病发病机制的一个例子。

如上所述，特异性细菌在疾病发生过程中的作用只能通过抗生素治疗和随后的微生物菌落测序来证实，这些技术上的进步可能是Koch当时无法想象的，因为他去世几年后人们才发现了核酸和抗生素。

1种病原体+1个菌落=无病

Buffie等人证实，Clostridium scindens可以预防艰难梭菌感染，但Clostridium scindens与其他三种细菌一起移植的预防效果更好。与此类似，英国桑格研究院的Trevor D. Lawley等人在2012年报道，小鼠被艰难梭菌感染后如果能及时移植正常粪便中的菌群，就能极大地缓解病情。Lawley等人甚至在正常粪便菌群中找到了六种细菌，由它们组成的菌落能抑制艰难梭菌生长，减轻艰难梭菌感染。

这些发现迫使我们思考，微生物菌落在什么条件下才能满足Koch假说的规定。菌落中的所有微生物都要一个个纯培养并且分别检测吗？可不可以同时培养一些微生物再一起检测呢？研究者都在努力创造条件，想在人工菌落中观察粪菌移植疗法的积极效果，因此，回答这些问题在复发性艰难梭菌感染的治疗中就显得尤为重要。不仅如此，人工菌落还可能用于治疗抗生素诱发的菌群失调。例如，女性口服抗生素后由于正常菌群减少，容易出现黏膜念珠菌病。如果不用传统的益生菌疗法，能否可以依靠人工菌落来重建阴道的正常菌群呢？

动态调整Koch假说

把微生物测序和培养结合起来可以有效找出影响疾病转归的微生物。测序能发现样本中的所有微生物，不必受纯培养的条件限制，根据测序结果再酌情纯培养更容易发现目标微生物。

总之，Koch假说如果能吸收微生物测序和培养的精华，那就应该包括以下几个步骤：首先进行测序，为菌落中的所有微生物分类；接着用计算机模型评估可能致病的微生物；然后靶向培养，分离出患病个体的致病菌；最后在相关疾病模型中检测分离出来的细菌或菌群。关于后两步应该强调，从患病个体的标本中直接分离出来的细菌比市场上买来的菌株更有科学准确性，因为每一个菌种都可能存在广泛变异。

随着菌群的重要性逐渐增加，科学界应该从更广泛的生物学角度来解读传染病病因，个体的基因变异、健康状况、既往感染史、微生物菌株和菌落等因素都要考虑到。在科学发展和技术进步日新月异的今天，我们必须能动地适应Koch假说，让今天的科学依然保持Koch时代的完整性。

(作者：邱梅、高石)

参考文献：Science 2016;351:224-226