為什麼抗生素會讓動物長高長胖？我們研究的目標在於，將先前在畜牧場觀察到牲畜體重身材增加的情形，在實驗室複製出來，然後梳理出其原理。為了處理這些問題，我們動用了很大的團隊。有幾位科學家在團隊中擔任要角，包括醫生兼腸胃病學研究員趙日承（Ilseung Cho，音譯），以及學士後學生蘿莉．考克斯（Laurie Cox）。
蘿莉的論文計畫以「老鼠模型」（mouse models）老鼠模型是種根據「老鼠和人同為哺乳類，因此生理狀況也一樣」的想法發展出的理論。實驗室中用老鼠來研究人類疾病預防和治療的方法；這種以老鼠生理為人類生理的模型，叫作「老鼠模型」。）為主題，她從十四歲起就開始在父親的公司研究細菌，她父親的公司產製供臨床細菌學實驗用的相關產品。另外，還有大學畢業生雅兒．諾貝爾（Yael Nobel）。要是沒有這些聰明而又專心致志的實習生，我將無法驗證自己的種種觀念。整個研究追尋的過程還有很多人的參與，從趁著暑假來工作的高中生、大學生，到能獨立進行研究的大學生，以及全世界各地來訪的學者都有。
2007年，經過連番的努力，我們建立起一個可行的模型，並開始進行完整的「農場餵食抗生素」的實驗。我們將四種低劑量抗生素注入老鼠的飲水罐裡面；這四種低劑量抗生素的處理被稱為STAT（subtherapeutic antibiotic treatments）。我們只觀察母鼠，不觀察公鼠，因為公鼠常常打架，不利於研究工作。初期的結果看起來不怎麼樣，STAT鼠和對照組兩者體重並無差異。
我們告訴日承的研究委員會說，STAT鼠體重並沒有比較重。其中一位專家問說：「那麼，牠們的身體成分有沒有什麼不同？」他指的是老鼠的身體脂肪、肌肉和骨骼的比例構成。這部分我們不清楚。
他接著問：「何不做一下DEXA掃瞄，搞清楚這部分？」
DEXA掃瞄？DEXA指的是「雙能量X光吸收儀」（dual-energy X-ray absorptiometry），這種儀器專門為女性做骨質檢測，看看是否罹患骨質疏鬆症。但是DEXA檢查也能告訴我們身體脂肪量和肌肉量有多少。
這種檢測果然非常關鍵。我們發現全部四組STAT鼠的脂肪量，都比對照組多了百分之15。這樣的差異不是「巧合」可以解釋的。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
就這樣，對於抗生素會改變新陳代謝並且影響身體組成，我們有了第一個證據。STAT鼠身體的脂肪量比對照組多，瘦肉量則是差不多。但我們意外的發現了一件事，那就是當這些老鼠7週大的時候，也就是開始吃抗生素3週後，牠們的骨質會開始快速增加。較多骨質成形代表骨骼會變粗變長，而骨架也會變大。然而到了第10週，所有老鼠的骨質量都一樣，只有被餵食抗生素的老鼠才會早早顯示出骨質受到影響。我們在後來的實驗（後面會論及）中同樣看到骨增效應，有的甚至終生如此。同樣的，這種效應並非限於特定抗生素；倘若如此，我們就會再判斷是哪一種抗生素的效果。但是這種效果卻普遍存在於測試過的各種抗生素當中。因此，這個研究結果肯定了我們的觀念，也就是除了營養改善、飲水乾淨之外，若要解釋現在的人為什麼比較高，抗生素確實是部分原因。
我們現在已經有證據證明STAT改變了老鼠的早期發育；但我們還是不知道為什麼會這樣。在老鼠的飲水中添加抗生素，為什麼會對牠們發育造成這種效果？是什麼因素使得動物變胖，並且在早期增建骨質？我們懷疑那是因為抗生素改變了老鼠腸道中的微生物構成所致。所以我們首先得去觀察那個地方，方法是檢視老鼠的排泄物。糞粒是腸道中所發生的一切之終端產物，而且每隻老鼠每一天都有這種產物可以收集。要比較同一隻老鼠前後時間的不同，或是有否攝取抗生素以及攝取不同食物的所有老鼠之間的差異，糞粒是標準材料。
另外，我們還在動物犧牲之後檢視其直腸上部，也就是盲腸。對我們的研究而言，盲腸的內容物非常重要，因為我們可以從其中看到動物活著時盲腸內存在與活動的微生物，而非只看到死在動物糞便中的微生物。由於盲腸必須以手術切取，所以我們只有老鼠死掉後一次收集的機會。不論是結腸或排泄物，老鼠和人類的腸道內容物大部分都是未消化的膳食纖維、水分和細菌，以及幾乎全屬於細菌的DNA。也因此，我們進行了所謂泛專一性細菌16S核糖體RNA微陣列（universal bacterial 16S RNA array）檢測，希望能學到更多東西。
凡是細菌都有一種製造16S rRNA的基因，製造出來的16S rRNA是細菌製造蛋白質一定要有的工具。但是，雖然所有細菌都有這段基因，可是在各類菌種的DNA序列卻不相同，譬如大腸桿菌的和金黃葡萄球菌的就不一樣。因此，只要運用泛用型放大技術，繼之以DNA產物定序，我們就可以做「是誰在那裡」的普查。這就像是在紐約或芝加哥進行普查一樣，我們能夠從普查結果知道紐約或芝加哥有多少人是老師，多少人是律師、警察或學童等等。針對現在這個案例，我們要查的是有多少梭狀芽孢桿菌、類桿菌、鏈球菌，乃至於其他數千種菌種。接著，我們再根據普查結果處理幾個重要的問題。
首先，STAT處置有沒有改變細菌的多樣性？換句話說，就是餵食抗生素的老鼠的寄宿微生物多樣性是否和對照組一樣？雖然我們可以預期兩種樣本都會有很多教師、學生和警察，因為這種人很常見，但是會不會有精算師、鋼琴調音師等稀有行業工作者呢？還是這兩種人已經掉隊了呢？
或許是因為低劑量的關係，我們發現STAT對細菌多樣性並沒有造成明顯的影響。STAT組和對照組老鼠有的「職業」種類數量都一樣。
然而，STAT組的構成──老師、警察等的相對比例──又是如何呢？我們可以做個普查，看看有什麼人在那裡。譬如說，我們原本預期這些職業的分布在紐約和芝加哥的構成比例，會比德里或北京的更接近。這是我們在腸道微生物群中發現的模型。
事情在這裡變得很好玩。不論是糞粒檢查或盲腸內容物檢查的結果，都顯示STAT的確改變了腸道微生物群的構成比例。我們預期經常服食抗生素會改變微生物群的比例狀態，但是並不知道低劑量STAT是否也有同樣影響。結果我們發現答案是「會」。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
但STAT會不會改變細菌的機能呢？答案是「會」。你吃進肚子裡的食物大部分都在小腸消化和吸收，剩下進入你大腸的食物，都是沒辦法消化的。但就是在這裡，細菌出來解救了。還記得我們說過，直腸裡有某些細菌會消化這些東西，然後製造出所謂的短鏈脂肪酸，並且由直腸吸收嗎？這些短鏈脂肪酸佔了你每天攝取熱量的百分之5到15。如果你的微生物從你「無法消化的」食物中萃取熱量的效率比較高，那麼你的營養就會比較好。你也許就會變胖。
我們檢測盲腸內容物中的短鏈脂肪酸含量，發現STAT組比對照組大很多。這表示STAT組老鼠在生命初期組織正在開始發育時，從其微生物所獲取的熱量比較多。
接下來，我們瞄準的是人體最主要的代謝工廠──肝臟。肝臟將腸道吸收的食物──包括短鏈脂肪酸──轉化成有用的產物，包括蛋白質、糖和澱粉等能源，以及脂肪等儲能分子。我們將STAT組老鼠和對照組老鼠肝臟中基因的表現做了比對。
結果我們正中目標。STAT組老鼠的肝臟，上調了製造脂肪並向周邊油脂層（寒冷地區哺乳類特有一層禦寒用的油脂層）輸送所需的基因。我們知道STAT鼠多儲存了一些脂肪，而這些脂肪當然要有個來源。這時肝臟就適得其所了。肝臟位於腸道和脂肪組織中間，佔據了重要的戰略位置；腸道是取得並生產能源之處，脂肪組織則是儲存脂肪之處。
接下來的實驗由蘿莉規劃並執行，目標是詳細檢測老鼠於幼年期吃到抗生素（我們使用青黴素）之後的結果。日承的實驗則是在幼鼠斷奶時，也就是出生約24天後給予抗生素；這相當於人類嬰兒12個月大的時候。現在，蘿莉的實驗是母鼠懷孕時就給予抗生素，藉此從一開始就改變母鼠身上（包括陰部）的微生物，如此嬰鼠一出生所接觸的微生物群就不一樣，然後我們繼續給嬰鼠吃抗生素。結果一如所料，甫一出生時就接觸不同微生物群的幼鼠，長得比24天後才接觸的幼鼠大。這變成了我們執行實驗的標準做法。
接下來，羅莉又開始進行另一種實驗，要找出幼鼠「何時」開始變胖。老鼠從一出生就長得很快。但牠們是只有幼年時才會多增添脂肪，還是會持續相當一段時日？後來的結果很清楚。我們發現公鼠在第16週開始和對照組不一樣；母鼠的脂肪則是在第20週（在老鼠相當於中年時）開始增加。但不論公鼠母鼠，脂肪一旦增加，就一輩子都在那裡。
隨後，蘿莉觀察的是這些幼鼠身上哪些菌種最多。出生後四週，對照組鼠身上以乳酸菌佔優勢──這是從母親陰部沾染來的細菌。乳酸菌佔優勢一如預期，因為這個時候老鼠才剛斷奶，此時段不論老鼠或人，都是乳酸菌佔優勢。
但是到了STAT這一組，卻是大部分乳酸菌都不見了，取而代之的是別的菌群。既然我們在第16週開始偵測到身體構成的改變，而寄宿微生物是在第4週之後開始不一樣，因此我們觀察到一個很關鍵的情形：總微生物群要先改變，身體構成才會改變。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
傑夫．戈登（Jeff Gordon）是我的同業，也是我的老朋友。他在聖路易斯（St. Louis）華盛頓大學（Washington University）所做的一系列精良的實驗研究，使我們對在紐大的發現有了新見解。傑夫是微生物學界的巨擘，研究腸胃道發育及機能多年，他的令名建立在此研究工作之上。他的研究小組把老鼠的一組基因去除之後進行研究，而去除的這組基因是負責製造瘦體素蛋白的基因。瘦體素是「我要吃東西」荷爾蒙，協助調整食欲，也幫助大腦決定要儲存能量還是使用能量。缺少瘦體素基因的老鼠叫作「胖胖」鼠（ob/ob mice），因為老鼠沒有瘦體素會變得很胖。傑夫和同事要問的是：胖胖鼠身上的寄宿微生物和正常的同窩鼠身上的一不一樣。結果答案是「不一樣」。每種老鼠腸道中的微生物群都不一樣。
接著傑夫要問的是，微生物對老鼠新陳代謝的影響是否也有改變？他把胖胖鼠和正常鼠的腸道內容物轉移到無菌鼠體內。無菌鼠的腸壁比較薄，細胞比較少，所以體重不易增加。但是，牠們要是重獲正常鼠的微生物，變回去跟一般老鼠樣一樣，會長得如何呢？後來，全世界各地新聞都針對傑夫的發現做了報導。他發現，接受肥胖鼠微生物的老鼠，相較於接受體重正常鼠微生物的老鼠，體重增加得更快。
不過這裡有一點要考慮的是，傑夫實驗所用的老鼠，從一開始就因為去除了一組基因而長得很肥胖。牠們肥胖的原因在於去除了那組基因，微生物群聚的改變是後來才發生的。儘管傑夫的研究小組將「肥胖」這個結果，歸因於微生物及其機能的改變也其道理，但我卻不認為他們闡明了根本的原因。而且，無菌鼠雖然為檢驗免疫及新陳代謝方面假設時最適合的模式動物，但卻完全是人工的系統。天然的無菌鼠或無菌人體當然在自然界不存在，但我們仍然有辦法找出宿主與微生物互動的基本原理。
我的觀點是，正常個體生命的初期，抗生素在其體內寄宿微生物當中誘發的變動，才是改變宿主新陳代謝的主要事件。（但這一點，我們一直到大約2年後，才有比較確定的證明。）
接著我們問的是，要是在STAT當中結合高脂食物，又會是怎麼樣的情形？我們都知道，不論是含糖飲料或高脂食物，近幾十年來兒童的餐飲變得豐富許多。比起前一、兩個世代，他們平均攝取的熱量比較多。我們知道老鼠吃高熱量食物會變胖，但是STAT是會助長這個趨勢，還是使之趨緩，或是沒有任何影響呢？
蘿莉把這次實驗稱作FatSTAT。實驗的結果再一次令人振奮。不出所料，老鼠吃高脂食物會變得比吃正常食物的老鼠肥胖。但是添加抗生素卻使整個情形大大不同。我們模仿現代農場餵養牲畜的方式，公鼠吃高脂食物加上抗生素的兩合食物，果然肌肉和脂肪都增多，體重增加約百分之10。但是最驚人的差異是在體脂量：公鼠吃這種食物之後，體脂量增加約百分之25；母鼠則增加足足百分之百。母鼠吃高脂食物增加約5公克的脂肪；但若吃的是高脂食物加上抗生素，則會增加10公克。牠們的體脂量加倍了。試想，一隻老鼠的總體重也才不過20到30公克，這10公克真是有夠多。
由此看來，抗生素有其效果，高脂食物也有其效果，但是兩者加起來就不只是會讓人上癮而已，而是產生了協同作用（synergistic）。對母鼠來說，牠攝食到的抗生素成為開關，把這個開關打開，高脂食物中多出來的熱量就會轉變為脂肪，而在公鼠則是多長出一些肌肉和脂肪。這兩性間的差異，我們還不清楚原因。然而，這些觀察卻和「光是現代高熱量飲食一項，不足以解釋現代的肥胖瘟疫病，但抗生素可能是助因」這個觀念一致。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
在蘿莉的論文委員建議下，我們問了另一個簡單問題。截至當時為止，對於實驗室那些STAT鼠，我們都是採取終生給予STAT。但如果是只給牠們幾個禮拜的抗生素，足不足以讓牠們的肥胖狀態持續下去？這個問題對我們子女的未來很重要。如果要長期攝食抗生素才會肥胖，這就不需要扯到我們的孩子，因為很少有人一輩子都在吃抗生素；但如果短期攝取抗生素就會造成肥胖，那當代肥胖瘟疫病或許就有解釋了。現在的小朋友，尤其是嬰幼時期的小朋友，常常因為耳道感染及呼吸道感染而短期服用抗生素。
2011年3月，蘿莉展開DuraSTAT系列實驗。之所以會叫作DuraSTAT，是因為我們要檢測的是短期服食抗生素產生的影響會持續多久。蘿莉把實驗鼠分成4組，一組從頭到尾都不吃抗生素。這1組是對照組。第2組是STAT鼠，只吃4個禮拜就停藥；第3組也是STAT鼠，吃8個禮拜；第4組還是STAT鼠，但在整個實驗期間從頭吃到尾。研究者讓所有老鼠都持續進食高脂食物6週，希望結果中能顯現出各組的差異。鑑於先前FatSTAT的實驗結果，蘿莉這次只用母鼠做實驗。
結果不出所料，從頭到尾都吃抗生素的老鼠體重比對照組重。但是吃四個禮拜和吃八個禮拜的老鼠所受到的影響，卻和吃28週的一樣。有服食青黴素的老鼠和沒吃的對照組鼠比較起來，總體重增加百分之10到15，體脂增加百分之30到60。換句話說，生命早期攝取抗生素，就足以造成終生影響；老鼠的發育確實是改變了。DuraSTAT實驗的結果和FatSTAT實驗不一樣，兩者的實驗條件（experimental conditions）也不一樣，所以不能夠直接比較。各次實驗內的各組自己互相比較才是比較合適的。這在科學研究上是個很重大的問題──研究者偏離常軌，拿某一次實驗的成效去比照另一次不同實驗的成效，卻不去看條件上的改變。但是對我們而言，兩個實驗裡看到的趨勢是一樣的：生命早期的STAT永久改變了老鼠的發育。
接下來，我們決定要研究微生物群本身。蘿莉幾乎每一天都很確實的收集每隻老鼠的糞粒。她有幾個白色盒子裝著幾千支塑膠試管，每個盒子可裝100支，每支試管裡放一粒糞粒。這樣的糞粒要18000粒才有一磅重。但由於其中蘊藏著秘密，這一磅的老鼠糞粒比一磅黃金更貴重。
蘿莉對幾百份樣本作基因定序，確定其DNA組合，並且弄清楚其微生物群結構（姑且用人口普查中的老師與警察比來比喻，只是這次詳細多了），包括稅務律師、計程車司機和標本製作師等等。
起先她檢視的是3週大、一直有在吃青黴素，且剛斷奶的老鼠樣本，然後再和完全沒吃抗生素的對照組做比較。2組的微生物群結構雖然有部分重疊，但差異很大。這完全在我們意料之中：抗生素確實影響了腸道的微生物群結構。
然後我們檢查研究期間8週取得的老鼠糞粒。現在總共有3組老鼠，一是對照組（完全不吃抗生素），一是還在吃抗生素的老鼠，另一個是吃了4週抗生素後停藥，之後4週飲用一般水的老鼠。一如我們的預期，對照組老鼠的微生物群結構和繼續吃抗生素的老鼠之間的差異，比起前面那種吃了3週的老鼠差異更大。抗生素真的有其作用。但是已經停藥的那組老鼠，其微生物群結構看起來則和對照組鼠一樣，兩者幾乎完全重疊。這表示吃4週的抗生素，對微生物群結構的影響只是一時的；這點很清楚。不過我們要記住的是，這組老鼠也是一樣肥胖。這意味著生命早期短暫服用抗生素，不但造成寄宿微生物的變動，也形成一種終生效應；而且不需要微生物群的永遠變動，就有這種效應。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
我們發現的東西非常關鍵。我相信這是目前正在我們的孩子身上發生的事情的範例。在這個生命早期關鍵性窗口打攪老鼠的微生物，足以改變牠們發育的方向。這次實驗對我的意義是，抗生素有能力改變動物的發育。當然，發育是多向度的：新陳代謝上的改變（我們用老鼠研究的就是這個）、免疫學上的改變和認知能力的改變都是。寶寶成長的時候，或是睡覺和做夢的時候，他們日後發育的脈絡已在身上的古老微生物合作之下成形了。在那個關鍵期間，即便那個變動只是一時的，卻已經造成了極大的差異。
但是我們是科學家，我們必須一直延伸故事，弄清楚細節，尋找事情發生的機制，所以我們必須回答幾個看似簡單的問題：整件事情是怎麼運作的？為什麼服用抗生素影響這麼大？是微生物受到的影響，還是青黴素直接和老鼠的身體組織產生互動，造成對身體其他方面的影響而無關乎微生物？和先前的很多實驗一樣（包括傑夫．戈登的實驗），我們也想要解答這個問題。我們的方法是把某些老鼠身上的微生物轉移到其他老鼠身上。
還記得我們前面問過的問題：體重增加是抗生素直接產生的效果，還是抗生素對寄宿微生物產生影響而有的效果？我們假定是透過寄宿微生物。但是這種假定還不是證明，若要證明我們的想法，就必須把STAT鼠或對照組鼠身上的微生物轉移到中性鼠身上，然後觀察兩者有怎樣的差異。和傑夫一樣，我們用無菌鼠來做研究。
2011年8月下旬，我們訂購的十五隻無菌母鼠以泡棉分裝為3包送達實驗室。3包無菌鼠每包5隻，都是3週大剛斷奶的母鼠。貨源公司告訴我們，這些老鼠可以保持在塑膠隔離箱中72小時。72小時已夠我們開始進行實驗，這檔實驗我們稱為TransSTAT；因為我們要把已經受到STAT影響的微生物相，轉移到這些受體鼠身上。
蘿莉從上次DuraSTAT實驗中的老鼠中選了6隻8週大的老鼠，其中3隻做為對照組，另3隻則繼續餵食抗生素。她收集這6隻老鼠的盲腸內容物，將其分成2組，一組是對照組鼠的盲腸內容物，一組是STAT鼠的。她運用自己的細菌學背景，採取了一些特別措施來維持內容物中微生物的存活。這些微生物有的對氧氣非常敏感，只要稍微暴露在氧氣之下就會死掉。接著，她把內容物注入到每隻無菌鼠的胃部。15隻無菌鼠中，7隻注入對照組鼠的內容物，8隻則是注入STAT鼠的。對你我而言，將盲腸內容物注入胃部聽起來很噁心，但實際上老鼠是食糞性（coprophagic）的動物，意思是牠們常常吃自己的糞便，也吃同窩老鼠的糞便。
現在這些無菌鼠不再是無菌鼠。牠們現在已經「俗化」（conventionalized），開始展開下一個身懷寄宿微生物的生命階段了。我們追蹤這15隻老鼠五個禮拜，總共收集了其糞便樣本4次，做各種量測──包括DEXA掃描在內。這5週內15隻老鼠完全不吃抗生素，所有的養育條件都一樣，不同的只有2組接受的微生物不一樣。
既然這15隻老鼠都還在長，牠們體重自然都會增加──這在意料之中。然而，接受STAT微生物那組老鼠增加的體重和脂肪，都比餵食對照組微生物的那一組來的多，而且這種效應還不小。STAT受體鼠比對照組受體鼠體重多出百分之10，脂肪多出百分之40。
蘿莉以這一次實驗的結果證明，STAT誘導的發育上的變化可以藉由轉變過的微生物轉移。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
STAT顯示的是會在畜牧場發生的情形，但我關切的主要是人類兒童。兒童服食抗生素很少持續吃很久的。前面討論過，兒童吃抗生素常常是短期服用，依問題（耳部感染、支氣管炎、喉嚨痛等等）以及醫生的診斷而定，通常是5到10天。我想知道短時間高劑量的抗生素是否會影響體重以及脂肪。於是我們建立了一個新的處理模式，叫作PAT，指的是「高劑量抗生素處置」（pulsed antibiotic treatment）。我們不是給老鼠吃低劑量抗生素，而是像人類小孩一樣，在幾天之內服用好幾份高劑量抗生素。
我們使用的抗生素是阿莫西林和泰樂菌素（tylosin）。這兩種抗生素佔全美兒童服用的抗生素的百分之80。然後我們選了4組老鼠，一組是完全不吃抗生素的對照組；另一組服食3次劑量的阿莫西林；第三組服食3次劑量的泰樂菌素；第四組考慮到可能會有成癮效應，所以將泰樂菌素、阿莫西林、泰樂菌素這幾種抗生素依序交替服用。
為了儘早讓抗生素進入幼鼠體內，雅兒養了幾隻母鼠，然後在牠們生育後的第10天，就把抗生素注入到牠們的飲水當中（對照組的當然沒有）。我們猜測母體會把抗生素吸收到血流中，然後進入母乳當中，進而影響幼鼠體內的微生物。這個假設果然沒錯。
幼鼠在10到14天大時第一次和PAT接觸。第28天（此時牠們已經斷奶）和37天大時，牠們都從飲水中攝取了3天劑量的抗生素。第41天，我們開始讓所有的老鼠都吃高脂食物。這樣我們就可以把抗生素誘發的差異放大。我們使用的老鼠全都是母鼠，因為使用母鼠獲致的結果比使用公鼠平均。
第28天之時，所有的PAT鼠都長得比對照組鼠快。我們在接下來的150內，對牠們的脂肪、骨骼和肌肉進行了分析。過了150天，牠們已經進入中年或初老年齡。PAT鼠顯示出肌肉量比對照組多，但脂肪量相差無幾。然而，牠們骨骼生長的情形卻是另一回事。接受阿莫西林的那組PAT鼠在整個實驗期間，都顯示骨骼面積和礦物質內容物增加。由於牠們從生命初期就開始接受抗生素，這種效果或許是永久的。再則，由於阿莫西林也是醫生最常開給兒童服用的抗生素，所以我只能懷疑這種抗生素正是造成近年青少年身高增加的主要藥物。
雅兒從這些老鼠當中總共收集了3000多糞粒，每份樣本都註明了是哪隻老鼠哪一天的糞便，還有那隻老鼠吃了什麼抗生素。在聖路易斯華盛頓大學同業的協助之下，我們仔細檢測了牠們的DNA。我們想要知道這樣的處置，對每隻老鼠的腸道微生物多樣性，產生了什麼樣的影響。
我們發現，母鼠糞粒裡平均有800種細菌其中，對照組鼠的細菌多樣性和母鼠一樣。但在吃過一份劑量的抗生素後，阿莫西林組的幼鼠有大約700種。泰樂菌素組的只剩兩百種。換句話說，一個療程的抗生素已經壓制了牠們糞便中常有菌類約3分之2，或使其消失。阿莫西林也有這種效果，只是程度比較輕微。
接著，待3份劑量的療程都結束了之後，我們開始在想菌種的豐富與生物多樣性是不是會回彈回來。結果是，阿莫西林組老鼠確實如此，因為阿莫西林本來就是比較溫和的抗生素。但是泰樂菌素這一組，菌種多樣性未再回歸正常，即使最後一份劑量結束後好幾個月，也都還是一樣。泰樂菌素把母鼠傳給幼鼠的微生物體中相當大的一個比例，永久性的壓制或掃除了。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
此外，我們還測量了微生物多樣性的「均勻度」（evenness）。均勻度夠大，代表各菌種菌數大致相當。均勻度小，則代表只有一種或幾種菌數佔優勢。若以人類社會比喻，我們可以比較的便是和平時代和戰爭時期人們從事職業的差異。承平時期，人類社會各行各業的人數，會呈現比較接近的狀態；換成戰爭時期，從軍的人就會大量增加，其他職業的人則相應減少。戰時，社會的職業結構改變很大。泰樂菌素處置給我們的就是微生物版的戰時（職種）低均勻度。PAT從老鼠生命早期，正當牠們剛要開始發育時，就永久改變了微生物群的結構。
老鼠生命初期攝食的抗生素，會對老鼠體內寄宿微生物產生影響，從而改變了老鼠的發育。我們的STAT實驗及PAT實驗釐清了其中的來龍去脈。此中故事我們上面已有敘述。但是老鼠不是人。我們想知道的是，是否已經有人把肥胖問題和孩子服用抗生素這件事連結了起來？研究兒童肥胖問題，包括新生兒體重、每天看電視的時間長度、運動量、日常飲食的細項等等且已經發表的研究很多，另也有一些人在進行幾項大型研究，但據我們所知，就是沒有人提及抗生素問題。
後來，我們的同事里奧．崔仁德（Leo Trasande）和珍．布魯斯坦（Jan Blustein）聽說英國有項研究叫作「亞蒙親子縱向研究」（Avon Longitudinal Study of Parents and Children, ALSPAC）。這項研究從1991年開始，在亞蒙公衛區（Avon Health District）徵召了14500名孕婦參與研究。這10000多名孕婦的孩子打從一出生就參與研究，成為這項歷時15年後續研究的受試群。我們特別關注的當然是這些孩子當中的肥胖或體重過重問題。
很幸運的是，研究期間每位母親都要填寫的問卷當中，有一道與抗生素相關的題目。作為兒童接觸抗生素調查的一部分，這題目問說：「你的孩子在前期當中有沒有服用任何抗生素？」這個問題中的「期」，是依照孩子6個月大、15個月大、24個月大等3個時間點，區分的幾個時期。
所有的孩子當中，幾近3分之1在出生後前6個月之內都有服用抗生素。兩歲之前有4分之3接受過抗生素治療。那麼，他們吃的抗生素有沒有創造出什麼「不同」呢？計算問題非常複雜，需要的正是里奧這種優秀的統計學家來理出其中的頭緒。要檢視抗生素的效果，里奧必須掌握寶寶初期體重、媽媽體重、寶寶吃母奶或奶粉以及吃多久等因素。
結果是，出生後6個月內就接受抗生素的寶寶比較胖，我們一點都不覺得意外。畜牧場的動物生命階段越早吃抗生素，其效應就越強。蘿莉也證明在老鼠身上，比較要緊的是生命初期服食的抗生素（不是後來服用的）；並且，如果我們要猜測哪一個時期服食的抗生素對人類寶寶的發育影響最大，那當然是寶寶出生後的最初幾個月。
畜牧場狀況、我們的老鼠實驗、對人類寶寶的流行病學研究三者的證據，都證明生命早期接觸到抗生素會改變身體的發育，導致較為粗大的身材和較多的脂肪。我們目前仍在用老鼠檢測更多的變項，但故事本身還是那麼真實，只是我們現在已經開始在為整個情節和人物填入更多更多的細節。
第一次流行病學研究之後，珍和里奧運用ALSPAC，探索那一萬多名母親分娩的方法。他們利用平行統計分析發現，相對於自然產，小兒肥胖與剖腹產的關聯比較大。除了這一項研究，另外還有幾項於2011到13年間發表的研究，探討美國、加拿大、巴西和英國的兒童，也都檢視了這個問題。所有這些研究在研究方法的設計及所發現的事情上不盡相同──譬如，我們發現幾乎所有的抗生素效應，都發生在母親本身已經變胖之後──然而，在每一群接受研究的人口中，較不好的結果都和剖腹產有關，只是或許還有其他因素一起造成。這幾項研究當中，沒有人將肥胖和剖腹產連結起來。或許未來孕婦接受剖腹產手術之前簽署的知情同意書上面會寫到：「這種手術的風險之一是，你的孩子較有可能會肥胖，並罹患腹腔疾病、氣喘、過敏……」我之所以在這裡羅列上面這幾種情形，是因為已經有可信的研究顯示，這些個現代瘟疫病和剖腹產有關。現在我們既然知道醫學手段的干預會影響孩童發育，引發這些疾病，也許便能設法防止及治療這些疾病。但首先我們必須對這些疾病做個詳盡的檢視。 （相關報導： 胖起來要人命！研究：嚴重肥胖少活10年 ｜ 更多文章 ）
本文經授權轉載自八旗文化出版《不該被殺掉的微生物：濫用抗生素如何加速現代瘟疫的蔓延》
