除了跑步機、辦公桌之外，Pieter Dorrestein位於美國加州大學聖迭戈分校（UCSD）的辦公室沒有什麼特別的：一張圓桌旁圍著椅子，書架上放著期刊、報紙和書籍，此外還有兩三張他在工作中獲得的獎狀。

不過，Dorrestein喜歡邀請訪問者近距離觀看他的辦公桌。他打開電腦顯示器，這間辦公室的一個三維空間透視圖隨即出現。有四人坐在圓桌旁，其中一人是Dorrestein，畫麵上的人像是被噴濺了一些明亮的油漆。為了製作這張圖，研究人員對Dorrestein辦公室的每個地方都清潔了數百遍，包括屋子裏的人。然後利用質譜分析法分析棉簽以分辨上麵的化學物質。

這張圖揭示了這個屋子以及屋子裏的人的大量信息。Dorrestein的兩名同事是嚴重咖啡成癮者：他們的臉上和手上沾滿了咖啡因的斑點。Dorrestein並不喝咖啡，但是也到處留下了他的蹤跡，從個人護理產品到他甚至沒有意識到自己喝過的軟飲。他還吃驚地發現自己接觸過的很多表麵有殺蟲劑避蚊胺，而他至少已經6個月沒有用過這種化學品了。

除此之外，還有這間辦公室其他棲息者的簽名：寄居在人皮膚上的微生物。Dorrestein一直在利用質譜分析法查看這些由微生物產生的小分子或是代謝物，從而更加清晰地了解微生物如何形成社會，又如何與其他微生物、人類宿主以及它們所寄居的環境發生互動。

Dorrestein還分析了植物、海水、偏遠的土著部落、人類染病的肺髒等環境中的微生物社會，從而傾聽它們的化學對話：它們如何告訴彼此哪些棲息地好或是不好，或是如何為領地而鬥爭。這項研究可以辨別此前未知的微生物及其形成的有用分子，如抗生素。

“它們的應用極其廣泛。”加州大學舊金山分校格萊斯頓研究所比較基因組學家Katie Pollard說。因為很多微生物不能直接被培養和研究，她解釋說，“在原地分析這些微生物的方法完全改變了這種局麵”。它們還直接解決了斥資5.21億美元的“國家微生物組計劃”中的一些主要目標，這項計劃由美國政府於今年6月公布。Dorrestein當時也在發布會現場。

“搖滾”人生

Dorrestein在荷蘭長大，16歲時對攀岩非常癡迷。大學時，盡管他在弗拉格斯塔夫北亞利桑那大學讀地質和化學，但他依然打算追隨攀岩的激情。直到有一次攀岩時，他豁然開朗決定做點其他的事情。最後，他進入了康奈爾大學開始研究微生物如何生成諸如維生素B1等小分子。正是在那裏，他開始接觸到質譜分析法。

質譜分析法主要涉及將複雜的分子分解，將其電離，測量形成的片段的質量，它可被用於計算新分子的組成。Dorrestein利用一個條形碼進行了類比——質譜分析法能夠為一個樣本中的每個化學元素建立一個獨特的身份。

興趣使然，他到伊利諾伊大學香檳分校生化學家Neil Kelleher的實驗室做博士後。Kelleher是“自上而下”質譜分析法的先驅，在此過程中未被汙染的，而非被消化的蛋白被直接放入質譜儀中進行檢測。這種方法可以讓研究人員分辨出對蛋白質作出的微小修飾，但是過程卻很緩慢。在到達伊利諾伊大學兩個月後， Dorrestein 就研發出了一種速度更快的方法，讓他可以同時分析大量的酶。“基本上，我們當時可以將數年的工作在幾天內做完。”Dorrestein說。兩年博士後期間，他作為共同作者的論文達到17篇。“Pieter具有罕見的將創造性和驅動力結合在一起的能力，他在執行項目方麵具有難以置信的能力。”現在伊利諾伊州西北大學工作的Kelleher說。

Dorrestein在2006年成為UCSD的教職員工。在該校藥物學院主任Palmer Taylor授權購買基質輔助激光解析/電離飛行時間（MALDI-TOF）質譜儀之後，他的工作才真正開始，該設備可以讓他進行質譜分析成像。“它改變了我的世界。”Dorrestein說。

空間“十字軍”

與分析樣本中的分子一樣，質譜成像能夠提供空間信息。MALDI-TOF利用一束激光加熱及電解分子。通過在一個二維樣本上掃描該束激光，研究人員能夠捕捉到一個“圖形”，確切地顯示不同分子在樣本中的寄居位置是哪裏。這種技術可被用於分辨及定位腫瘤切片中的生物標記，但由於Dorrestein的興趣是微生物，他很好奇自己是否可以利用培養皿中的菌種對其直接進行掃描，用以觀測它們的代謝物。

此前尚未有人進行過類似研究。Dorrestein懷疑別人可能是擔心其昂貴的質譜儀被弄髒。“將微生物直接放在設備上，這樣做確實會比較髒。”但他還是請研究生Sara Weitz進行了一次簡單的實驗，對一群芽孢杆菌進行掃描。

這次成像表明該方式的確可以發揮作用。隨後Dorrestein將成像結果發送給得州農工大學微生物學家Paul Straight。“我敢肯定他看到結果後一定連嘴都合不攏了。”Dorrestein說。於是，兩個團隊對相鄰生長的芽孢杆菌群和天藍色鏈黴菌群進行了成像。通過探索這些微生物群相互作用的空間，他們發現了微生物用來相互競爭的分子。

在視覺上觀測到這些微生物的“軍事競賽”之後，Dorrestein表示，這讓他想起了1928年亞曆山大·弗萊明（發現第一種抗生素青黴素）從一個模具中隔離出培養皿中殺死細菌的盤尼西林（即青黴素）的一幕。

於是，Dorrestein決定將其實驗室的關注點聚焦到這一方法上。觀察髒樣本的問題是它們會產生混亂的數據。通過掃描微生物全貌，可產生數以千萬計的條形碼，但它們究竟與什麼相符合卻並不知道，因為它們從未有過注解。

為了讓這些混亂的數據合理，Dorrestein和UCSD計算生物學家Nuno Bandeira合作，研究一種對條形碼和分子進行分類的方法，從而了解這些微生物與其他已經得到了解的微生物之間的關係。這讓研究人員開始通過計算的方式預測數千種代謝物的結構和功能。但是注解仍然有一些短板：盡管全球成千上萬的科學家在進行質譜分析研究，但大多數科研人員隻對他們感興趣的少數幾種分子進行注解。

因此，從2014年開始，Dorrestein和Bandeira實驗室的研究生王明訓（音譯）開始研發一種眾包注解方法。他們啟動了全球天然產物分子社交網站，這個數據庫和數據分析工具可以讓研究人員解開相關分子之間的關係，將那些類似的分子歸為一類，並對相關集合進行對比。“他做的這件事對微生物學領域產生了很大裨益。”華盛頓裏士滿太平洋西北國家實驗室生物學主任Janet Jansson說。

團隊的力量

Dorrestein成功的關鍵點之一正是合作。Rob Knight是微生物DNA和RNA測序領域的帶頭人，他和Dorrestein合作利用質譜分析協調測序。去年，Dorrestein實驗室的一名博士後Amina Bouslimani用棉簽從一名男性和一名女性誌願者處兩次收集了身體400個位點的化驗標本。其中一次從各個位點收集的樣本進入了Knight的實驗室，並在那裏被測序。另一批標本則要通過質譜分析辨別其中天然的以及人工的與微生物共存的化學元素。

Bouslimani正在分析采集自誌願者手部和個人物品如手機上的樣本。Bouslimani和Dorrestein認為，這可能會在法醫學領域產生廣泛應用。“或許這些化學標誌能夠幫助研究人員縮小範圍，了解究竟誰在那裏。”Bouslimani說。

去年，Dorrestein還和紐約大學微生物學家Maria Dominguez-Bello等人合作，他們希望了解那些遠離發達世界的人的皮膚及其微生物多樣性看起來是怎樣的。他們從巴西北部的瑪瑙斯偏遠的部落以及坦桑尼亞的哈紮人那裏采集了樣本，並將其與收集點附近非部落居民的樣本進行了對比。研究人員利用Dorrestein的質譜分析技術發現，那些居住在原始部落中的人與以現代生活方式生存的人相比，擁有更多微生物群和皮膚化學元素。

無論何時，當Dorrestein談論這種技術能夠如何評估海洋的健康狀況或是提高農業的效率（這是溫室氣體排放的主要貢獻之一）時，他總是身體向前傾斜著，幾乎踮著腳尖講話，興奮之情溢於言表。當被問及他會優先選擇哪個項目時，他首先提到了人體健康。“對我們來說，這是這種技術非常明顯的、直接的用武之地，我們希望幫助患者。”他說。