微生物組是微生物群落里所有基因組信息的總和，它決定著(zhù)一個(gè)群落能夠執行怎樣的功能。深入研究和解析微生物組的信息總量、分布特征和表達規律，是解決當前能源、農業(yè)、醫療等領(lǐng)域中諸多難題的關(guān)鍵，具有不可估量的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
當前的微生物學(xué)研究如同‘盲人摸象’，由于各國的研究方法和標準不統一，使得數據難以比較及整合，這種‘碎片化’現狀造成資源的極大浪費。
具有獨特生理代謝優(yōu)勢的微生物，在解決地球各類(lèi)危機中所起到的作用已完全超乎我們的想象——從污水處理到氣候變暖，人類(lèi)如今所面臨的能源短缺、環(huán)境污染、糧食安全、疾病流行等幾乎所有問(wèn)題的背后，都少不了微生物的參與。
如何通過(guò)微生物組研究化解危機？日前，中、美、德三國科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)文呼吁，要想搞清楚微生物如何影響人和地球的健康，需要全球科學(xué)界集結一支多學(xué)科背景的國際研究隊伍，啟動(dòng)“國際微生物組計劃（IMI）”。
本文中小編盤(pán)點(diǎn)了微生物組研究的相關(guān)進(jìn)展。
【1】Cell Host Microbe：腸道細胞利用microRNAs控制微生物組
物學(xué)前沿之一就是談?wù)摬倏v我們的腸道微生物組（microbiome）。這聽(tīng)起來(lái)像一個(gè)大膽的想法，但它看起來(lái)像是我們可能一直就在修改我們的微生物組，甚至都沒(méi)有意識到這一點(diǎn)。一篇新的來(lái)自美國哈佛大學(xué)醫學(xué)院的Howard Weiner、Shirong Liu及其研究團隊的論文提示著(zhù)我們的腸道細胞早就知道如何利用miRNAs（microRNAs，微小核糖核酸）控制我們體內的細菌。
我們知道糞便中的miRNAs可作為疾病的生物標志物。為了觀(guān)察正常條件下miRNAs是否存在于糞便中，研究人員獲取人和小鼠糞便樣品，在這兩種樣品中發(fā)現了大量的miRNAs：（1）在腸道的不同部分，miRNAs譜是不同的；整體而言，回腸中的miRNAs要比結腸中的多；（2）無(wú)菌的或者接受抗生素治療的小鼠具有更多的miRNAs存在于糞便中，但是患有葡聚糖酸鈉（DSS）誘導的結腸炎的小鼠因這種疾病殺死腸上皮細胞而具有更少的miRNAs存在于糞便中。
【2】風(fēng)險！微生物組可能泄露個(gè)人隱私
研究人員發(fā)現，通過(guò)寄居人體的微生物集成DNA，能夠特異性地識別出個(gè)人的身份，這就產(chǎn)生了個(gè)人隱私問(wèn)題。
這項發(fā)現刊登于5月11日的《美國國家科學(xué)院期刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。文章指出，在一項匿名試驗研究中，通過(guò)寄生于人體的微生物（即其微生物組），很有可能識別出個(gè)人身份，從而泄露某人的健康狀況、飲食以及種族等細節信息。無(wú)獨有偶，4月29日發(fā)表于《基因組研究》（Genome Research）的一項研究也聲稱(chēng)，在由NIH維護的公開(kāi)性微生物組DNA數據中，也含有具備潛在辨識性的人類(lèi)DNA。
當然，兩篇論文均未依據微生物組的信息披露出受試者的姓名——估計目前這么做也會(huì )很困難——但他們有提出，這種具有引導性的微生物組研究應該得到備案。
【3】Cell：人體微生物組是一個(gè)巨大的天然“藥物分子庫”
近日，發(fā)表在國際著(zhù)名雜志Cell上的一篇研究論文中，來(lái)自加利福尼亞大學(xué)的研究人員通過(guò)研究發(fā)現人類(lèi)機體中的細菌或許可以幫助我們制造出成千上萬(wàn)種分子，比如藥物分子等，這些細菌或可以幫助科學(xué)家們開(kāi)發(fā)治療許多人類(lèi)疾病的靶向療法。
文章中，研究人員純化了一種名為lactocillin的新型抗生素并對其結構進(jìn)行了解析，這種抗生素就是由加氏乳桿菌產(chǎn)生的，而加氏乳桿菌是生活在女性陰道中的一種細菌，在女性陰道中其可以分泌產(chǎn)生lactocillin，以此來(lái)殺滅陰道中的致病菌。Michael Fischbach教授表示，人類(lèi)機體中的細菌對于開(kāi)發(fā)新型藥物分子非常重要，對于維持人類(lèi)健康更重要。我們常常認為使用的藥物都是由藥物公司合成的，其實(shí)并不總是這樣，人類(lèi)機體的微生物群或許也是一個(gè)原始的天然“藥廠(chǎng)”。
【4】The Scientist：肺部微生物組決定你的健康
相比于腸道微生物組，肺部微生物組研究落后了10到15年。近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現，肺部微生物組對呼吸道健康起著(zhù)重要作用，肺部微生物組研究也逐漸受到了科學(xué)家們的重視。
近年來(lái)，肺部微生物組對呼吸道健康的重要性逐漸受到了科學(xué)家們的重視。The Scientist雜志特別撰文介紹了這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。
如果將人類(lèi)的消化系統看作是從口腔延伸至胃和腸道的一條河流，那么肺就是河流旁的湖泊，常常被湍急的水流波及，密歇根大學(xué)的Gary Huffnagle說(shuō)。Huffnagle研究肺部菌群已經(jīng)有十年了，“持續有來(lái)自于口腔的細菌流入肺部，”他說(shuō)。但肺也可以通過(guò)纖毛活動(dòng)和咳嗽將細菌向外排出，這使肺部的微生物組成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的社群�！�
【5】Nature：人類(lèi)微生物組計劃揭示機體微生物群落之間的關(guān)聯(lián)及動(dòng)力學(xué)特性
近日，刊登在國際著(zhù)名雜志Nature上的一篇研究論文中，來(lái)自美國密歇根大學(xué)的研究人員通過(guò)研究闡明，在健康人機體中不同類(lèi)別的細菌也會(huì )發(fā)生多樣性的變異；研究者Patrick D. Schloss表示，理解微生物群體的多樣性以及單一類(lèi)型細菌“變型”的機制將幫助我們更好的利用這些微生物群體來(lái)估測人類(lèi)疾病發(fā)生的風(fēng)險以及開(kāi)發(fā)新型個(gè)體化療法。
研究者表示，基于個(gè)體口腔的細菌群落數據就可以預測該個(gè)體胃腸道中的細菌群落類(lèi)型，而且在機體兩個(gè)不同位置的細菌類(lèi)型也完全不同�？茖W(xué)家們開(kāi)展人類(lèi)微生物組計劃就是理解人類(lèi)機體微生物群落的改變和健康改變之間的關(guān)聯(lián)。
該計劃中超過(guò)200名科學(xué)家花費了5年時(shí)間對來(lái)自300個(gè)健康成年個(gè)體的樣本進(jìn)行分析，這些樣本來(lái)自于個(gè)體機體中的28個(gè)不同位置，包括口腔、鼻子、腸道、耳朵以及肘部等。研究者對這些樣本進(jìn)行研究來(lái)揭示是否以母乳喂養的個(gè)體和腸道微生物的不同類(lèi)型相關(guān)等。
【6】Nature：腸道—微生物組—腦連接
在人類(lèi)病人和小鼠中進(jìn)行的研究表明，腸道微生物失衡會(huì )影響各種社會(huì )、情感和焦慮樣行為。有趣的是，腸胃（GI）問(wèn)題在孤獨癥譜系障礙（ASD）中很常見(jiàn)，后者是社交缺乏和刻板行為有關(guān)。發(fā)表在《細胞》雜志上的一項研究提供了證據，表明共生的腸道細菌的改變在A(yíng)SD的小鼠模型中導致某些行為異常，強調了益生菌治療在此類(lèi)疾病中的潛在好處。
Hsiao等人研究了母系免疫活化（MIA）小鼠模型的后代，它們被用來(lái)調查母系感染與ASD之間的聯(lián)系。MIA后代表現出了一些讓人聯(lián)想起ASD的行為和神經(jīng)病理學(xué)特征，并且作者發(fā)現，在3周大時(shí)，這些小鼠也表現出了腸道通透性的增加，以及反常的腸細胞因子分布，其特征為高水平的炎癥標志物白介素-6。
【7】J Natl Cancer Inst.：腸道微生物組降低與結腸癌有關(guān)
近期發(fā)表在Journal of the National Cancer Institute上的文章稱(chēng)，人類(lèi)腸道微生物多樣性降低與結腸癌相關(guān)。
在腸道微生物與結腸癌相關(guān)性問(wèn)題上，基礎研究與流行病學(xué)研究結論向左。所以該問(wèn)題還沒(méi)有一個(gè)很明確的結論。
紐約大學(xué)公共衛生學(xué)院的Jiyoung Ahn博士收集了47位結腸癌病人和94位性別，身高體重指數都與病人相吻合的正常人的排泄物，并從中提取了DNA。接下來(lái)科學(xué)家對所有的DNA進(jìn)行測序，確定病人組和對照組的腸道菌群的基因組。結果發(fā)現結腸癌患者體內的微生物種類(lèi)減少。
科學(xué)家進(jìn)一步分析了結腸癌患者的腸道菌群種類(lèi)。發(fā)現梭狀芽胞桿菌種類(lèi)減少，而梭狀芽胞桿菌能夠將食用纖維降解為丁酸鹽，丁酸鹽或能預防結腸癌變和炎癥反應。同時(shí)梭菌屬和卟啉單胞菌屬細菌增加，這類(lèi)細菌與口腔和消化道炎癥相關(guān)。
【8】前途未卜的國際人類(lèi)微生物組計劃
每個(gè)人體內都攜帶了數十億個(gè)細菌，它們寄居在我們的內臟、皮膚、嘴巴和鼻子，以及我們的生殖系統中�？茖W(xué)家將其稱(chēng)為微生物組，并且在過(guò)去的幾年中，“國際人類(lèi)微生物組聯(lián)盟”開(kāi)展了緊鑼密鼓的研究，目的便是搞清它們在疾病和健康中扮演的至關(guān)重要的角色。
然而啟動(dòng)該領(lǐng)域研究的兩個(gè)關(guān)鍵項目如今即將宣告結束，但是后續的工作尚未落實(shí)到位。并且也不清楚企業(yè)界、政府管理者或者公眾是否已經(jīng)準備好將對微生物的認識帶入臨床研究。隨著(zhù)有650人參與的由國際人類(lèi)微生物組聯(lián)盟發(fā)起的第三屆年會(huì )于本周在巴黎舉行，這一切都成為了新聞。該聯(lián)盟的成員包括美國國立衛生研究院（NIH）、歐洲委員會(huì )（EC），以及來(lái)自法國、日本、加拿大和其他國家的主要健康與科學(xué)機構。NIH和EC的微生物組項目——這兩家機構在過(guò)去的5年中分別提供了1.4億美元和2700萬(wàn)美元的資金——如今正處于它們的夕陽(yáng)階段，而公眾正在等待著(zhù)來(lái)自大西洋兩岸的有關(guān)未來(lái)資金動(dòng)向的消息。
【9】從專(zhuān)利和商業(yè)化角度評述微生物組研發(fā)興起
這是微生物組研發(fā)進(jìn)展系列的第一部分。通過(guò)這個(gè)系列，我們的目的在于讓讀者了解這個(gè)重要的日益增長(cháng)領(lǐng)域的發(fā)展情況以及可能的話(huà)，突出強調一下美國康涅狄格州在這種研究中所發(fā)揮的促進(jìn)角色。這一部分將提供這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的簡(jiǎn)短概述，重點(diǎn)突出知名的制藥企業(yè)和研究實(shí)驗室。未來(lái)的部分將討論將微生物組研究成果進(jìn)行商業(yè)化取得的進(jìn)展、評述一下新的微生物組相關(guān)的專(zhuān)利，同時(shí)探討一下微生物組研發(fā)存在的法律和政策問(wèn)題。
微生物組研究旨在描述生活在不同環(huán)境中的微生物。盡管這些環(huán)境的概念比較廣泛，可以是陸地環(huán)境、地球外水環(huán)境和生物學(xué)環(huán)境，但是我們經(jīng)常特定地使用微生物組這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述生活在人體內部和不同表面位點(diǎn)上的細菌。微生物組的含義可以是這些微生物本身，此時(shí)也被稱(chēng)作微生物群(microbiota)，也可以是它們的宏基因組。在人體內最富含細菌的器官---腸道內，它們的基因數量遠遠超過(guò)人基因組中的基因數量，是后者的100倍，從而為藥物干預提供有吸引力的備選方案。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease)、兒童期發(fā)作的哮喘、糖尿病、肥胖、心血管疾病、結直腸癌、抗生素相關(guān)性腹瀉就是一些涉及腸道微生物組組成變化或功能喪失的疾病。
【10】是該搞一個(gè)《國際微生物組計劃》了
“想搞清楚微生物如何影響人和地球的健康，需要啟動(dòng)一個(gè)《國際微生物組計劃》”2015年10月29日的《自然》周刊刊登了德國、美國和中國的三位科學(xué)家的建議，他們分別是德國馬普海洋研究所的 Nicole Dubilier教授、美國夏威夷大學(xué)的Margaret McFall-Ngai教授和中國上海交通大學(xué)的趙立平教授。
既然老趙摻和了這事，就讓老趙盡量用大白話(huà)給大伙說(shuō)說(shuō)我們這個(gè)《國際微生物組計劃》的建議到底想干什么吧。下面就對這份建議的主要內容做些翻譯和解讀：
首先，微生物在地球上無(wú)處不在。從美國懷俄明州黃石公園滾燙的熱泉里，到 800米冰層以下的南極暗湖里，只要去找，都能發(fā)現有微生物活動(dòng)�，F在的人類(lèi)可以說(shuō)面臨著(zhù)前所未有的各種挑戰，有化石能源枯竭危機，有傳染病和慢性病對健康的威脅，有農業(yè)歉收帶來(lái)的糧食短缺等等。毫不夸張地說(shuō)，地球微生物群落（有個(gè)時(shí)髦的新名字叫微生物組）在地球生物圈和人類(lèi)健康中起到的作用完全超乎我們原來(lái)的想像，搞清楚這些微生物組的功能和作用，會(huì )極大地幫助人類(lèi)克服目前遇到的種種環(huán)境、健康和社會(huì )危機。
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