微生物，下一個(gè)戰略必爭“高地”？

   從肥胖、糖尿病、哮喘等人類(lèi)健康問(wèn)題到海洋“死區”等環(huán)境污染，從糧食安全到溫室氣體排放造成的氣候變暖，幾乎所有問(wèn)題的背后，都有微生物的身影。美國國家航空航天局的科學(xué)家在談到外星生命時(shí)曾說(shuō)，它們更可能是小小的微生物，而不是科幻小說(shuō)里描述的小綠人。

《環(huán)球》雜志記者/林小春（發(fā)自華盛頓）

   在我們的身體里和周?chē)�環(huán)境中，有一個(gè)物種與大腦一樣復雜、作用巨大但又尚未被充分認識，那就是顯微鏡下才能觀(guān)察到的微生物群體。腸道菌群甚至被譽(yù)為人體的“第二基因組”。

   鑒于微生物對于人體健康與地球生態(tài)環(huán)境的重要性，美國白宮5月13日宣布啟動(dòng)“國家微生物組計劃”，這是奧巴馬政府繼腦計劃、精確醫學(xué)、抗癌“登月”之后推出的又一個(gè)重大國家科研計劃。

   小小的微生物，為何能成為美國的國家級大型科研計劃？美國政府將如何實(shí)施這個(gè)計劃？最終的目標又是什么？

微生物雖小但影響巨大

   從人和動(dòng)物的腸道，到植物、土壤、海洋，微生物無(wú)處不在。最新研究認為，地球是1萬(wàn)億種微生物物種的家園，其中只有0.001%的物種被人們發(fā)現。這些微生物以群居形式存在于特定環(huán)境里，其所有成員及其遺傳信息和生命功能的集合被稱(chēng)為微生物組。

   最近10年來(lái)，人們逐漸認識到，從肥胖、糖尿病、哮喘等人類(lèi)健康問(wèn)題到海洋“死區”等環(huán)境污染，從糧食安全到溫室氣體排放造成的氣候變暖，幾乎所有問(wèn)題的背后，都有微生物的身影。美國國家航空航天局的科學(xué)家在談到外星生命時(shí)曾說(shuō)，它們更可能是小小的微生物，而不是科幻小說(shuō)里描述的小綠人。

   關(guān)于微生物的重要性，白宮科技政策辦公室副主任喬·漢德?tīng)査孤�如此形容：“如果有一件事我們可以確信，那就是微生物雖小，但它們的影響巨大�！睗h德?tīng)査孤�是“國家微生物組計劃”的主要推手，她原本就是一名微生物學(xué)家，計劃在今年7月重新回到她在耶魯大學(xué)的實(shí)驗室繼續從事研究工作。

   近些年來(lái)，微生物組的研究成果振奮人心，但是科學(xué)家對于操控它們的知識和手段仍是極度缺乏。漢德?tīng)査孤�舉例說(shuō)，什么是健康的微生物組？怎樣管理才能保持它們的穩定？我們現在連這些基本問(wèn)題都無(wú)法回答。

   為此，在漢德?tīng)査孤�的牽頭下，經(jīng)過(guò)長(cháng)達一年的調研與探討，美國聯(lián)邦機構、學(xué)術(shù)界和私營(yíng)部門(mén)的科學(xué)家完成了“國家微生物組計劃”，趕在奧巴馬政府任期結束前推出。

   總體上，這項計劃有三個(gè)宏大的目標：首先，支持跨學(xué)科研究，回答不同生態(tài)系統中微生物組的基本問(wèn)題；其次，提升發(fā)展檢測、分析微生物組的手段，以加深對微生物組的了解，促進(jìn)不同生態(tài)系統微生物組知識的共享，并加強微生物組數據的易獲取性；第三，通過(guò)科普與教育擴大微生物組研究人才隊伍。

   根據白宮公布的計劃，美國政府將在未來(lái)兩年投入1.21億美元聯(lián)邦專(zhuān)項資金作為“國家微生物組計劃”啟動(dòng)資金。除了聯(lián)邦機構外，還有數十所大學(xué)、研究機構與基金會(huì )將加入“國家微生物組計劃”，它們預計將在未來(lái)幾年投入總計4億美元的資金。

經(jīng)濟增長(cháng)新產(chǎn)業(yè)

   可以看出，通過(guò)政府自上而下的推動(dòng)，美國在微生物組領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研力量將被整合到一起，預計美國的微生物組產(chǎn)業(yè)發(fā)展將很快迎來(lái)黃金期。也正因此，漢德?tīng)査孤鼘ⅰ皣�家微生物組計劃”的推出視為一個(gè)里程碑事件。

   漢德?tīng)査孤�在“國家微生物組計劃”啟動(dòng)會(huì )議上指出，奧巴馬政府的一些優(yōu)先領(lǐng)域，比如精確醫學(xué)、可再生能源、農業(yè)與氣候變化等，都與微生物組研究“高度交叉”。

   事實(shí)上，得益于低成本高通量基因測序技術(shù)的發(fā)展、計算和成像技術(shù)的改進(jìn)，以及用于數據分析的生物信息學(xué)工具的革新等進(jìn)展，微生物組正在迅速發(fā)展為促進(jìn)經(jīng)濟增長(cháng)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

   “過(guò)去幾年我們看到這個(gè)領(lǐng)域的新公司如雨后春筍般在全美涌現，一些公司做得非常、非常成功，”漢德?tīng)査孤�說(shuō)，“我們認為未來(lái)是微生物的時(shí)代。國家的發(fā)展將有賴(lài)于在微生物組及相關(guān)科學(xué)方面的偉大技術(shù)與創(chuàng )新�！�

   美國國家科技委員會(huì )“測繪微生物組快速行動(dòng)委員會(huì )”去年11月發(fā)布的一份調研報告也指出，微生物組研究的一些領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始帶來(lái)巨大的經(jīng)濟回報。其中，益生菌產(chǎn)業(yè)的規模已經(jīng)達到3500萬(wàn)美元，預計到2023年會(huì )增長(cháng)至6.5億美元。此外，目前已有約20家公司在開(kāi)展微生物組調控產(chǎn)品的臨床研究。

   美國政府一直對微生物組領(lǐng)域進(jìn)行投資。早在2007年，美國國家衛生研究院就啟動(dòng)了“人類(lèi)微生物組項目”，至今累計投入資金2.15億美元，主要對胃腸道、口腔、鼻腔、女性生殖道和皮膚5個(gè)人體部位的微生物組進(jìn)行研究。

   有科學(xué)家評論說(shuō)，如果沒(méi)有“人類(lèi)微生物組項目”在基礎數據和方法方面的積極探索與積累，絕對不會(huì )有微生物組研究今天的火爆。

   近幾年，美國政府對微生物組領(lǐng)域的支持力度進(jìn)一步增加。美國官方2015年公布的報告顯示，2014財政年度在該領(lǐng)域的聯(lián)邦投資是2012財政年度的3倍，最近3年間的聯(lián)邦投資總額超過(guò)9.22億美元。

戰略必爭之“高地”

   自10年前微生物研究進(jìn)入主流醫學(xué)界視野以來(lái)，在《自然》《科學(xué)》《細胞》以及美國《國家科學(xué)院學(xué)報》等頂級學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表的相關(guān)論文越來(lái)越多。

   2013年，微生物對人體健康的影響研究被《科學(xué)》雜志評為當年十大突破性科學(xué)進(jìn)展之一。今年4月底，《科學(xué)》雜志又以專(zhuān)刊形式系列發(fā)表腸道菌群方面的研究。

   正是在這種微生物組研究紅得發(fā)紫的背景下，去年10月，近20名美國頂尖科學(xué)家在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)文，敦促美國推出“聯(lián)合微生物組研究計劃”，這是美國“國家微生物組計劃”出臺的直接推動(dòng)因素。

   與此相呼應，同一時(shí)間，上海交通大學(xué)微生物分子生態(tài)學(xué)與生態(tài)基因組學(xué)實(shí)驗室主任教授趙立平聯(lián)合德國與美國的兩名教授在英國《自然》雜志上撰文，呼吁國際社會(huì )攜手啟動(dòng)“國際微生物組計劃”，這一呼吁已引起中國政府的重視。

   趙立平指出，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。

   公開(kāi)資料顯示，自2005年以來(lái)，國際科學(xué)界開(kāi)展了至少8項人體微生物組計劃，包括美國人類(lèi)微生物組項目、加拿大微生物組研究項目以及日本人體元基因組項目。近年來(lái)，中國科學(xué)家也積極參與或牽頭實(shí)施了中法腸道元基因組研究、十萬(wàn)食源性病原微生物基因組計劃、萬(wàn)種微生物基因組計劃等。

   面臨可能出現的國際競爭，美國“測繪微生物組快速行動(dòng)委員會(huì )”公布的報告充滿(mǎn)了危機感：“由于目前聯(lián)邦政府在微生物組研究方面每年投入超過(guò)3億美元，美國走在這一領(lǐng)域研發(fā)的前沿。但隨著(zhù)其他國家快速擴大投資，美國的這一地位可能不能持久�！�

   趙立平則認為，微生物組已經(jīng)成為國際新一輪科技革命的戰略必爭“高地”，西方發(fā)達國家均有大量資源投入，參與研發(fā)的科技工作者與單位也日益增多，樂(lè )觀(guān)估計大約5年可以看到新產(chǎn)業(yè)形成。

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