中国微生物组研究期待新突破

    【科学向未来】

    在这个广袤的世界上，存在无数各种各样的微生物，但我们对微生物了解很少，甚至不知道在我们周围有什么样的微生物。世界上所有的哺乳动物和鸟类，几乎已经全部被认知，而我们认知的微生物还不到1%。要知道，我们每个人体内都有大量微生物，一个100斤重的人，体内大约有1.5斤的微生物，它们在我们体内发挥着什么作用？如何发挥作用？是否能够成为人类健康的关键因子？是否能够超越生命体的生死，影响着生命体的未来……种种问题，指引着科学家前进的方向。

    微生物组是微生物学发展史上一个重要的概念性飞跃，是指一个特定环境或者生态系统中全部微生物及其遗传信息，包括其细胞群体和数量、全部遗传物质（基因组），涵盖微生物群及其全部遗传与生理功能，其内涵包括了微生物与其环境和宿主的相互作用。微生物组学是一个崭新的学科，微生物组研究取得的成果，必将为国家经济社会发展、人类生活质量改善提供源源不断的创新活力。因此，微生物组学也是一个世界各国争相发展的战略性科技领域。

    微生物组是整个地球生态系统的“基石”之一，从人到地球生态系统的各种生态位中，几乎无处不在，且互相紧密结合，形成完整的复杂系统；微生物组的正常状态与运行，是保证系统健康的重要因素之一，一旦出现结构失衡和功能失调，系统就会出现病态。因此，目前人类面临的从疾病流行到生态恶化、气候变化等复杂系统的病态问题，背后几乎都有微生物组失调的影响。

    正是认识到微生物组的重要作用，因此，美国、欧盟、日本等发达国家和地区纷纷部署支持微生物组研究的国家计划。发达国家纷纷启动了微生物组计划。例如，美国在2016年5月宣布启动“国家微生物组计划”，将支持跨学科研究，解决不同生态系统中微生物的基本问题；开发平台技术，对不同生态系统中微生物组的认识以及知识的积累，并提高微生物数据的访问等。欧盟也启动了me taHIT计划，致力于建立人肠道微生物基因与人体健康和疾病的关系。

    不少科学家认为，鉴于微生物组研究的庞大体量和广泛内容，任何一个国家都不可能独立完成，未来很可能会形成一个类似人类基因组计划的国际大科学计划。在深入实施创新驱动发展战略的进程中，中国科学家要积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程。能否实现这一目标，从某种程度上取决于我们的相关研究处于什么水平和地位，因此，尽快启动中国微生物组研究计划就成为题中之义。

    日前，“中国科学院微生物组计划”启动，它将作为种子项目，引领“中国微生物组计划”生根发芽。而这，也是我们积极参与，并主导国际大科学计划的基础。

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“中科院微生物组计划”的5个课题

    人体肠道微生物组：初步阐明肠道微生物与宿主营养代谢的关系和机制，及其在常见营养相关性疾病发生、发展、诊断、治疗中的作用及可能的机制，同时开发相关的疾病诊断模型、微生物菌剂来预防、治疗相关疾病。

    家养动物肠道微生物组：从肠道微生物组新视角出发，发掘功能肠菌或相关代谢产物，提升动物免疫水平，建立微生物组干预新策略，解决我国畜牧业发展中面临的疫病频发等问题，在未来动物养殖抗生素替代方面能够产生显著的经济效益，同时在环境保护方面也具有积极的作用。

    活性污泥微生物组：解析活性污泥微生物组的结构与组成，揭示功能单元的形成机制，研发新型分子标记指征活性污泥微生物组功能，建立抗生素抗性基因序列数据库、活性污泥参考数据库和功能菌群互作关系分析平台，建立功能调控示范系统，为指导活性污泥微生物组功能原位调节，控制污泥膨胀，提升废水处理效能提供新思路。

    微生物组功能解析技术与计算方法学：技术方面，掌握微生物组拉曼成像技术、微生物组高通量培养技术、微生物组大数据挖掘技术；装备方面，实现菌群单细胞拉曼分选与测序耦合功能的样机、液滴阵列单细胞培养仪样机、固体纳米孔微生物多样性芯片；软件方面，发展拉曼组分析三部曲软件包、元基因组遗传变异分析软件包、单细胞基因组拼装与分析软件包。

    中国微生物组数据库与资源库：建立中华肠道微生物组样本长期稳定及高保真保藏技术；建立中华肠道微生物组菌种的高通量分离、快速鉴定及保藏技术；制订中华微生组样本库和菌种库技术规范；建立中华微生物组样本库、中华健康人群肠道微生物组菌种库、代谢综合征特征微生物菌种库等中华微生物组菌种库，收集、整合菌种资源超过10000株，物种数量超过500种。构建中华人肠道微生物组、亚健康微生物组等数据管理平台及数据库，建立高质量的中华微生物组参考数据库，建立微生物群落研究的功能组学新技术及整合分析平台，实现大规模数据及分析结果的可视化。