微生物组学的创新发展与应用

人类对微生物的研究已超过百年，越来越多的研究表明了微生物在人类生产、生活中的重要作用。然而，尽管随着显微技术、成像技术、测序技术等的不断发展，人类对微生物的研究经历了从生理、生化到分子层面的演进，但我们对微生物依然缺乏了解，从数量上看目前人类所认知的微生物还不足其总量的1%。

随着人类对生命奥秘的探索越来越深入、越来越迫切，生命科学与其他科学的融合交叉也越来越密切，基因组学、蛋白质组学等研究逐步形成体系，把单个生命体作为一个复杂系统、把生态系统作为一个有机整体进行研究，已成为当今生命科学研究的主要特征，对微生物的研究也是如此。目前，学术界界定的微生物组是指一个生态系统中全部微生物资源及生命信息，包括它们与其环境中生物和非生物因子之间的各种关系。可以说，从人到地球生态系统的各种大大小小的系统中，微生物组无处不在，且互相紧密结合，微生物组的稳定结构和正常运转是人类健康、生态系统稳定的重要保障。

自2007年美国启动“人类微生物组计划”以来，加拿大、日本、法国、欧盟、中国积极参与，并先后启动了相关的微生物组计划，足以说明世界各国已将微生物组研究作为战略科技前沿领域。从研究方式看，微生物组更加强调多学科的交叉会聚和跨领域的合作研究。从技术手段看，除了培养组学、高通量测序和生物信息技术等为代表的新一代微生物学技术外，宏基因组学技术在微生物组研究中也发挥了重要作用，它运用功能基因筛选或测序分析等手段，通过对环境样品中的微生物群体基因组进行研究，对微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系进行解析。从应用前景看，目前微生物组研究主要围绕系统解析微生物组的结构和功能、厘清相关调控机制等方面开展，并逐步形成了从基础研究到应用产业化的创新链条。以被称为“人类第二基因组”的人类微生物组为例，现有研究表明人体微生物组在消化、代谢、免疫、疾病预防和治疗等方面都发挥着重要作用。目前，肠道菌群检测已经转化为临床技术，可用于癌症筛查、疾病治疗和药物开发等方面。同时，在代谢病治疗，尤其是肥胖症和糖尿病的治疗上，微生物组的研究成果也发挥了重要作用。(www.xing528.com)

为了充分地发掘和研究不同生态系统中的微生物组资源，2016年5月美国宣布启动“国家微生物组计划”以支持跨学科研究，开发平台技术，解决不同生态系统中微生物的基本问题，并提高微生物数据的访问等。我国也非常重视对微生物组的研究，《“十三五”国家科技创新规划》就将人体微生物组研究摆在了重要位置，明确提出了“开展人体微生物组解析及调控等关键技术研究”的任务。《“十三五”生物技术创新专项规划》还确定了“力争在微生物组学技术等方面取得重大突破，使相关研究水平进入世界先进行列”的目标要求。2017年12月，“中国科学院微生物组计划”正式启动，该计划汇集了国内微生物组研究领域的权威机构，包括中国科学院上海生命科学研究院、中国科学院生物物理研究所、北京协和医院等14家机构，聚焦“人体和环境健康”微生物组研究，为人类健康问题和社会可持续发展提供新的解决之道。可以预见在不久的将来，微生物组研究的相关成果和技术将更加广泛地渗透到医药、农业、能源、工业、环保等领域，成为破解人类健康、环境生态、资源瓶颈、粮食保障等重大问题的重要路径。

无处不在的微生物与人类共同生存了数百万年，它们曾造福于人类，也曾给人类造成毁灭性的灾难，始终保持着“亦敌亦友”的奇妙“平衡关系”。人类在防控烈性传染病的同时，也面对日益严重的慢性病，至今百余年来心脏病、癌症、中风仍是人类三大头号杀手。正是因为如此，人类公共卫生观念与制度也随着疾病谱的变化而变化。但是，每隔一段时期就暴发的传染病似乎不断提醒人们，传染病一直与人类如影随形，从没有远离。SARS的暴发迫使《2003年医疗处方药改进和现代化法案》生效，人类增加了许多处方药的福利。现在新型冠状病毒肺炎疫情的暴发，再次说明了医学科学无国界性，疾病是人类的共同敌人。每次传染病的暴发，人类的仓促应对说明好的卫生政策不只是宏观性、战略性的文本，而是国家与公民的琐碎细微生活密切具体的联系。人类对微生物的了解、探索任重而道远，对微生物组等前沿研究也许正是我们打开未知世界大门的钥匙，我们期待着微生物组的研究能够帮助人类更好地了解微生物、利用微生物以应对当今和未来所面临的巨大挑战。