美国启动“国家微生物组计划”---详解“微生物组”来龙去脉

美国启动“国家微生物组计划”---详解“微生物组”来龙去脉2016年5月13日，美国白宫科学和技术政策办公室（OSTP）与联邦机构、私营基金管理机构一同宣布启动“国家微生物组计划”（National Microbiome Initiative，简称NMI），这是奥巴马政府继脑计划、精准医学、抗癌“登月”之后推出的又一个重大国家科研计划。

实际上，去年5月份，美国的白宫科技政策办公室（OSTP）发布公告称，对微生物群落或“微生物组”基本问题的研究，将有助于推动基础研究迈向广泛领域的实际应用，包括环境治理、粮食生产、营养与医学研究等。

鉴于微生物组研究在各个不同应用领域已经证实的和潜在的价值。

时隔一年，美国终于捷足先登，率先开展这项大计划！根据白宫公布的信息显示，新研究计划关注的方向主要包括如下几个方面：支持跨学科研究，解决不同生态系统微生物的基本问题；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；通过公民科学、公众参与，扩大微生物的影响力。

此次微生物研究计划阵容强大：美国能源部、航空航天局、国立卫生研究院、美国国家科学基金会、农业部都公布了相应的研究方向。

这些部门将一起展开环境微生物的研究，构成NMI的研究系统。

美国政府以往每年会投入3亿美元花在微生物研究上，NMI计划将会令这一领域的经费增长1.21亿美元。

作为对白宫这一举措的回应，投资者以及科研机构会跟进4亿美元的资助（简评：其实这些钱真心不多，中国跟进肯定是数倍的！但是官方的态度是最重要的）。

NMI计划将给我们会带来什么？这是一个很难回答的问题，如果将与人类相关的所有环境微生物和人体微生物都弄清楚，那么这将是人类认识生命历史上重要的事件之一。

同时研究工具以及手段的进步，将会提高微生物研究的效率。

微生物本身是一个巨大的知识库，它将会在很大程度上改变我们对微生物、环境以及我们自身的态度。

例如我们通过生活方式的改变，来增加微生物对人体健康带来的影响。

事实上，除了NMI计划外，目前美国和欧盟已启动的大型人类微生物研究计划还包括人类微生物组计划（HMP）和MetaHIT。

HMP 计划是由美国国立卫生研究院启动，旨在收集跟人体相关的所有微生物，探讨微生物群落的丰度对人体的影响，从而帮助我们了解其在人类健康和疾病中的作用。

MetaHIT计划是由欧盟第七框架计划(FP7)资助的子项目之一，致力于建立人肠道微生物基因与人体健康和疾病的关系。

微生物组里程碑性事件2011年，“地球微生物计划”（Earth Microbiome Project）启动，该计划旨在通过对全球典型的环境样本进行宏基因组测序，包括土壤、海洋、空气、淡水等生态系统，从而全方位地分析微生物群落的多样性及其功能。

在海洋微生物研究方面，科学狂人克雷格·文特尔（Craig Venter）可以说一直走在时代的前沿，其创立的克雷格·文特尔研究所（J. Craig Venter Institute）早在2004年就发表了关于马尾藻的基因组研究。

目前，他的研究组已在全球收集了数千份海洋资源的样本。

在2011年十大科学突破中，人类微生物组研究的新突破也被评上了，这应该是微生物组全面走向“网红”的开始吧。

2013年上半年，美英科学家预测未来可能十大科技突破，其中就有微生物组（美英知名科学家预言未来十大科学突破），这预示微生物组开始走向热潮。

同年，《科学》公布2013年度十大科学突破，微生物组研究位列第10位，名为——我们的微生物，我们的健康！2014年11月15-19日，在美国神经生物学协会年会上，科学家们还专门发起了一个论坛叫“肠道微生物和大脑：神经科学的典范转移”，表明神经科学基本理论正在发生原先基于根本假设的改变。

同时，明确提出“脑-肠轴”理论。

中国微生物组的呼声与推动者在国内，2015年，生物谷率先在国内举办肠道微生物领域的学术会议，进一步推动国人对肠道微生物的关注程度，2016年是第二届（2016年（第二届）肠道微生物组与临床应用研讨会在上海沪西大剧院圆满闭幕）。

同时，去年上海交通大学教授赵立平教授就大声疾呼成立全球性肠道微生物联合组织，同时，赵立平因为在肠道微生物方面的研究当选美国微生物科学院（American Academy of Microbiology, AAM）院士（Fellow）（上海交通大学教授赵立平当选AAM院士）。

赵立平教授为了普及肠道微生物知识，不惜开展科普教育，写出趣谈肠道微生物三节文章，引发高度关注（赵立平教授趣谈肠道微生物：肥胖细菌狩猎记(1-3节)）。

把肠道微生物从科学领域推向公众领域，引发更多学者的关注。

此次美国微生物组计划刚一启动，赵立平教授又公平提出启动“中华民族人体微生物组计划”（赵立平：关于尽快启动“中华民族人体微生物组计划”的建议），赵立平教授这些不遗立的推动与呼吁，推动了中国微生物组领域的快速发展。

什么是微生物组？不可思议的微生物微生物一词来自英文Microorganism，指生活在显微尺寸下的生物，可以是单细胞或多细胞生物，包括：细菌、真菌、病毒以及一些小型的原生动物等等。

从1674年列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek) 发明显微镜开始，微生物逐渐被人们科学地认识，曾经有报道指出地球上存在1万亿种微生物，但其中只有非常小的比例被人描述过。

从对流层顶部的大气层到海洋深处，从冰山之巅到生命禁区的沙漠之深，从近百摄氏度的海底火山口到高盐的盐湖，都有微生物的身影。

在我们的身体上，微生物从皮肤到我们的肠道，凡是跟外界接触的地方都有它们的存在。

微生物比人类更早的出现在地球上，它们无孔不入、无处不在。

目前，美国航空航天局（NASA）的科学家在追寻宇宙微生物的存在。

地球上存在1万亿种微生物，但其中只有非常小的比例被人描述过特别福利：关注免疫细胞研究微信号，回复：王博士，可以获得最新Microbiome讲座ppt全文下载链接微生物对人类的重要意义微生物组（Microbiome）是指一个特定环境中的微生物群，它们生活在一定环境空间，相互影响并彼此平衡，从而形成了相对稳定的生态环境。

微生物不仅能保持生态系统的健康功能，并且影响人类健康、气候变化、粮食安全等。

部分功能性微生物还与人类的慢性疾病相关，如肥胖、糖尿病、哮喘等。

它们在农业生产力、生物燃料的生产以及食品加工等领域也发挥重要作用。

事实上，人类对微生物最早的认识，可能是食用发酵变质后的食物引起中毒时的痛苦记忆。

后来人类就开始学会使用酵母菌来发酵生产易于消化的食物，如面包、醋和酒类等。

自200年前发酵工业兴起之时，人们开始大规模使用工业微生物，其中著名的是酵母菌以及生产各种抗生素使用的工业菌。

利用微生物生产阿片类药物以及紫杉醇、青蒿素等药物，也已不再新鲜。

有科学家在研究通过微生物来生产人类需要的所有食物、药品、消耗品等生活所需。

目前，基于工业微生物的发酵工业产值已经超过4000亿元，而且人类对工业微生物的需求还在扩大。

在人类曲折的历史上，微生物也引发了造成大量死亡的流行性疾病，如黑死病、流感、疟疾等。

虽然很多微生物是人类的致病原，但我们也应看到，它们也可产生像青霉素这样的抗生素。

随着科技的发展以及知识的更新，人们逐步利用微生物来生产疫苗、抗生素等，帮助人们战胜传染病。

肠道微生物是近些年的研究热点，它们寄生在人类肠道中，数量是我们自身细胞的数倍。

虽然人类很久以前就已了解到肠道微生物跟人类的关系密切，但直至近些年来，研究者才揭示肠道微生物在人类健康和疾病中起到重要作用。

通过与我们的大脑的关联，肠道菌群既可控制人类的情绪，还影响我们对食物的喜好。

在人体免疫系统方面，研究者发现它们在免疫发展的过程中起到重要作用。

微生物还与人体呼吸性疾病、衰老以及癌症关系密切。

在药物使用方面，研究者也在关注肠道微生物与抗生素、免疫治疗的关系。

实际上，研究者已把肠道微生物作为用药的对象来对待，肠道菌群俨然已是一个不可忽视的器官。

研究迅速，了解有限显微镜的出现，让人们可以观察微生物的形态。

随着各种微生物培养技术的成熟，人们可以对微生物持续的观察，并根据形态等特征进行分类。

DNA 测序和分子遗传学的发展，使得16sRNA基因测序成为微生物分类的主要研究方法。

而高通量测序技术（Next Generation Sequencing，NGS）的出现则让大量鉴定微生物成为可能。

最近5年，微生物组的研究经常是顶级学术杂志的常客，甚至每一期的杂志都有微生物群落的论文发表。

但对于地球上究竟有多少种微生物这一基本问题，至今依然没有人能给出具体的答案。

不仅因为微生物的数量庞大，种类繁多，另一方面，也是因为研究手段的缺乏，例如仅仅1克湿的土壤中就可能含有1010～1011个微生物个体，种类也可能超过1.6万种。

如果我们想理顺它们的功能以及相互间的关系，那么这一问题则更为复杂，期待NMI计划能够让我们窥探微生物更多的秘密。

小小的微生物，为何能成为美国的国家级大型科研计划？美国政府将如何实施这个计划？最终的目标又是什么？启动资金超5亿美元微生物存在于人体、植物、土壤、海洋等各种环境中，这些微生物群落的集合被称为微生物组。

美国国家科学院院士、夏威夷大学太平洋生命科学中心主任玛格丽特·麦克福尔－恩盖告诉新华社记者，当今这个时代人类面临的挑战，包括养活众多的人口、生产可持续的能源、保护环境或减缓对环境的破坏，以及人类健康，都与生物学相关，可以从微生物世界中找到解决方案。

最近10年来，人们逐渐认识到，从肥胖、糖尿病、哮喘等人类健康问题到海洋“死区”等环境问题，从农业生产到气候变化，或多或少都与微生物组相关联。

肠道微生物组甚至被称为人体的“第二基因组”。

鉴于微生物组对人类与环境健康的重要性，奥巴马政府虽然任期将至，仍决定推出“国家微生物组计划”。

当然，这与白宫科技政策办公室副主任乔·汉德尔斯曼的大力推动也有直接关系。

汉德尔斯曼原本就是一名微生物学家，计划在今年7月重新回到她在耶鲁大学的实验室继续搞研究。

根据白宫公布的计划，美国政府将在未来两年投入1.21亿美元“国家微生物组计划”联邦专项资金作为启动资金。

除了联邦机构外，还有数十所大学和研究机构将加入“国家微生物组计划”，它们将在未来几年投入总共4亿美元的启动资金。

总体上，“国家微生物组计划”有三大目标：首先，支持跨学科研究，以回答多样化生态系统中微生物组的基本问题，如什么是健康的微生物组；其次，开发检测、分析微生物组的工具，如实时检测空气、土壤、水或人体微生物的手持传感器；第三，培训更多的微生物组相关工作人员。

微生物组科技必将引发新一轮产业变革从科学发展角度来看，为揭示生命奥秘和生态圈运动规律，已经到了必须从系统科学理论的基本观念出发，搞清楚微生物群体活动的微观机制与宏观生命现象联系的时候。