兩年三千萬，深挖微生物“黑科技”

　　人類認識的微生物還不足1%，微生物群體及其功能的形成過程和機制，以及驅動微生物群演化的動力等在很大程度上還是一個“黑箱”。

　　“項目執行期為兩年，總投入三千萬元人民幣，14個研究單位、30個研究團隊投身其中。通過這一‘種子計劃’的實施，為‘中國微生物組計劃’做好預研工作。”在1月12日接受科技日報記者采訪時，中國科學院微生物研究所所長劉雙江研究員說，希望在人類代謝性疾病并發癥和中草藥調控腸道微生物方面有所突破，相關成果可為人類面臨的健康、農業、環境等問題提供解決方案。

　　劉雙江所說的“種子計劃”，是指2017年12月20日啟動的“中國科學院微生物組計劃”。項目由中科院微生物研究所牽頭，整合中科院上海生命科學研究院等中科院下屬研究所和北京協和醫院14家機構，聯手攻關“人體與環境健康的微生物組共性技術研究”。

　　那么，何為微生物組，它和人類的生存與發展有什么關系？與國際巨頭同臺競爭，我國微生物組路線圖如何規劃？記者就此展開采訪。

　　超乎想象 孕育解決人類問題的關鍵技術

　　眾所周知，青霉素的發現延長了人類壽命。挖掘、利用好一種微生物，帶來的福祉可不僅如此。

　　所謂微生物組，是指一個特定環境或者生態體系中全部微生物及其遺傳信息的總和。近年來，科學家們越來越認識到微生物組研究的重要性，認為其孕育著解決人類面臨的包括健康下降、環境惡化等問題的關鍵技術和方案。

　　“微生物組在地球生態系統和人類健康中的作用超乎想象，它不僅將幫助人類克服當今面臨的生存挑戰，還能提供未來的生存之道。”劉雙江說，人類認識的微生物還不足1%，微生物群體及其功能的形成過程和機制，以及驅動微生物群演化的動力等在很大程度上還是一個“黑箱”。

　　中科院微生物組計劃，全稱為中科院“人體與環境健康的微生物組共性技術研究”，將為了解這些未知世界提供新的機遇，為呼之欲出的中國微生物組計劃的誕生發揮先導和引領作用。

　　中科院微生物組計劃下設5個課題，分別聚焦研究人體腸道微生物組、家養動物腸道微生物組、活性污泥微生物組的功能網絡解析與調節機制，創建微生物組功能解析技術與計算方法學，以及建設中國微生物組數據庫與資源庫。

　　中科院院士、中科院上海生命科學研究院研究員趙國屏此前表示，微生物組研究是一個來源于應用的課題，之前更多的是進行微生物組結構和表型的研究，隨著中科院微生物組計劃的實施，將更多地關注功能和機理研究，同時實現微生物組研究的共性、關鍵技術的突破。

　　聚焦健康 探尋“人類第二基因組”調控機理

　　中科院微生物組計劃，將聚焦人體腸道、動物腸道和活性污泥微生物組相關研究，是基于國家需求、微生物組科技前沿和百姓需求而定。

　　腸道微生物群體是人體一個尚未被充分認知的“器官”，腸道微生物基因組總和被稱為“人類第二基因組”。研究發現，人腸道中棲居多達1000種微生物，每個人腸道中平均有160種微生物物種，腸道微生物組基因數量是人體自身基因數量的數百倍，其細胞數量是人體自身細胞數量的10倍，這些微生物與人體生理狀態、健康水平、藥物療效特別是中草藥療效等密切相關。

　　“作為國際研究的熱點，微生物組與心血管、免疫、精神，特別是肥胖、糖尿病等代謝性病相關。腸道菌群失調，是推動肥胖、糖尿病等代謝疾病發生與發展的重要因素之一。”劉雙江告訴記者，當前各類微生物組研究中存在的普遍問題是，只知道相關性，不知道因果關系。科學家們還不清楚腸道微生物在人體內做了什么，它們的喜怒哀愁與人類的生老病死是什么關系，大規模人群的健康預防應該怎樣著手也還沒弄清。

　　相關性是發現機理的基礎，掌握機理后才能發展科學調控干預的辦法。劉雙江說，科學上新的調控策略和干預手段的發現，除了解決科學問題，還能創造新的技術和應用，幫助人類社會健康發展。

　　有科學家猜測，中藥與腸道微生物之間關系非常密切，它被認為是一種前藥，經過腸道微生物“加工”后發生效果，而其藥效又是通過影響腸道微生物實現的。目前雖然有一些證據佐證，但發揚和光大中國的中草藥事業和產業，需要更多的科學證據。

　　“通過中科院微生物組計劃，有望將中藥與腸道微生物之間的作用機制闡釋清楚。”劉雙江透露，中科院微生物研究所劉宏偉研究員團隊，在對靈芝的研究中發現了“抗代謝綜合征新藥分子GA7”，具有減肥、降糖、降脂和心血管保護多重藥理作用；其作用機制，與腸道微生物有關。這一自主知識產權的新藥候選分子，已于2017年7月轉讓給企業做臨床研究。

　　彎道超車 明晰國家層面的研發路線圖

　　正是由于微生物組在推動科學和技術進步中的潛在價值和重要意義，美國、加拿大等國家和歐盟先后啟動各類微生物組計劃或項目，聚焦微生物組研究。

　　2007年底，美國國立衛生研究院宣布投入1.15億美元啟動“人類微生物組計劃”，以解析微生物菌群結構變化對人類健康的影響；2016年，美國啟動國家微生物組計劃，意在開發微生物的潛在應用。

　　歐盟在微生物組方面的前瞻布局也不甘人后，2008年，斥資2120萬歐元啟動人類元基因組計劃；2016年，“腸道微生物組學聯合行動計劃”出爐。

　　“中國在微生物組領域的研究并不晚，2007—2014年間，973和863計劃約投入7000多萬元，分別攻關腸道微生態的基礎研究和技術研究。”在劉雙江看來，我國在微生物組研究主要聚焦人體，當前必須把微生物研究提高到國家戰略高度，“中國在微生物資源、生態環境多樣性、人群多元化、中草藥醫療健康等方面，具有優勢和特色，但沒有統籌布局研究計劃和項目，要從國家層面強化微生物在解決人類健康、環境保護、能源等重大問題方面的作用。”

　　值得注意的是，2017年7月，50多位院士專家支持中科院微生物所的倡議，向國家建議盡快啟動中國微生物組計劃，并得到積極回應。

　　而在2016年12月召開的香山科學會議第582次學術討論會上，與會專家達成共識，認為“是時候啟動中國自己的微生物組計劃”，以使我國在這一戰略必爭領域占據有利態勢。

　　“缺乏總體系統設計，這是我國微生物組研究面臨的一個核心問題。”趙國屏一席話道出與會者心聲。目前我國微生物組研究尚未實現對重大問題跨領域、跨部門的聯合作戰，在資源與數據方面沒有真正實現共享。同時，在研究方法和技術方面，學科交叉不夠，大數據處理和分析技術欠缺，更缺乏相關人才。

　　2017年，劉雙江和趙國屏在中國科學院院刊發表題為《中國微生物組計劃:機遇與挑戰》的文章，提出了部署中國微生物組計劃“國家需求導向、科學假設驅動、技術創新支撐”的基本原則，并建議設立中國微生物組計劃國家重點研發計劃。希望通過中國微生物組計劃的實施，主導國際大科學計劃并強化我國在相應領域的話語權，顯著提升我國科技創新和科技成果轉化能力，催生一批基于顛覆性技術的戰略性新興產業。

　　“中科院微生物組計劃的實施，希望能初步闡明腸道微生物與宿主營養代謝的關系和機制；獲得若干個能夠用于家養動物腸道免疫調控的關鍵功能菌群，發展新的養殖模式如少用抗生素等。”劉雙江說，屆時將更多收集、挖掘微生物組數據，培育和壯大微生物組研發的人才隊伍，為中國微生物組計劃的實施打下基礎。