中國微生物組研究期待新突破

在這個廣袤的世界上，存在無數各種各樣的微生物，但我們對微生物了解很少，甚至不知道在我們周圍有什么樣的微生物。世界上所有的哺乳動物和鳥類，幾乎已經全部被認知，而我們認知的微生物還不到1%。要知道，我們每個人體內都有大量微生物，一個100斤重的人，體內大約有1.5斤的微生物，它們在我們體內發揮著什么作用？如何發揮作用？是否能夠成為人類健康的關鍵因子？是否能夠超越生命體的生死，影響著生命體的未來……種種問題，指引著科學家前進的方向。

微生物組是微生物學發展史上一個重要的概念性飛躍，是指一個特定環境或者生態系統中全部微生物及其遺傳信息，包括其細胞群體和數量、全部遺傳物質（基因組），涵蓋微生物群及其全部遺傳與生理功能，其內涵包括了微生物與其環境和宿主的相互作用。微生物組學是一個嶄新的學科，微生物組研究取得的成果，必將為國家經濟社會發展、人類生活質量改善提供源源不斷的創新活力。因此，微生物組學也是一個世界各國爭相發展的戰略性科技領域。

微生物組是整個地球生態系統的“基石”之一，從人到地球生態系統的各種生態位中，幾乎無處不在，且互相緊密結合，形成完整的復雜系統；微生物組的正常狀態與運行，是保證系統健康的重要因素之一，一旦出現結構失衡和功能失調，系統就會出現病態。因此，目前人類面臨的從疾病流行到生態惡化、氣候變化等復雜系統的病態問題，背后幾乎都有微生物組失調的影響。

正是認識到微生物組的重要作用，因此，美國、歐盟、日本等發達國家和地區紛紛部署支持微生物組研究的國家計劃。發達國家紛紛啟動了微生物組計劃。例如，美國在2016年5月宣布啟動“國家微生物組計劃”，將支持跨學科研究，解決不同生態系統中微生物的基本問題；開發平臺技術，對不同生態系統中微生物組的認識以及知識的積累，并提高微生物數據的訪問等。歐盟也啟動了me taHIT計劃，致力于建立人腸道微生物基因與人體健康和疾病的關系。

不少科學家認為，鑒于微生物組研究的龐大體量和廣泛內容，任何一個國家都不可能獨立完成，未來很可能會形成一個類似人類基因組計劃的國際大科學計劃。在深入實施創新驅動發展戰略的進程中，中國科學家要積極提出并牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程。能否實現這一目標，從某種程度上取決于我們的相關研究處于什么水平和地位，因此，盡快啟動中國微生物組研究計劃就成為題中之義。

日前，“中國科學院微生物組計劃”啟動，它將作為種子項目，引領“中國微生物組計劃”生根發芽。而這，也是我們積極參與，并主導國際大科學計劃的基礎。

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“中科院微生物組計劃”的5個課題

人體腸道微生物組：初步闡明腸道微生物與宿主營養代謝的關系和機制，及其在常見營養相關性疾病發生、發展、診斷、治療中的作用及可能的機制，同時開發相關的疾病診斷模型、微生物菌劑來預防、治療相關疾病。

家養動物腸道微生物組：從腸道微生物組新視角出發，發掘功能腸菌或相關代謝產物，提升動物免疫水平，建立微生物組干預新策略，解決我國畜牧業發展中面臨的疫病頻發等問題，在未來動物養殖抗生素替代方面能夠產生顯著的經濟效益，同時在環境保護方面也具有積極的作用。

活性污泥微生物組：解析活性污泥微生物組的結構與組成，揭示功能單元的形成機制，研發新型分子標記指征活性污泥微生物組功能，建立抗生素抗性基因序列數據庫、活性污泥參考數據庫和功能菌群互作關系分析平臺，建立功能調控示范系統，為指導活性污泥微生物組功能原位調節，控制污泥膨脹，提升廢水處理效能提供新思路。

微生物組功能解析技術與計算方法學：技術方面，掌握微生物組拉曼成像技術、微生物組高通量培養技術、微生物組大數據挖掘技術；裝備方面，實現菌群單細胞拉曼分選與測序耦合功能的樣機、液滴陣列單細胞培養儀樣機、固體納米孔微生物多樣性芯片；軟件方面，發展拉曼組分析三部曲軟件包、元基因組遺傳變異分析軟件包、單細胞基因組拼裝與分析軟件包。

中國微生物組數據庫與資源庫：建立中華腸道微生物組樣本長期穩定及高保真保藏技術；建立中華腸道微生物組菌種的高通量分離、快速鑒定及保藏技術；制訂中華微生組樣本庫和菌種庫技術規范；建立中華微生物組樣本庫、中華健康人群腸道微生物組菌種庫、代謝綜合征特征微生物菌種庫等中華微生物組菌種庫，收集、整合菌種資源超過10000株，物種數量超過500種。構建中華人腸道微生物組、亞健康微生物組等數據管理平臺及數據庫，建立高質量的中華微生物組參考數據庫，建立微生物群落研究的功能組學新技術及整合分析平臺，實現大規模數據及分析結果的可視化。