全球微生物组研究大盘点,看看都在研究啥?

2016-05-24 段云峰 段云峰博客

       微生物组(Microbiome)研究现在是最热的研究领域之一,现在相关研究如火山爆发一样,吸引了全世界的目光。特别是人体微生物相关研究更是火热。4月29日,《Science》杂志以专刊的形式发表了系列有关肠道微生物组的研究。引起了一阵不小的轰动,然而,十几天过后,5月13日,由美国白宫科学和技术政策局与一些联邦机构和私营机构,联合宣


       微生物组(Microbiome)研究现在是最热的研究领域之一,现在相关研究如火山爆发一样,吸引了全世界的目光。特别是人体微生物相关研究更是火热。4月29日,《Science》杂志以专刊的形式发表了系列有关肠道微生物组的研究。引起了一阵不小的轰动,然而,十几天过后,5月13日,由美国白宫科学和技术政策局与一些联邦机构和私营机构,联合宣布启动的”国家微生物组计划“(National Microbiome Initiative,NMI),旨在促进微生物领域的科学研究,以开发微生物在医疗健康、食品和环境领域的应用,这个项目更是引起了全球瞩目。




在这样的背景下,国内相关领域的大牛,特别是上海交大的赵立平教授开始强烈呼吁我国也尽快开展类似项目。我不赞成跟风,人家干啥咱也干啥,科研不是赶时髦。但我支持我们能够团结起来办大事,解决我们自己的问题,做我们自己的科研,做中国特色的微生物组研究!

事实上,国际上有关微生物组的项目有很多,让我们来一起扒一扒吧。

人类微生物组:美,加来主导,中国也参与                             

引用自:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1).部分修改。

我们先来看看人类微生物组计划,截止到今年,国际上较大型的人类微生物组研究项目有13项,其中有8项正在实施,有5项已经完成。在这些大型目中,美国,加拿大,爱尔兰和法国是主要的参与国家,当然,这里面也包括至少两项中国参与的项目,分别是MetaHIT和IHMC。美国是绝对的引领者,至少有2项是美国独立开展的,最早的一项HMP也是美国开展的,总计有4项都有美国参与。加拿大后来居上,自己主导的项目至少有四项(见上图)。

环境微生物组:美国挑大梁,各国跟着玩        

引用自:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1).部分修改。

除了人类微生物组相关研究,环境微生物组的研究相比人体微生物组研究开展的更早,涉及的范围也更广。客观上来说,微生物组研究的很多工具,方法,思路等多来自于环境微生态学领域。最初,我们只是把环境中的微生物作为生态学系统里的一部分来考虑,将这种观念应用于人体也就是近几年的事。所以,人类微生物组研究还有很多地方需要向环境微生物组学习。

综合来看,美国在环境微生物组方面的大型研究项目是绝对的主导。在统计的9个环境微生物组研究中,有5个项目由美国独立实施,其余的国际项目应该也大多有美国参与。在众多环境微生物组研究中,海洋微生物组研究是最多的,其次是土壤和地球微生物组(见上图)。

人类微生物组研究比例最大



引用自:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1).部分修改。

从大型微生物组的研究领域来看,人类微生物组所占比例最大,人类自身以及为人类服务的实验动物的相关研究占据了一半以上。其次是陆地微生物组合农业与水体微生物组,共占据了全部研究的三分之一。

更偏重人类和生态系统健康和可再生能源  


引用自:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1).部分修改。

这些微生物组的研究领域分布还是有偏向的,关于人类健康和生态环境健康的项目居多,其次是可再生能源和农业生产。可以看出,对微生物组研究的强烈兴趣其实还是把微生物组作为一种手段来解决现实问题。这些现实问题包括人类自身的健康,人类吃的食品,人类生存需要依赖的能源以及人类生存的环境(见上图)。

一半多是基础研究,应用研究紧随其后  


引用自:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1).部分修改。

在所有这些项目中,超过一半的项目属于基础生物学研究,其次是应用研究,工具和资源开发占据了不足三分之一。可以看出,目前的微生物组研究更多的是一些基础研究,应该说我们对这些微生物的认识还比较肤浅,仍需要大量的基础研究工作来破解微生物与人类,与环境的秘密。当然,应用研究也并不落后太多,这可能得益于益生菌和益生元相关研究,因为这些研究是早于人体微生物研究的。此外,在所有项目中,研究微生物群落的项目占据了绝对多数,细菌紧随其后,说明微生物组确实是一个组,并不仅是一类微生物,而是一个群体,里面包括了古细菌,细菌,真菌,原生动物,病毒等各种微生物。

从这十四个政府组织参与的微生物组项目中,你是否看出了一些什么门道?总体来看,各国都在加紧制定符合本国经济利益的微生物组项目。项目的目标设定都比较宏观和长远,国际化合作项目越来越多,并且精细化,专业化项目也越来越多。其中,在计算生物学和生物信息学、参考数据库和生物资源库、标准化的协议和工具等方面是微生物组研究的重点。纵向和功能性的微生物组研究,以及跨学科研究也越来越受欢迎。

我们需要学习、吸收、创新、超越! 

微生物组研究其实并不难,测序这活基本都被一两家公司垄断了,技术很成熟,花钱就能测;生物信息分析有几个基础软件和算法来自美国,但据说最好的生物信息分析人员和最好的大型计算机似乎都在国内,国内的测序公司可以说一抓一大把,只要有足够的经费很快就能开展微生物组研究!然而,我们缺乏好的研究思路,理论和数据。我们的科研人员在原创的研究思路和科学理论方面还很欠缺,我们积累的数据也很不完善,这些数据除了微生物组的数据,还有很多临床的,环境的数据并没有很好的积累,这不是短时间能够获得的,也不是花钱能够搞定的,需要相关部门在提前很多年就开始布局和架构,在这方面我们已经有些落后了。正是因为这样,我们需要学习,吸收,创新。要做到知己知彼,了解别人干了什么,现在正在干什么,为我们的下一步工作提供参考,在此基础上提出我们自己的,符合中国国情的微生物组研究项目。

中国,作为目前全球最具影响力的国家之一,祝愿中国能在微生物组相关领域做出自己的贡献。

参考文献:Stulberg E, Fravel D, Proctor L M, et al. An assessment of US microbiome research[J]. Nature Microbiology, 2016, 1(1)

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