微生物組研究：關(guān)乎人類的未來
來源：山東靠山生物科技有限公司
作者：山東靠山生物科技有限公司
2018-04-02
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當(dāng)人類第一次認(rèn)識(shí)到微生物的存在時(shí)，并不知道這種個(gè)頭微小的生命體是地球生態(tài)系統(tǒng)的基石、關(guān)系人類健康的重要因素——它不僅將極大地幫助人類克服當(dāng)今所面臨的生存挑戰(zhàn)，還能提供人類未來生存之道。如今，人類基因組的神秘面紗已漸漸揭開，微生物組又成為各國(guó)生命科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，紛紛啟動(dòng)微生物組研究計(jì)劃?？茖W(xué)家們呼吁，在人類基因組計(jì)劃中作為后來者和參與者的中國(guó)，應(yīng)在新一輪國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃的競(jìng)爭(zhēng)中加快步伐，這樣才能在未來的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。
微生物組與人體健康
1928年7月，科學(xué)家亞歷山大·弗萊明揭開了發(fā)現(xiàn)微生物合成抗生素的偉大時(shí)代。青霉素就是一種微生物的代謝產(chǎn)物。它的發(fā)現(xiàn)，挽救了無數(shù)人的生命，并顯著提高了人類普遍的壽命。
一種微生物拯救了成千上萬的個(gè)體生命，一群微生物能夠拯救未來人類的生存。
自微生物組概念提出以來，人們對(duì)微生物組的關(guān)注熱度不斷增加，分析梳理在各個(gè)領(lǐng)域取得的顯著成果發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)人體健康微生物組關(guān)注最大，特別是在消化道微生物組方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)腸道微生物組與糖尿病、肝病、肥胖癥、精神疾病等具有相關(guān)性，對(duì)艱難梭菌引發(fā)痢疾的菌群移植治療方案，不僅顛覆了傳統(tǒng)治療方案，還進(jìn)一步提出了消化道微生物組菌群平衡對(duì)身體健康具有重要影響的新理念。目前研究發(fā)現(xiàn)，人腸道中棲居多達(dá)1000種微生物，每個(gè)人腸道中平均有160種微生物物種，其細(xì)胞數(shù)量更是人體自身細(xì)胞數(shù)量的10倍，這些微生物與人體衰老、中草藥療效等，有著密切的關(guān)系。
《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》指出，疾病防治重心前移，堅(jiān)持預(yù)防為主、促進(jìn)健康和防治疾病結(jié)合；加強(qiáng)中醫(yī)藥繼承和創(chuàng)新，以中醫(yī)藥理論傳承和發(fā)展為基礎(chǔ)，通過技術(shù)創(chuàng)新與多學(xué)科融合，豐富和發(fā)展中醫(yī)藥理論。
越來越多的研究表明，人體健康與微生物組關(guān)系密切，包括消化微生物組、呼吸道微生物組、生殖道微生物組、口腔微生物組、表皮微生物組等，微生物組是人體不可分割的一部分。人體微生物組研究成果將在慢性病的預(yù)防和控制、亞健康的調(diào)理、醫(yī)療理念的革命和新技術(shù)發(fā)展等領(lǐng)域，產(chǎn)生重大影響。
中國(guó)幅員遼闊，不同民族和地域的健康人群可能具有特征性的微生物組；傳統(tǒng)中醫(yī)藥是中華民族的寶藏，有研究表明傳統(tǒng)中藥有效組分需要腸道微生物的參與才能激活。解析健康微生物組與人體互生共利的機(jī)制、病原微生物與人體細(xì)胞和健康微生物組細(xì)胞互作的機(jī)理、中藥藥效與腸道微生物組的因果關(guān)系、發(fā)展基于微生物組的健康維護(hù)和疾病治療與預(yù)防技術(shù)等，是人體微生物組的重要研究?jī)?nèi)容，必將促進(jìn)中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
微生物組與食品安全
糧食生產(chǎn)安全和農(nóng)作物品質(zhì)提升對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了更高的科技需求，與農(nóng)作物相依相生的微生物組是影響作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，也是目前生命科學(xué)研究的前沿。
農(nóng)作物微生物組重點(diǎn)關(guān)注四大口糧和七大經(jīng)濟(jì)作物的增產(chǎn)抗病和品質(zhì)提升，服務(wù)“增效減施”。結(jié)合根際微生物組、作物表皮（葉面）微生物組、內(nèi)共生微生物組等，研究微生物組對(duì)作物（水稻、棉花、小麥、大豆、土豆、蔬菜、中草藥植物）重要農(nóng)藝和藥效性狀，包括抗病性、抗逆性、產(chǎn)量、品質(zhì)等生理活動(dòng)的影響與調(diào)控機(jī)制，分析重要生物化合物（如激素、揮發(fā)性化合物等）在微生物組與作物相互作用之間的調(diào)控功能；研究微生物組對(duì)作物連作障礙的影響和克服手段；對(duì)影響作物產(chǎn)品采后品質(zhì)的微生物組進(jìn)行研究，分析復(fù)合感染和控制復(fù)合感染的分子機(jī)制。在上述研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展能夠控制土壤重要性狀參數(shù)、作物抗病、抗逆、生長(zhǎng)和品質(zhì)，以及克服連作障礙，改良土壤質(zhì)量的微生物組應(yīng)用技術(shù)，為我國(guó)在作物生產(chǎn)過程中減少化肥、農(nóng)藥等的使用，提高我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)做出重要貢獻(xiàn)。
家養(yǎng)動(dòng)物是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，建立適合開展家養(yǎng)動(dòng)物胃腸道微生物組研究的技術(shù)體系，系統(tǒng)深入揭示家養(yǎng)動(dòng)物（豬、奶牛、禽類等）品種（遺傳型）、飼養(yǎng)管理對(duì)胃腸道微生物組成和代謝的影響及途徑，研究胃腸道微生物與宿主的互作機(jī)制，研發(fā)能夠提高飼料資源轉(zhuǎn)化利用效率和生產(chǎn)性能、增強(qiáng)胃腸道功能與宿主健康、提升養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量、改善產(chǎn)品（肉、蛋等）品質(zhì)的微生物學(xué)應(yīng)用技術(shù)，顯著降低或者消除抗生素使用量促進(jìn)生態(tài)養(yǎng)殖，整體提升我國(guó)畜禽養(yǎng)殖科技水平，顯著提高我國(guó)畜禽養(yǎng)殖效益、保障畜禽產(chǎn)品安全、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)人類健康。
微生物組與生態(tài)環(huán)境
微生物之間能夠互相協(xié)作，使得它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中更加穩(wěn)定、更加有效發(fā)揮作用，并賦予微生物組（群）具有超越單個(gè)微生物的更為強(qiáng)大的功能。多環(huán)芳香烴是環(huán)境中重要的一類污染物，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了能夠降解多環(huán)芳香烴類化合物的微生物，一種微生物單獨(dú)培養(yǎng)，可以降解多環(huán)芳香烴，但如果多個(gè)微生物在一起，其污染物的降解效率和微生物系統(tǒng)的穩(wěn)定和適應(yīng)能力都大大提高。
《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》列舉了綜合治污與廢棄物資源化、脆弱生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)重建、海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)等發(fā)展主題。最近，國(guó)家公布了“水十條”“大氣十條”“土十條”等一系列建設(shè)生態(tài)文明的舉措。微生物是環(huán)境治理和修復(fù)的主力軍，也是維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。研究維持微生物組結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)、微生物群體互作及對(duì)污染物降解和消除的影響機(jī)制、微生物組與環(huán)境因子互動(dòng)的管控、環(huán)境微生物菌劑研制及應(yīng)用等，服務(wù)黑臭水體治理、城市污水凈化、污染土壤修復(fù)、廢棄物綜合利用等，是環(huán)境微生物組研究的重要內(nèi)容。
基于微生物組的理念揭示海洋微生物的代謝過程、信號(hào)傳導(dǎo)聯(lián)通和代謝產(chǎn)物形成機(jī)制，發(fā)展海洋微生物合成生物學(xué)技術(shù)，釋放典型海洋生態(tài)系統(tǒng)微生物組蘊(yùn)藏的特殊代謝途徑，指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)代謝產(chǎn)物、酶、能源等活性物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)海洋微生物藥物先導(dǎo)化合物。獲得能有效去除重金屬或塑料污染的海洋微生物，發(fā)現(xiàn)參與不同重金屬和塑料去除或降解的重要基因（簇），構(gòu)建能有效脫除各種常見重金屬污染和塑料污染的工程菌，初步確立相應(yīng)生物制品的工藝流程。
微生物作為地球上分布最為廣泛、生物量最大、生物多樣性最為豐富的生命形式，蘊(yùn)藏著極為豐富的物種資源和基因資源，影響整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)。全面系統(tǒng)地解析微生物組的結(jié)構(gòu)和功能，搞清相關(guān)的調(diào)控機(jī)制，將為解決人類社會(huì)面臨的健康、食品和環(huán)境等重大系統(tǒng)問題帶來革命性的新思路，提供不同尋常的解決方案。
