美推出国家微生物组计划

来源：中国科学报   发布者：亦云   日期：2016-05-16  

美国政府日前发起一项新的努力，研究在人体和整个生态系统中茁壮成长的数量巨大且大部分不可见的微生物组，旨在推进对微生物世界的认知，从而在卫生保健、食品生产和环境恢复等领域有所应用。 白宫发表的一份声明指出，多年来，美国政府一直在微生物组领域投资，且近年来力度不断增加。2014财年的联邦投资是2012财年的3倍，在3年间的总投资超过9.22亿美元。 白宫科学与技术政策办公室（OSTP）在5月14日表示，在多家国立机构的帮助下，这项斥资1.21亿美元的“国家微生物组计划”（NMI）将尝试在未来两年中绘制并研究这些微生物的组合。 未来几年中，除联邦机构外，美国数十所大学与研究机构也将加入NMI，它们在当天白宫召开的微生物组计划会议上承诺，将在这个领域投入4亿美元。其中包括有比尔和梅琳达·盖茨基金会，该基金会将花费1亿美元，在4年的时间里对发展中国家的营养和病虫害防治项目进行研究，还有一些研究机构将聚焦微生物在癌症治疗和海洋微生物学等科目中所扮演的角色。 “NMI的启动标志着微生物组学的一个里程碑。”该办公室副主任、微生物学家Jo Handelsman在白宫网站上的一篇博客中写道，“我们期盼‘国家微生物组计划’促进这个重要领域取得进展，给我们的星球及其居住者带来可观效益。如果有一件事我们可以确信，那就是微生物虽小，但它们的影响巨大。” 近年来，科学家对于微生物的兴趣可谓有增无减。基因组测序、成像和计算工具等方面的进展已经开始揭示微生物在人类健康、粮食生产和气候变化等领域所产生的影响。 然而五大湖区生物能研究中心主任、麦迪逊市威斯康星大学细菌学家Tim Donohue指出，关于地球的微生物组，人们依然有很多是未知的。“我相信我们知道如何搞清谁在那里。”Donohue说，“但我们缺乏工具，从而无法形成它们在做什么以及它们的活动如何有益于生态系统或不利于生态系统的认知。” 总体上，NMI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；第三，培训更多的微生物组相关工作人员。 人体、植物、土壤、海洋与大气中生活着多种微生物群落，这些微生物群落的总和被称为微生物组。白宫声明指出，微生物组失衡与糖尿病等人类慢性疾病、区域性生态破坏、农业生产力下降以及影响气候变化的大气扰动等相关联。 迄今为止，美国政府的这项计划依然面临着一个主要的挑战——说服国会批准白宫提出的全部资金。NMI的主动性取决于立法者批准作为政府2017财年预算一部分的该计划的大多数资金。 然而控制众议院和参议院的美国共和党立法者通常不会支持总统巴拉克·奥巴马的主张。尤其是他们或许不愿意花更多的钱用于研究微生物在替代能源和气候变化中的作用。 华盛顿哥伦比亚特区美国微生物学会主席Stefano Bertuzzi说：“我认为这将是一场战斗。” 根据白宫的计划，对土壤微生物如何影响农作物和动物感兴趣的美国农业部，正在为其近2400万美元的预算而努力。而国立卫生研究院则希望在为了解微生物对感染性疾病和其他疾病——如肥胖和精神健康等——所起作用而已经花费的上亿美元的基础上再增加2000万美元。与此同时，美国国家科学基金会还提出用1600万美元的资金支持各种各样的微生物组研究。 同时加入的还有能源部——计划花费1000万美元对生产生物燃料的可能性进行研究，以及美国宇航局——该局对寻找地外生命以及研究微生物如何在太空中影响人类感兴趣。 Bertuzzi指出，一项科学计划能够包括如此之多的不同政府机构，如果有的话也是很少的。“能够总结所有专门知识的达·芬奇已经不存在了，因为科学已经变得如此复杂与专业。”Bertuzzi说，“这也是我们为什么需要这项计划的原因。”（赵熙熙） 　　新华社华盛顿5月14日电?新闻分析：小小微生物，缘何成美国大计划 　　新华社记者林小春 　　美国白宫13日宣布启动“国家微生物组计划”，这是奥巴马政府继脑计划、精确医学、抗癌“登月”之后推出的又一个重大国家科研计划。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(6.110, 0.00, 0.00%)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。 　　?“未来是微生物的时代” 　　虽然“国家微生物组计划”不像脑计划、精确医学、抗癌“登月”计划那样由奥巴马本人对外宣布，但汉德尔斯曼在13日的白宫微生物组会议上指出，奥巴马政府的一些优先领域，比如精确医学、可再生能源、农业与气候变化等，都与微生物组有“强烈关联”。 　　事实上，得益于低成本高通量基因测序技术的发展、计算和成像技术的改进，以及用于数据分析的生物信息学工具的革新等进展，微生物组学正在迅速发展为促进经济增长的一个新兴学科。 　　“过去几年我们看到这个领域的新公司如雨后春笋般在全美涌现，一些公司做得非常、非常成功，”汉德尔斯曼对与会者说，“我们认为未来是微生物的时代。国家的发展将依靠在微生物组及相关科学方面的伟大技术与创新。” 　　美国政府一直在微生物组领域进行投资。早在2007年，美国国家卫生研究院就启动了为期10年的“人类微生物组项目”，累计投入资金2．15亿美元，为今天微生物组研究的迅猛发展奠定了基础。 　　近几年，美国政府对微生物组领域的支持力度进一步增加。美国官方2015年公布的报告显示，2014财政年度在该领域的联邦投资是2012财政年度的3倍，最近3年间的联邦投资总额超过9．22亿美元。 　　而“国家微生物组计划”的启动，在汉德尔斯曼看来标志着一个新的里程碑，她在白宫官网的一篇博客中推介说：“如果有一件事我们可以确信，那就是微生物虽小，但它们的影响巨大。” 　　专家呼吁开展国际合作 　　自2005年以来，国际科学界开展了至少8项人体微生物组计划，包括美国人类微生物组项目、加拿大微生物组研究项目以及日本人体元基因组项目。中国科学家近年来也积极参与或牵头实施了中法肠道元基因组研究、十万食源性病原微生物基因组计划、万种微生物基因组计划等。 　　但是上海交通大学赵立平教授指出，当前的微生物学研究如同“盲人摸象”，由于各国的研究方法和标准不统一，使得数据难以比较及整合，这种“碎片化”现状造成资源的极大浪费。 　　为此，赵立平联合麦克福尔－恩盖及一名德国微生物学家于去年10月在英国《自然》杂志发文，共同呼吁尽快启动“国际微生物组计划”。与此相呼应，近20名美国科学家同时在美国《科学》杂志上发出类似提议，建议开展“联合微生物组研究计划”。 　　赵立平告诉记者，他们现在计划在美国罗格斯大学建立一个实验室，把上海交大、罗格斯大学与夏威夷大学的研究力量组织起来，组成一个糖尿病微生物组国际研究中心，计划5年内从民间筹集2亿美元的投资，集中攻关糖尿病。 　　麦克福尔－恩盖则表示，“国际微生物组计划”呼吁国际科学界通过全球合作加深对微生物界的认识，“中国是世界大国之一，所以中国有可能成为采取措施、承担领导角色的国家之一”。 美国为何以总统之名推出微生物研究新计划？ 本文转自公众号“知识分子（the-intellectual）” 编者按： 微生物在地球上无处不在，有人估计他们的种类可达1万亿种，但我们对它们知之甚少。尽管此前微生物研究领域已有数个大科学项目，深入探究微生物，但5月13日，美国再次启动一项新的微生物计划——国家微生物组计划，拟通过该计划促进不同环境的微生物组研究。 撰文 | 田埂（元码基因CEO、首席科学家） 责编 | 叶水送 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新的国家微生物组计划（National Microbiome Initiative，简称NMI），以促进不同环境的微生物组研究。 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。 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。 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。 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。 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。 研究虽迅速，但了解仍非常有限 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。

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