組學(xué)

主要包括基因組學(xué)（Genomics），蛋白組學(xué)（Proteinomics），代謝組學(xué)（Metabolomics），轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics），脂類組學(xué)（lipidomics）， 免疫組學(xué)（Immunomics），糖組學(xué)（glycomics ）和 RNA組學(xué)(RNomics)學(xué)等。

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首頁 組學(xué) 【盤點】微生物組研究進(jìn)展一覽

【盤點】微生物組研究進(jìn)展一覽

來源：生物谷 2016-02-25 09:32

微生物組是微生物群落里所有基因組信息的總和，它決定著一個群落能夠執(zhí)行怎樣的功能。深入研究和解析微生物組的信息總量、分布特征和表達(dá)規(guī)律，是解決當(dāng)前能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中諸多難題的關(guān)鍵，具有不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

當(dāng)前的微生物學(xué)研究如同‘盲人摸象’，由于各國的研究方法和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，使得數(shù)據(jù)難以比較及整合，這種‘碎片化’現(xiàn)狀造成資源的極大浪費。

具有獨特生理代謝優(yōu)勢的微生物，在解決地球各類危機(jī)中所起到的作用已完全超乎我們的想象——從污水處理到氣候變暖，人類如今所面臨的能源短缺、環(huán)境污染、糧食安全、疾病流行等幾乎所有問題的背后，都少不了微生物的參與。

如何通過微生物組研究化解危機(jī)？日前，中、美、德三國科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)文呼吁，要想搞清楚微生物如何影響人和地球的健康，需要全球科學(xué)界集結(jié)一支多學(xué)科背景的國際研究隊伍，啟動“國際微生物組計劃（IMI）”。

本文中小編盤點了微生物組研究的相關(guān)進(jìn)展。

【1】Cell Host Microbe：腸道細(xì)胞利用microRNAs控制微生物組

物學(xué)前沿之一就是談?wù)摬倏v我們的腸道微生物組（microbiome）。這聽起來像一個大膽的想法，但它看起來像是我們可能一直就在修改我們的微生物組，甚至都沒有意識到這一點。一篇新的來自美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Howard Weiner、Shirong Liu及其研究團(tuán)隊的論文提示著我們的腸道細(xì)胞早就知道如何利用miRNAs（microRNAs，微小核糖核酸）控制我們體內(nèi)的細(xì)菌。

我們知道糞便中的miRNAs可作為疾病的生物標(biāo)志物。為了觀察正常條件下miRNAs是否存在于糞便中，研究人員獲取人和小鼠糞便樣品，在這兩種樣品中發(fā)現(xiàn)了大量的miRNAs：（1）在腸道的不同部分，miRNAs譜是不同的；整體而言，回腸中的miRNAs要比結(jié)腸中的多；（2）無菌的或者接受抗生素治療的小鼠具有更多的miRNAs存在于糞便中，但是患有葡聚糖酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的小鼠因這種疾病殺死腸上皮細(xì)胞而具有更少的miRNAs存在于糞便中。

【2】風(fēng)險！微生物組可能泄露個人隱私

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過寄居人體的微生物集成DNA，能夠特異性地識別出個人的身份，這就產(chǎn)生了個人隱私問題。

這項發(fā)現(xiàn)刊登于5月11日的《美國國家科學(xué)院期刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。文章指出，在一項匿名試驗研究中，通過寄生于人體的微生物（即其微生物組），很有可能識別出個人身份，從而泄露某人的健康狀況、飲食以及種族等細(xì)節(jié)信息。無獨有偶，4月29日發(fā)表于《基因組研究》（Genome Research）的一項研究也聲稱，在由NIH維護(hù)的公開性微生物組DNA數(shù)據(jù)中，也含有具備潛在辨識性的人類DNA。

當(dāng)然，兩篇論文均未依據(jù)微生物組的信息披露出受試者的姓名——估計目前這么做也會很困難——但他們有提出，這種具有引導(dǎo)性的微生物組研究應(yīng)該得到備案。

【3】Cell：人體微生物組是一個巨大的天然“藥物分子庫”

近日，發(fā)表在國際著名雜志Cell上的一篇研究論文中，來自加利福尼亞大學(xué)的研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)人類機(jī)體中的細(xì)菌或許可以幫助我們制造出成千上萬種分子，比如藥物分子等，這些細(xì)菌或可以幫助科學(xué)家們開發(fā)治療許多人類疾病的靶向療法。

文章中，研究人員純化了一種名為lactocillin的新型抗生素并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析，這種抗生素就是由加氏乳桿菌產(chǎn)生的，而加氏乳桿菌是生活在女性陰道中的一種細(xì)菌，在女性陰道中其可以分泌產(chǎn)生lactocillin，以此來殺滅陰道中的致病菌。Michael Fischbach教授表示，人類機(jī)體中的細(xì)菌對于開發(fā)新型藥物分子非常重要，對于維持人類健康更重要。我們常常認(rèn)為使用的藥物都是由藥物公司合成的，其實并不總是這樣，人類機(jī)體的微生物群或許也是一個原始的天然“藥廠”。

【4】The Scientist：肺部微生物組決定你的健康

相比于腸道微生物組，肺部微生物組研究落后了10到15年。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，肺部微生物組對呼吸道健康起著重要作用，肺部微生物組研究也逐漸受到了科學(xué)家們的重視。

近年來，肺部微生物組對呼吸道健康的重要性逐漸受到了科學(xué)家們的重視。The Scientist雜志特別撰文介紹了這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

如果將人類的消化系統(tǒng)看作是從口腔延伸至胃和腸道的一條河流，那么肺就是河流旁的湖泊，常常被湍急的水流波及，密歇根大學(xué)的Gary Huffnagle說。Huffnagle研究肺部菌群已經(jīng)有十年了，“持續(xù)有來自于口腔的細(xì)菌流入肺部，”他說。但肺也可以通過纖毛活動和咳嗽將細(xì)菌向外排出，這使肺部的微生物組成為一個動態(tài)的社群�！�

【5】Nature：人類微生物組計劃揭示機(jī)體微生物群落之間的關(guān)聯(lián)及動力學(xué)特性

近日，刊登在國際著名雜志Nature上的一篇研究論文中，來自美國密歇根大學(xué)的研究人員通過研究闡明，在健康人機(jī)體中不同類別的細(xì)菌也會發(fā)生多樣性的變異；研究者Patrick D. Schloss表示，理解微生物群體的多樣性以及單一類型細(xì)菌“變型”的機(jī)制將幫助我們更好的利用這些微生物群體來估測人類疾病發(fā)生的風(fēng)險以及開發(fā)新型個體化療法。

研究者表示，基于個體口腔的細(xì)菌群落數(shù)據(jù)就可以預(yù)測該個體胃腸道中的細(xì)菌群落類型，而且在機(jī)體兩個不同位置的細(xì)菌類型也完全不同�？茖W(xué)家們開展人類微生物組計劃就是理解人類機(jī)體微生物群落的改變和健康改變之間的關(guān)聯(lián)。

該計劃中超過200名科學(xué)家花費了5年時間對來自300個健康成年個體的樣本進(jìn)行分析，這些樣本來自于個體機(jī)體中的28個不同位置，包括口腔、鼻子、腸道、耳朵以及肘部等。研究者對這些樣本進(jìn)行研究來揭示是否以母乳喂養(yǎng)的個體和腸道微生物的不同類型相關(guān)等。

【6】Nature：腸道—微生物組—腦連接

在人類病人和小鼠中進(jìn)行的研究表明，腸道微生物失衡會影響各種社會、情感和焦慮樣行為。有趣的是，腸胃（GI）問題在孤獨癥譜系障礙（ASD）中很常見，后者是社交缺乏和刻板行為有關(guān)。發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一項研究提供了證據(jù)，表明共生的腸道細(xì)菌的改變在ASD的小鼠模型中導(dǎo)致某些行為異常，，強(qiáng)調(diào)了益生菌治療在此類疾病中的潛在好處。

Hsiao等人研究了母系免疫活化（MIA）小鼠模型的后代，它們被用來調(diào)查母系感染與ASD之間的聯(lián)系。MIA后代表現(xiàn)出了一些讓人聯(lián)想起ASD的行為和神經(jīng)病理學(xué)特征，并且作者發(fā)現(xiàn)，在3周大時，這些小鼠也表現(xiàn)出了腸道通透性的增加，以及反常的腸細(xì)胞因子分布，其特征為高水平的炎癥標(biāo)志物白介素-6。

【7】J Natl Cancer Inst.：腸道微生物組降低與結(jié)腸癌有關(guān)

近期發(fā)表在Journal of the National Cancer Institute上的文章稱，人類腸道微生物多樣性降低與結(jié)腸癌相關(guān)。

在腸道微生物與結(jié)腸癌相關(guān)性問題上，基礎(chǔ)研究與流行病學(xué)研究結(jié)論向左。所以該問題還沒有一個很明確的結(jié)論。

紐約大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院的Jiyoung Ahn博士收集了47位結(jié)腸癌病人和94位性別，身高體重指數(shù)都與病人相吻合的正常人的排泄物，并從中提取了DNA。接下來科學(xué)家對所有的DNA進(jìn)行測序，確定病人組和對照組的腸道菌群的基因組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌患者體內(nèi)的微生物種類減少。

科學(xué)家進(jìn)一步分析了結(jié)腸癌患者的腸道菌群種類。發(fā)現(xiàn)梭狀芽胞桿菌種類減少，而梭狀芽胞桿菌能夠?qū)⑹秤美w維降解為丁酸鹽，丁酸鹽或能預(yù)防結(jié)腸癌變和炎癥反應(yīng)。同時梭菌屬和卟啉單胞菌屬細(xì)菌增加，這類細(xì)菌與口腔和消化道炎癥相關(guān)。

【8】前途未卜的國際人類微生物組計劃

每個人體內(nèi)都攜帶了數(shù)十億個細(xì)菌，它們寄居在我們的內(nèi)臟、皮膚、嘴巴和鼻子，以及我們的生殖系統(tǒng)中�？茖W(xué)家將其稱為微生物組，并且在過去的幾年中，“國際人類微生物組聯(lián)盟”開展了緊鑼密鼓的研究，目的便是搞清它們在疾病和健康中扮演的至關(guān)重要的角色。

然而啟動該領(lǐng)域研究的兩個關(guān)鍵項目如今即將宣告結(jié)束，但是后續(xù)的工作尚未落實到位。并且也不清楚企業(yè)界、政府管理者或者公眾是否已經(jīng)準(zhǔn)備好將對微生物的認(rèn)識帶入臨床研究。隨著有650人參與的由國際人類微生物組聯(lián)盟發(fā)起的第三屆年會于本周在巴黎舉行，這一切都成為了新聞。該聯(lián)盟的成員包括美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）、歐洲委員會（EC），以及來自法國、日本、加拿大和其他國家的主要健康與科學(xué)機(jī)構(gòu)。NIH和EC的微生物組項目——這兩家機(jī)構(gòu)在過去的5年中分別提供了1.4億美元和2700萬美元的資金——如今正處于它們的夕陽階段，而公眾正在等待著來自大西洋兩岸的有關(guān)未來資金動向的消息。

【9】從專利和商業(yè)化角度評述微生物組研發(fā)興起

這是微生物組研發(fā)進(jìn)展系列的第一部分。通過這個系列，我們的目的在于讓讀者了解這個重要的日益增長領(lǐng)域的發(fā)展情況以及可能的話，突出強(qiáng)調(diào)一下美國康涅狄格州在這種研究中所發(fā)揮的促進(jìn)角色。這一部分將提供這個技術(shù)領(lǐng)域的簡短概述，重點突出知名的制藥企業(yè)和研究實驗室。未來的部分將討論將微生物組研究成果進(jìn)行商業(yè)化取得的進(jìn)展、評述一下新的微生物組相關(guān)的專利，同時探討一下微生物組研發(fā)存在的法律和政策問題。

微生物組研究旨在描述生活在不同環(huán)境中的微生物。盡管這些環(huán)境的概念比較廣泛，可以是陸地環(huán)境、地球外水環(huán)境和生物學(xué)環(huán)境，但是我們經(jīng)常特定地使用微生物組這個術(shù)語來描述生活在人體內(nèi)部和不同表面位點上的細(xì)菌。微生物組的含義可以是這些微生物本身，此時也被稱作微生物群(microbiota)，也可以是它們的宏基因組。在人體內(nèi)最富含細(xì)菌的器官---腸道內(nèi)，它們的基因數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人基因組中的基因數(shù)量，是后者的100倍，從而為藥物干預(yù)提供有吸引力的備選方案。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease)、兒童期發(fā)作的哮喘、糖尿病、肥胖、心血管疾病、結(jié)直腸癌、抗生素相關(guān)性腹瀉就是一些涉及腸道微生物組組成變化或功能喪失的疾病。

【10】是該搞一個《國際微生物組計劃》了

“想搞清楚微生物如何影響人和地球的健康，需要啟動一個《國際微生物組計劃》”2015年10月29日的《自然》周刊刊登了德國、美國和中國的三位科學(xué)家的建議，他們分別是德國馬普海洋研究所的 Nicole Dubilier教授、美國夏威夷大學(xué)的Margaret McFall-Ngai教授和中國上海交通大學(xué)的趙立平教授。

既然老趙摻和了這事，就讓老趙盡量用大白話給大伙說說我們這個《國際微生物組計劃》的建議到底想干什么吧。下面就對這份建議的主要內(nèi)容做些翻譯和解讀：

首先，微生物在地球上無處不在。從美國懷俄明州黃石公園滾燙的熱泉里，到 800米冰層以下的南極暗湖里，只要去找，都能發(fā)現(xiàn)有微生物活動�，F(xiàn)在的人類可以說面臨著前所未有的各種挑戰(zhàn)，有化石能源枯竭危機(jī)，有傳染病和慢性病對健康的威脅，有農(nóng)業(yè)歉收帶來的糧食短缺等等。毫不夸張地說，地球微生物群落（有個時髦的新名字叫微生物組）在地球生物圈和人類健康中起到的作用完全超乎我們原來的想像，搞清楚這些微生物組的功能和作用，會極大地幫助人類克服目前遇到的種種環(huán)境、健康和社會危機(jī)。（生物谷Bioon.com）

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...（全文約7900字）

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