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微生物组研究要有大行动了
《自然》和《科学》关于微生物组的文章，就像是对科学界吹起了前进的号角。美国的《纽约时报》也发表了采访报告。看来，人们要对小小的微生物采取大行动了。年10月29日英国《自然》杂志发表的《国际微生物组计划》文章很长，读起来有点难，既然老赵掺和了这事，让老赵对这份建议的主要内容做些翻译和解读。
首先，微生物在地球上无处不在。从美国怀俄明州黄石公园滚烫的热泉里，到米冰层以下的南极暗湖中，都有微生物在活动。然而，由于以往研究条件所限，和人类的重视程度不足，对如此丰富的微生物资源，人类的研究远远不够。
其次，现在的人类面临着前所未有的各种挑战，化石能源面临枯竭的危机，传染病和慢性病对健康的威胁，农业歉收带来的粮食短缺等等。毫不夸张地说，地球微生物群落（有个时髦的新名字叫微生物组）在地球生物圈和人类健康中起到的作用完全超乎我们原来的想像，搞清楚这些微生物组的功能和作用，会极大地帮助人类克服目前遇到的种种环境、健康和社会危机。
正因为认识到了微生物对人和地球的重要性，美国一批处在学科前沿的科学家在本周出版的《科学》周刊上，提出开展“联合微生物组研究计划（UnifiedMicrobiomeInitiative，简称UMI）”的建议。
UMI是经由白宫科学与技术政策办公室、加利福尼亚Oxnard的Kavli基金会组织这些科学家经过一系列研讨后提出来。UMI将把美国国立卫生研究院、美国自然基金委、美国农业部、美国能源部、美国环境总署等政府部门和私立基金会以及企业界的力量动员和整合起来，开展对人体、植物、动物、土壤和海洋等几乎所有环境中微生物组的深入研究。这是美国在推出脑科学计划和精准医学计划以后，又一个举世瞩目的大科学计划。
可以预计，就像美国的脑科学计划和精准医学计划推出以后，世界各主要国家都会纷纷响应那样，随着美国UMI的推出，欧盟、中国、日本等国家和地区也会推出自己的微生物组计划参与竞争。
年7月份，老赵到美国夏威夷大学访问，见到了正在积极推进UMI的MargaretMcFall-Ngai教授，随后在环境微生物学戈登会上见到了德国马普海洋研究所的NicoleDubilier教授。与她们聊天期间，大家都意识到，随着各国对微生物组研究的重视，会有大批经费投入，会产生海量的数据。这对于我们这样的搞微生物组研究的学者，当然是一件大好事。不过，谈话间，我们也都感到，各国的微生物组研究如果缺乏必要的协调，各用各的标准，各用各的方法的话，产生的数据就难以进行比较和整合，那将会是巨大的浪费。这种无序的状态，不利于全球协调一直去解决只有把全球的数据整合在一起才能揭示的问题和规律，例如，微生物组在地球气候变暖中的作用等等。于是，我们萌生了建议各国联合起来，启动一个《国际微生物组计划》的想法。Nicole回到德国后，与《自然》杂志的微生物学科的编辑做了沟通，对方也认为这是一件重要的事情，应该呼吁一下。于是，经过2各多月的努力，就有了今天《自然》杂志刊登的这篇建议。
“地球生物群落并没有国界线，揭示它的秘密需要全世界的努力。”
“微生物组研究的成功需要全世界生物学家、化学家、地质学家、数学家、物理学家、计算机专家以及临床专家的合作。”
“作为来自德国、中国和美国的科学家，我们呼吁在UMI这样的计划基础上，建立《国际微生物组研究计划》(InternationalMicrobiomeInitiative,IMI)，希望能够得到全世界的资助机构和基金会的支持。这样才能保证不同国家和研究领域能够共享标准，并且实现已有的微生物组研究计划的整合。”
一场微生物学革命正在蓬勃兴起
给本科生同学上课时，我在第一节课就强调，做微生物的人，需要掌握4门技术：1）显微技术；2）纯培养技术；3）DNA操作技术；4）大数据分析技术。有了显微技术才有了微生物学科的诞生。胡克发明了显微镜，并且第一个看到了真菌的孢子长什么样子。列文虎克用显微镜看用牙签从牙齿上刮下来的东西，发现有无数的“小动物”在游动。因此，显微镜让科学家看到了一个肉眼看不到的新的生物世界。纯培养技术让科学家可以把自然界里的细菌养在实验室里，从而可以从容不迫地做各种研究。科赫第一个发明纯培养技术，把炭疽杆菌培养出来，接种给健康小鼠，结果证明炭疽杆菌是引起炭疽病的病原菌，从而创立了疾病的细菌传染学说，为人类控制传染病做出了巨大的贡献。
但是，直到上个世纪八十年代末，微生物学家认识微生物的手段一直没有发生实质性的变化，除了设备更高效和精致一点，基本原理都是靠显微镜观察和纯培养研究，与列文虎克、科赫的方法没有实质性差别。
一位叫卡尔沃兹的微生物学家彻底改变了我们认识微生物世界的方式，他第一个用细菌的16SrRNA基因的序列对细菌进行亲缘关系的研究，结果发现，不同的细菌，这个基因的序列不太一样，亲缘关系越近的，这个基因的序列就越像。因为这个基因是所有细菌都有的，因此，用这个基因的序列可以把地球上所有细菌的“家谱”都做出来。已经有纯培养的研究的比较清楚的细菌，它们的16SrRNA基因的序列先被测定了出来，做成了一个进化树，每个细菌是一个分支末端的一片树叶。然后，一位叫诺曼佩斯的微生物学家开始直接分析环境样品里面的16SrRNA基因的序列，结果发现了很多未知细菌的序列。几乎每次分析一个样本，都会发现很多与已知细菌的16SrRNA基因的序列差别很大的新的细菌。在有了高通量的二代测序技术以后，人类发现新的微生物的速度更是快到了令人瞠目结舌的地步，例如，“利用经典的微生物分类学方法，目前只鉴定出35个细菌和古菌的“门”，但是过去几年的测序研究使这一数量提高到接近。”“门”是很高的生物分类单元，例如，人和跳蚤就分别属于脊椎动物门和节肢动物门。个门的细菌该是多么丰富多彩的生物世界啊？
新的微生物的发现不断地挑战这科学家对生物进化的认识，甚至在修改着生命的定义。例如，年发现的“巨病毒”，年第一次发现时，被错误地鉴定成细菌，因为它有着上千个基因，完全颠覆了原来对病毒的认识。因为病毒是没有自己的新陈代谢系统的，处在生命和非生命的边界上，只能在活细胞里繁殖，一般只有几个或者几十个基因。
通过对环境样品里的DNA进行测序，不仅让我们知道自然界原来有着那么多奇奇怪怪的微生物，而且开始让我们知道这些微生物对地球的健康和地球上的植物、动物乃至人类的健康都是至关重要的。
例如：“存在于农作物、树木和其他植物内部和表面的微生物、以及这些植物生长的土壤里的微生物，为植物提供了氮、磷和其他许多重要的营养素。这些微生物还能降解污染物，抑制病原菌的活动。许多公司，比如孟山都（Monsanto），认识到土壤和植物共生微生物提高农业生产率的能力仍具有巨大的开发空间，正在投入成百万的美金用于该领域的研究和开发。”
“海洋微生物通过光合作用产生我们呼吸需要的50％的氧气，并从大气中清除了大致相同比例的二氧化碳。另外，海洋微生物还清除了全世界海洋中90%的甲烷。在过去的十年中，研究性航海，比如TaraOceans和GlobalOceanSamplingExpedition已经采集、测序并分析了大量的海洋微生物。”海洋中的细菌、古菌、病毒和真核微生物是地球上的初级生产者，它们可以把二氧化碳变成有机物为食物链的底层提供营养素，有些微生物可以参与有机物的再次矿化过程，还有的可以在海底沉积碳素。因此，微生物参与了地球的物质大循环，没有微生物，地球将是一片死寂。
“通过分析人体表面和内部的微生物的基因组、转录组、蛋白质组和代谢组（这些组学分别对基因、RNA、蛋白质和代谢物进行分析），人类开始认识到微生物在维持人体健康中起到的关键作用。比如，组成复杂的肠道菌群能够帮助人体抵御疾病、为人体提供营养、甚至在出生之前就开始影响人体的发育。”最近有研究发现，母亲肠道菌群产生的代谢物可以进入胎儿体内，从而影响胎儿的发育。而有益菌通过母亲的产道、乳汁和皮肤在新生儿出生后第一时间进入肠道，形成优势菌占领肠道，是保证一生健康的重要基础。有益菌通过母亲世世代代传递给孩子，成为在基因遗传之外，每个家族可以世代传递的最宝贵的健康财富。
微生物革命的绊脚石
文章认为，有两个主要绊脚石阻碍了我们对微生物在生物圈中起到的作用的认识。一是生命科学领域的不同学科之间的“碎片化”，二是正在进行的微生物组研究之间缺乏协调合作。
长期以来，科学家都是在各自的学科领域活动。例如，植物学家和动物学家可以对微生物没有任何看白癜风专业的医院北京正规医院治疗白癜风
