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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關鍵核心技術,努力搶占科技制高點,為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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中國微生物組計劃蓄勢待發(fā)

兩年三千萬,深挖微生物“黑科技”

2018-01-16 科技日報 劉垠
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語音播報

  人類認識的微生物還不足1%,微生物群體及其功能的形成過程和機制,以及驅動微生物群演化的動力等在很大程度上還是一個“黑箱”。

  “項目執(zhí)行期為兩年,總投入三千萬元人民幣,14個研究單位、30個研究團隊投身其中。通過這一‘種子計劃’的實施,為‘中國微生物組計劃’做好預研工作。”在1月12日接受科技日報記者采訪時,中國科學院微生物研究所所長劉雙江研究員說,希望在人類代謝性疾病并發(fā)癥和中草藥調控腸道微生物方面有所突破,相關成果可為人類面臨的健康、農業(yè)、環(huán)境等問題提供解決方案。

  劉雙江所說的“種子計劃”,是指2017年12月20日啟動的“中國科學院微生物組計劃”。項目由中科院微生物研究所牽頭,整合中科院上海生命科學研究院等中科院下屬研究所和北京協(xié)和醫(yī)院14家機構,聯(lián)手攻關“人體與環(huán)境健康的微生物組共性技術研究”。

  那么,何為微生物組,它和人類的生存與發(fā)展有什么關系?與國際巨頭同臺競爭,我國微生物組路線圖如何規(guī)劃?記者就此展開采訪。

  超乎想象 孕育解決人類問題的關鍵技術

  眾所周知,青霉素的發(fā)現(xiàn)延長了人類壽命。挖掘、利用好一種微生物,帶來的福祉可不僅如此。

  所謂微生物組,是指一個特定環(huán)境或者生態(tài)體系中全部微生物及其遺傳信息的總和。近年來,科學家們越來越認識到微生物組研究的重要性,認為其孕育著解決人類面臨的包括健康下降、環(huán)境惡化等問題的關鍵技術和方案。

  “微生物組在地球生態(tài)系統(tǒng)和人類健康中的作用超乎想象,它不僅將幫助人類克服當今面臨的生存挑戰(zhàn),還能提供未來的生存之道?!眲㈦p江說,人類認識的微生物還不足1%,微生物群體及其功能的形成過程和機制,以及驅動微生物群演化的動力等在很大程度上還是一個“黑箱”。

  中科院微生物組計劃,全稱為中科院“人體與環(huán)境健康的微生物組共性技術研究”,將為了解這些未知世界提供新的機遇,為呼之欲出的中國微生物組計劃的誕生發(fā)揮先導和引領作用。

  中科院微生物組計劃下設5個課題,分別聚焦研究人體腸道微生物組、家養(yǎng)動物腸道微生物組、活性污泥微生物組的功能網絡解析與調節(jié)機制,創(chuàng)建微生物組功能解析技術與計算方法學,以及建設中國微生物組數(shù)據庫與資源庫。

  中科院院士、中科院上海生命科學研究院研究員趙國屏此前表示,微生物組研究是一個來源于應用的課題,之前更多的是進行微生物組結構和表型的研究,隨著中科院微生物組計劃的實施,將更多地關注功能和機理研究,同時實現(xiàn)微生物組研究的共性、關鍵技術的突破。

  聚焦健康 探尋“人類第二基因組”調控機理

  中科院微生物組計劃,將聚焦人體腸道、動物腸道和活性污泥微生物組相關研究,是基于國家需求、微生物組科技前沿和百姓需求而定。

  腸道微生物群體是人體一個尚未被充分認知的“器官”,腸道微生物基因組總和被稱為“人類第二基因組”。研究發(fā)現(xiàn),人腸道中棲居多達1000種微生物,每個人腸道中平均有160種微生物物種,腸道微生物組基因數(shù)量是人體自身基因數(shù)量的數(shù)百倍,其細胞數(shù)量是人體自身細胞數(shù)量的10倍,這些微生物與人體生理狀態(tài)、健康水平、藥物療效特別是中草藥療效等密切相關。

  “作為國際研究的熱點,微生物組與心血管、免疫、精神,特別是肥胖、糖尿病等代謝性病相關。腸道菌群失調,是推動肥胖、糖尿病等代謝疾病發(fā)生與發(fā)展的重要因素之一?!眲㈦p江告訴記者,當前各類微生物組研究中存在的普遍問題是,只知道相關性,不知道因果關系??茖W家們還不清楚腸道微生物在人體內做了什么,它們的喜怒哀愁與人類的生老病死是什么關系,大規(guī)模人群的健康預防應該怎樣著手也還沒弄清。

  相關性是發(fā)現(xiàn)機理的基礎,掌握機理后才能發(fā)展科學調控干預的辦法。劉雙江說,科學上新的調控策略和干預手段的發(fā)現(xiàn),除了解決科學問題,還能創(chuàng)造新的技術和應用,幫助人類社會健康發(fā)展。

  有科學家猜測,中藥與腸道微生物之間關系非常密切,它被認為是一種前藥,經過腸道微生物“加工”后發(fā)生效果,而其藥效又是通過影響腸道微生物實現(xiàn)的。目前雖然有一些證據佐證,但發(fā)揚和光大中國的中草藥事業(yè)和產業(yè),需要更多的科學證據。

  “通過中科院微生物組計劃,有望將中藥與腸道微生物之間的作用機制闡釋清楚。”劉雙江透露,中科院微生物研究所劉宏偉研究員團隊,在對靈芝的研究中發(fā)現(xiàn)了“抗代謝綜合征新藥分子GA7”,具有減肥、降糖、降脂和心血管保護多重藥理作用;其作用機制,與腸道微生物有關。這一自主知識產權的新藥候選分子,已于2017年7月轉讓給企業(yè)做臨床研究。

  彎道超車 明晰國家層面的研發(fā)路線圖

  正是由于微生物組在推動科學和技術進步中的潛在價值和重要意義,美國、加拿大等國家和歐盟先后啟動各類微生物組計劃或項目,聚焦微生物組研究。

  2007年底,美國國立衛(wèi)生研究院宣布投入1.15億美元啟動“人類微生物組計劃”,以解析微生物菌群結構變化對人類健康的影響;2016年,美國啟動國家微生物組計劃,意在開發(fā)微生物的潛在應用。

  歐盟在微生物組方面的前瞻布局也不甘人后,2008年,斥資2120萬歐元啟動人類元基因組計劃;2016年,“腸道微生物組學聯(lián)合行動計劃”出爐。

  “中國在微生物組領域的研究并不晚,2007—2014年間,973和863計劃約投入7000多萬元,分別攻關腸道微生態(tài)的基礎研究和技術研究?!痹趧㈦p江看來,我國在微生物組研究主要聚焦人體,當前必須把微生物研究提高到國家戰(zhàn)略高度,“中國在微生物資源、生態(tài)環(huán)境多樣性、人群多元化、中草藥醫(yī)療健康等方面,具有優(yōu)勢和特色,但沒有統(tǒng)籌布局研究計劃和項目,要從國家層面強化微生物在解決人類健康、環(huán)境保護、能源等重大問題方面的作用。”

  值得注意的是,2017年7月,50多位院士專家支持中科院微生物所的倡議,向國家建議盡快啟動中國微生物組計劃,并得到積極回應。

  而在2016年12月召開的香山科學會議第582次學術討論會上,與會專家達成共識,認為“是時候啟動中國自己的微生物組計劃”,以使我國在這一戰(zhàn)略必爭領域占據有利態(tài)勢。

  “缺乏總體系統(tǒng)設計,這是我國微生物組研究面臨的一個核心問題?!壁w國屏一席話道出與會者心聲。目前我國微生物組研究尚未實現(xiàn)對重大問題跨領域、跨部門的聯(lián)合作戰(zhàn),在資源與數(shù)據方面沒有真正實現(xiàn)共享。同時,在研究方法和技術方面,學科交叉不夠,大數(shù)據處理和分析技術欠缺,更缺乏相關人才。

  2017年,劉雙江和趙國屏在中國科學院院刊發(fā)表題為《中國微生物組計劃:機遇與挑戰(zhàn)》的文章,提出了部署中國微生物組計劃“國家需求導向、科學假設驅動、技術創(chuàng)新支撐”的基本原則,并建議設立中國微生物組計劃國家重點研發(fā)計劃。希望通過中國微生物組計劃的實施,主導國際大科學計劃并強化我國在相應領域的話語權,顯著提升我國科技創(chuàng)新和科技成果轉化能力,催生一批基于顛覆性技術的戰(zhàn)略性新興產業(yè)。

  “中科院微生物組計劃的實施,希望能初步闡明腸道微生物與宿主營養(yǎng)代謝的關系和機制;獲得若干個能夠用于家養(yǎng)動物腸道免疫調控的關鍵功能菌群,發(fā)展新的養(yǎng)殖模式如少用抗生素等?!眲㈦p江說,屆時將更多收集、挖掘微生物組數(shù)據,培育和壯大微生物組研發(fā)的人才隊伍,為中國微生物組計劃的實施打下基礎。

 ?。ㄔd于《科技日報》 2018-01-16 08版)

打印 責任編輯:侯茜

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