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探测器|肠菌扰大脑,大便可入药,微生物酿千亿产值

2016/07/31 来源:贝壳社
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导读
随着高通量测序技术的发展,自2004年以来,在《自然》、《科学》、《细胞》以及《美国科学院院报》等顶级学术刊物上发表的有关肠道菌群与疾病和健康关系的研究论文已经有上百篇,其他各类生物医学刊物的相关论文已有上千篇。

基因组下一站:微生物“生命密码”

人体内有两个基因组,一个是人基因组,编码大约2.5万个基因;另一个则是出生以后才进入人体、特别是肠道内的多达1000多种的共生微生物,其遗传信息的总和叫“微生物组”,也可称为“宏基因组”或“元基因组”,它们所编码的基因有100万个以上。两个基因组相互协调、和谐一致,保证了人体的健康。

人类基因组计划在2003年完成以后,许多科学家已经认识到解密人类基因组基因并不能完全掌握人类疾病与健康的关键问题,因为人类对自身体内数量巨大的,与人体共生的微生物菌群,几乎一无所知。人体内微生物细胞的数量是人体内细胞数量的10倍,初步的研究显示,其所含基因数目的总和是人类基因组所含基因数目总和的100倍。但是,由于传统微生物学研究方法的局限,对生活在自己体内的95%以上的微生物没有任何研究数据。

知道这些里程碑,开始混微生物圈!

1908年的诺贝尔奖获得者梅契尼克夫最先明确提出,肠道菌群产生的毒素是导致人体衰老、得病的重要原因,通过调控优化肠道菌群可以达到减少疾病、延缓衰老的目的。但是,由于技术的限制,在之后的100年中,微生物组学并不能得到主流医学界的关注和认可。

1958年的诺贝尔奖获得者里德伯格指出,人体是一个由人的细胞和所有共生微生物构成的“超级生物体”,也是一个非常复杂的生态系统。2005年10月,13个国家的科学家在法国农科院俄里希教授的组织下,在巴黎召开圆桌会议,组织全球的力量,开展“人类微生物组计划”,把人体共生微生物组的基因组成全部测定出来,从而推动菌群与健康的研究。会议组建了“国际人类微生物组联盟”,标志着国际学术界开启了用现代生物技术,通过大规模国际合作,研究人体共生微生物健康作用的新时代。

2007年底,美国国立卫生研究院(NIH)宣布将投入1.15亿美元正式启动酝酿了两年之久的“人类微生物组计划”。 由美国主导的,多个欧盟国家及日本和中国等十几个国家参加的人类微生物组计划将使用新一代DNA测序仪进行人类微生物组DNA的测序工作,是人类基因组计划完成之后的一项规模更大的DNA测序计划,目标是通过绘制人体不同器官中微生物宏基因组图谱,解析微生物菌群结构变化对人类健康的影响。

2008年4月11日,欧盟宣布启动人类宏基因组第七框架项目,华大基因研究院作为唯一的非欧盟国家的科研单位,参加到肠道宏基因组欧盟第七框架项目中,承担重要的测序任务。

2009年,英、美、法、中等国科学家在德国海德堡成立国际人类微生物组研究联盟(IHMC),旨在对国际人类微生物组研究进行全面的协调。

2016年5月13日,美国启动“国家微生物组计划”,启动资金超过5亿美元。

与工业领域动不动就落后欧美发达国家一二十年不同,生命科学领域尤其是微生物组学领域,这些年来中国几乎是与欧美发达国家齐头并进地发展。国家各基金委对微生物组领域的支持力度非常大,本领域从业人员的交流与合作也是非常活跃。

本月30日,贝壳社、微生物组创新创业者协会将联合主办人体微生物创新未来者大会,邀请的嘉宾也都是手握突破性研究成果的重量级人物,届时将由国内知名学者杨瑞馥研究员和承办方锐翌基因秦楠博士发起成立“微生物组创新创业者协会”。

此外,国内本领域学者知名度不断提升,已有不少专家收到将于2016年11月9-11日在美国休斯顿举办的第六届国际人体微生物组大会(IHMC)的邀请。而将于今年9月26-30日举行的冷泉港亚洲会议(微生物与环境专题)则直接将会议地点放在了江苏苏州。

肠道微生物:产业最前端

随着高通量测序技术的发展,自2004年以来,在《自然》、《科学》、《细胞》以及《美国科学院院报》等顶级学术刊物上发表的有关肠道菌群与疾病和健康关系的研究论文已经有上百篇,其他各类生物医学刊物的相关论文已有上千篇。

截止到2014年10月16日,数据分析及协调中心(DACC)已经公布了1320种微生物的基因序列。

在已经公布基因组序列的微生物中,胃肠道微生物的测序数量在总测序微生物数量中所占比例最大,约为35%。这说明,肠道微生物已经走到了临床应用和产业化的最前端。

如果粪便入药被嫌弃,药厂不妨生产“养乐多”?

从人类出现起,微生物就与人类亦敌亦友。部分微生物可以入药;另一部分微生物,如病原菌及菌群失衡等可引发如黑死病、痢疾等严重疾病。

大量研究表明,共生人体微生物——皮肤、口腔、呼吸道、泌尿道、生殖系统及肠道微生物等——可以调节人体免疫系统、调节人体菌群平衡、影响人体代谢。

应用一:健康评估与检测

连中国最大的日用消费品公司宝洁(P&G)都涉足微生物组研究。2016年6月,中科院与宝洁启动为期五年的“皮肤与口腔微生物组联合科学研究计划”,扩大皮肤与口腔护理产品研发方面的合作,引领新一代精准医疗、精准护理和精准保健等新兴领域的产业化发展。

在上述计划背后,有大量研究表明,人体内微生物菌群的结构与数量可以反映出一个机体现有的健康状况。其中,最受创业者关注的微生物之一——肠道微生物对人类的影响力,已经大到可以把人类身体作为它们的“殖民地”!

应用二:微生物药物——细胞治疗、基因治疗之后新宠

粪便疗法

早在公元300~400年间,东晋的葛洪在《肘后备急方》中就有“野葛芋毒、山中毒菌欲死者:并饮粪汁一升,即活”的记录,这也是目前已知的用粪便治疗人类疾病的最早记录。1958年,美国科罗拉多大学医学院的外科医生Eiseman等3人报道了4例用粪水治疗严重伪膜性肠炎的神奇疗效后,粪便疗法再一次引起了全世界广泛的关注。

“粪便治病”并不是简单地“吃shi”,而是指粪便菌群移植技术,是指健康人体的粪便制成合适的制剂递送到患者的肠道,以修复或者重建患者肠道的菌群,治疗病原体感染、代谢等疾病。

现在,全世界已有约15000例次粪菌移植治疗,美国已有2家非营利性粪菌库。据中华粪菌库官网显示,2013年,粪菌移植被列入美国医学指南,并入选2013年美国时代杂志“世界十大医学突破”。

目前有大量的粪便移植临床试验正在开展,适应症主要是艰难梭菌感染、克罗恩病、溃疡性结肠炎、肥胖、炎性肠病、艾滋病、肝病、胰腺炎、肠梗阻、癌症和II型糖尿病等。

医药公司生产药用“养乐多”

养乐多作为一种活性乳酸菌的乳饮品风靡全球,也是平衡肠道菌群最常用的食品。粪便移植技术在“三观”上很难被接受,“养乐多”模式想必更容易进入到患者的肠道当中。这种向肠道、皮肤等特定部位直接递送相关特定微生物的药用“养乐多”被称为活体生物药物。

目前在进行特定活体生物药物治疗疾病研究的公司有数家,其中多家公司公布了具体的在研项目,进展最快的项目目前处于2/3期临床,此类药物的研究主要集中在胃肠道疾病,如艰难梭菌感染带来的各种症状。

从现有的技术及服务看来,微生物组学与人源基因组学的发展、应用有极大的相似之处。如果说,基因组学带来了千亿市值,微生物组学会不会是下一个研发及投资的风口?

文|迪卡普里奥利奥

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