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中国微生物组计划呼之欲出!专家称我国微生物组研究正逢机遇但缺乏总体系统设计

2016/12/16 来源:中国科学报/冯丽妃
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导读
在此内外双重背景下,中国微生物组计划(CMI)呼之欲出。那么,CMI究竟要做什么?怎样才能做出具有独特价值的有益成果?各方参与者的角色是什么?与会专家就这些问题做了激烈的辩论。


对于中科院微生物所所长、环境微生物学专家刘双江来说,12月1日有些特别。由他作为申请人之一发起的香山科学会议第582次学术讨论会当天在京开幕,会议旨在重塑我国相关领域下一步的研究格局。

此次会议规模不大,但40多位参会者却代表了国内外20余家研究院所和高校的相关团队。与会专家一致认为,“是时候启动中国自己的微生物组计划”,以此使我国在这一战略必争领域占据有利态势。

近年来,美、加、日和欧洲等国家和地区先后启动各类微生物组计划或项目,聚焦微生物资源调查及应用。全球科学界也在呼吁实施国际微生物组计划。“缺乏总体系统设计也是我国微生物研究面临的一个核心问题。”中科院院士赵国屏说。

在此内外双重背景下,中国微生物组计划(CMI)呼之欲出。那么,CMI究竟要做什么?怎样才能做出具有独特价值的有益成果?各方参与者的角色是什么?与会专家就这些问题做了激烈的辩论。

“在这些问题上,大家有分歧的地方,但实现愿景是共识。”中科院院士邓子新对《中国科学报》记者说。

中国特色怎么做?

“我们要做的绝不是美国微生物组计划的中国版。”会议一开始,刘双江便说。

当前对特定环境中微生物群的所有成员及其全部遗传与生理功能——微生物组的研究,已成为新科技革命的战略前沿。相关发现可为解决健康、农业、环境等重大问题提供解决方案。今年5月,美国在此前人体微生物组计划、地球微生物组计划的基础上,又启动了国家微生物组计划(NMI)。

刘双江、赵国屏等人提出,CMI应坚持“科学假说驱动,技术创新支撑,国家需求导向”的原则。“尤其是在国家需求方面,它将针对我国面临的人口健康、环境生态、工农业发展、海洋战略等问题实现多领域覆盖,认识不同生态位的微生物组结构与功能,研发相应的微生物组学新方法、新技术。”刘双江说。

对此,他们就中国微生物组的研究方向提出了“6+2”模式,即人体、环境、农作物、家养动物肠道、工业以及海洋等6个领域的微生物组研究,加上微生物组研究方法及应用技术平台和微生物组数据储存及功能挖掘两个方向。

赵国屏认为,能力建设是CMI的核心。“现在,大家对微生物在疾病健康和农业等领域的重要性都有所了解,而技术能力建设是容易忽视的。”他说,“比如激光,人家把这个东西做起来了,你要花很多钱去买人家的机器;或者没有人才,产生的数据自己却不会分析。”

中国工程院院士王红阳也支持这一观点。她表示,“现在各实验室的状态是方法本身不过硬,用方法的人也不过硬,造成最后很多数据不太可靠。这确实需要下很大功夫才能攻克和改善。”

独特价值在哪里?

“只知道相关性,不知道因果关系。”这是当前各类微生物组研究中存在的普遍问题。对此,中科院院士陈润生直言,中国微生物组计划并不是要“包揽天下”,而是要找到它在一些领域的“不可替代性”并实现其独特价值。他的观点得到了与会专家的高度赞同。

目前,微生物研究在疾病健康等领域的独特价值已有实例依据。“一个例子就是口腔生物膜细菌感染,它表明广谱的东西会越治疗越严重,而微生物靶向治疗效果非常好。”美国加州大学洛杉矶分校微生物学专家施文元说。

国内也不乏类似实例。如中国工程院院士李兰娟带领的浙江大学团队发现,肝病患者的双歧杆菌/肠杆菌比值显著下降。上海交大微生物学教授赵立平团队也发现,肠道菌群失调是推动肥胖、糖尿病等代谢疾病发生与发展的重要致病因素之一。

“目前虽然知道菌群和疾病存在关系,但其背后的微生态机制是怎样的?大规模人群的健康预防应该做哪些事情?这些问题在全世界范围内都没有说清楚。”李兰娟说,这就是CMI的机遇。

邓子新表示,这些例证只是“冰山一角”,微生物组创新链和服务链已经拓展到了医学、工业、农业和环境等各个层面。以医学领域产业链下游为例,从首个增强人类抵抗细菌感染能力的抗菌素青霉素被发现至今,药物微生物组研究已呈现出“井喷式”研发的前奏。

“目前,全球相关药物已有上千种,而我国仅有五六种。”邓子新指出,CMI对“彻底扭转我国微生物新药成果青黄不接的现状非常关键”。

此外,专家指出,我国在环境保护与污染生态修复方面的任务繁重,也对微生物组研究提出了紧迫的要求。

政府角色是什么?

从当前微生物产业市场热度来看,中国并不亚于美国。作为参与NMI白宫讨论的唯一华人科学家,施文元表示,美国政府为NMI投资的1.21亿美元只是为了“抛砖引玉”,其目的是引导市场,吸引华尔街的大量投资,并让老百姓熟悉这个概念,然后推动产业发展。

对此,赵立平表示,“在学科和市场前沿,微生物组的活跃度已经远超预料,现在是政府发挥其对学科发展的顶层设计作用和对产业发展的引导调控作用的重要机会。”

“企业投资往往针对的是能够转移转化的基础性研究,而对于真正引领学科发展方向的研究,在创新探索阶段仍需要政府支持。”赵国屏表示,同时,这个探索过程中间的平台建设、数据库挖掘方法等基础性和公益性的工作,也只有政府支持的非盈利性机构才能够做。

目前我国微生物学领域的研究经费每年近4亿元。在国家长期资助下,我国在微生物物种资源、分类和进化,土壤微生物与农业等方面已取得大量成果,诸如肠道微生物研究等部分成果已与国际并行甚至领跑。“我国微生物相关论文数量已经从2006年占美国的19%发展到2015年占美国相关比例的65%。”赵国屏说。

但他同时指出,由于顶层系统设计缺乏,目前我国微生物研究在管理方面尚未能实现对重大问题跨领域、跨部门的联合作战,在资源与数据方面未能真正实现共享。同时在研究方法和技术方面,学科交叉不够,大数据处理和分析技术欠缺,更缺乏相关人才。

据悉,今年7月,50多位院士专家支持中科院微生物所的倡议,向国务院建议尽快启动中国微生物组计划,并得到积极回应。

“目前,人们认识的地球上的微生物尚不足1%。世界上绝大部分微生物至今尚未被培养出来,不少人将这比作是宇宙中的‘暗物质’。同时,微生物群及其功能的形成过程和机制以及驱动微生物群演化的动力等在很大程度上还是一个‘黑箱’。”刘双江说,CMI将为了解这些未知世界提供新的机遇。

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