聚焦微生物資源應(yīng)用 向中國微生物組計劃進軍

　對于中科院微生物所所長、環(huán)境微生物學(xué)專家劉雙江來說，12月1日有些特別。由他作為申請人之一發(fā)起的香山科學(xué)會議第582次學(xué)術(shù)討論會當天在京開幕，會議旨在重塑我國相關(guān)領(lǐng)域下一步的研究格局。
　此次會議規(guī)模不大，但40多位參會者卻代表了國內(nèi)外20余家研究院所和高校的相關(guān)團隊。與會專家一致認為，“是時候啟動中國自己的微生物組計劃”，以此使我國在這一戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域占據(jù)有利態(tài)勢。
　近年來，美、加、日、歐等國家和地區(qū)先后啟動各類微生物組計劃或項目，聚焦微生物資源調(diào)查及應(yīng)用。全球科學(xué)界也在呼吁實施國際微生物組計劃。“缺乏總體系統(tǒng)設(shè)計也是我國微生物研究面臨的一個核心問題。”分子微生物學(xué)家、中科院院士趙國屏說。
　在此內(nèi)外雙重背景下，中國微生物組計劃（CMI）呼之欲出。那么，CMI究竟要做什么？怎樣才能做出具有獨特價值的有益成果？各方參與者的角色是什么？與會專家就這些問題做了激烈的辯論，其中不乏針鋒相對的爭鳴。
　“在這些問題上，大家有分歧的地方，但實現(xiàn)愿景是共識。”微生物代謝學(xué)家、中科院院士鄧子新說。
　中國特色怎么做？
　“我們要做的絕不是美國微生物組計劃的中國版。”會議一開始，劉雙江便說。
　當前對特定環(huán)境中微生物群的所有成員及其全部遺傳與生理功能——微生物組的研究，已成為新一輪科技革命的戰(zhàn)略前沿領(lǐng)域。相關(guān)發(fā)現(xiàn)與進展可為解決人們面臨的健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等重大系統(tǒng)問題提供不同尋常的解決方案。今年5月，美國在此前人體微生物組計劃、地球微生物組計劃的基礎(chǔ)上，又啟動了國家微生物組計劃（NMI），旨在開發(fā)微生物在各領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
　劉雙江、趙國屏等人提出，CMI應(yīng)堅持“科學(xué)假說驅(qū)動，技術(shù)創(chuàng)新支撐，國家需求導(dǎo)向”的原則。“尤其是在國家需求方面，它將針對我國面臨的人口健康、環(huán)境生態(tài)、工農(nóng)業(yè)發(fā)展、海洋戰(zhàn)略等問題實現(xiàn)多領(lǐng)域覆蓋，認識不同生態(tài)位的微生物組結(jié)構(gòu)與功能，研發(fā)相應(yīng)的微生物組學(xué)新方法、新技術(shù)。”劉雙江說。
　對此，他們就中國微生物組的研究方向提出了“6+2”模式，即人體、環(huán)境、農(nóng)作物、家養(yǎng)動物腸道、工業(yè)以及海洋等6個領(lǐng)域的微生物組研究，加上微生物組研究方法及應(yīng)用技術(shù)平臺和微生物組數(shù)據(jù)儲存及功能挖掘兩個方向。
　趙國屏認為，能力建設(shè)是CMI的核心。“現(xiàn)在，大家對微生物在疾病健康和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域重要性都有所了解，一個容易忽視的方面是技術(shù)能力建設(shè)。”他說，“比如做激光，我擔(dān)心過了多好年后，人家把這個東西做起來了，你要花很多錢去買人家的機器；或者沒有人才，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)自己不會分析，這就完蛋了。”
　腫瘤學(xué)家、中國工程院院士王紅陽也支持這一觀點。她說：“現(xiàn)在各實驗室的狀態(tài)是方法本身不過硬，用方法的人也不過硬，造成最后很多數(shù)據(jù)不太可靠。這確實需要下很大功夫才能攻克和改善。”
　獨特價值在哪里？
　“只知道相關(guān)性，不知道因果關(guān)系。”這是當前各類微生物組研究中存在的普遍問題。對此，生物信息學(xué)家、中科院院士陳潤生直言，中國微生物組計劃并不是要“包攬?zhí)煜?rdquo;，而是要找到它在一些領(lǐng)域的“不可替代性”并實現(xiàn)其獨特價值。他的觀點得到了與會專家的高度贊同。
　目前，微生物研究在疾病健康等領(lǐng)域的獨特價值已有實例依據(jù)。“一個例子就是口腔生物膜細菌感染，它表明廣譜的東西會越治療約嚴重，而微生物靶向治療效果非常好。”美國加州大學(xué)洛杉磯分校微生物學(xué)專家施文元說。
　國內(nèi)也不乏類似實例。如傳染病學(xué)家、中國工程院院士李蘭娟帶領(lǐng)的浙江大學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)，肝病患者的雙歧桿菌/腸桿菌比值顯著下降。上海交大微生物學(xué)教授趙立平團隊也發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)是推動肥胖、糖尿病等代謝疾病發(fā)生與發(fā)展的重要致病因素之一。
　“目前雖然知道菌群和疾病存在關(guān)系，但其背后的微生態(tài)機制是怎樣的？大規(guī)模人群的健康預(yù)防應(yīng)該做哪些事情？這些問題在全世界范圍內(nèi)都沒有說清楚。”李蘭娟說，這就是CMI的機遇。
　鄧子新表示，這些例證只是“冰山一角”，微生物組創(chuàng)新鏈和服務(wù)鏈已經(jīng)拓展到了醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等各個層面。以醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈下游為例，他說，從不到百年前弗萊明從青霉菌中分離出首個增強人類抵抗細菌感染能力的抗菌素青霉素至今，藥物微生物組研究已呈現(xiàn)出“井噴式”研發(fā)的前奏。
　“目前，全球相關(guān)藥物已有上千種，而我國僅有五六種。”他指出，CMI對“徹底扭轉(zhuǎn)我國微生物新藥成果青黃不接的現(xiàn)狀非常關(guān)鍵”。
　 此外，專家指出，我國在環(huán)境保護與污染生態(tài)修復(fù)方面的任務(wù)繁重，也對微生物組研究提出了緊迫的要求。
　 政府角色是什么？
　從當前微生物產(chǎn)業(yè)市場熱度來看，中國并不亞于美國。作為參與NMI白宮討論的唯一華人科學(xué)家，施文元表示，美國政府為NMI投資的1.21億美元只是為了起到“拋磚引玉”的作用，其目的是引導(dǎo)市場，吸引華爾街的大量投資，并讓老百姓熟悉這個概念，然后推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
　對此，趙立平表示，中國在這一領(lǐng)域的投資熱度也不壓于華爾街?，F(xiàn)在中國以微生物組為對象做測序、產(chǎn)品的新公司已有100家左右，融資額度超過10億元。“實際上，這個領(lǐng)域中國是產(chǎn)業(yè)界走在前面，現(xiàn)在到了政府要不要跟的時刻。如果不跟，后面可能會越來越被動。”他說，“在學(xué)科和市場前沿，微生物組的活躍度已經(jīng)遠超預(yù)料，現(xiàn)在是政府發(fā)揮其對學(xué)科發(fā)展的頂層設(shè)計作用和對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引導(dǎo)調(diào)控作用的重要機會。”
　趙國屏表示，企業(yè)投資往往針對的是能夠轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)性研究，而對于真正引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展方向的研究，在創(chuàng)新探索階段仍需要政府支持。同時，這個探索過程中間的平臺建設(shè)、數(shù)據(jù)庫挖掘方法等基礎(chǔ)性和公益性的工作，也只有政府支持的非盈利性機構(gòu)才能夠做。
　據(jù)介紹，目前我國微生物學(xué)領(lǐng)域的研究經(jīng)費每年近4億元。在國家長期資助下，我國在微生物物種資源、分類和進化，土壤微生物與農(nóng)業(yè)等方面已取得大量成果，諸如腸道微生物研究等部分成果已與國際并行甚至處于領(lǐng)跑位置。“我國微生物相關(guān)論文數(shù)量已經(jīng)從2006年占美國的19%發(fā)展到2015年占美國相關(guān)比例的65%。”趙國屏說。
　但他同時指出，由于頂層系統(tǒng)設(shè)計缺乏，目前我國微生物研究在管理方面尚未能實現(xiàn)對重大問題跨領(lǐng)域、跨部門的聯(lián)合作戰(zhàn)，在資源與數(shù)據(jù)方面未能真正實現(xiàn)共享。同時在研究方法和技術(shù)方面，學(xué)科交叉不夠，大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)欠缺，更缺乏相關(guān)人才。
　據(jù)悉，今年7月，50多位院士專家支持中科院微生物所的倡議，向國務(wù)院建議盡快啟動中國微生物組計劃，并得到積極回應(yīng)。同時，中國工程院30余位院士也聯(lián)名向劉延?xùn)|副總理提出設(shè)立“人體微生態(tài)與健康和疾病研究”重大研究計劃的建議，并獲得重要批示。
　“目前，人們認識的地球上的微生物尚不足1%。世界上絕大部分微生物至今尚未被培養(yǎng)出來，不少人將這比作是宇宙中的‘暗物質(zhì)’。同時，微生物群及其功能的形成過程和機制以及驅(qū)動微生物群演化的動力等在很大程度上還是一個‘黑箱’。”劉雙江說，CMI將為了解這些未知世界提供新的機會。