基本介紹
- 中文名：人類微生物組計畫
- 研究重點：微生物菌群與人體健康的關係
- 相關聯盟：國際人類微生物組研究聯盟
- 功能：健康評估與監測、新藥研發
背景,意義,研究計畫,研究進展,中國的研究,與人體的關係,
背景
人體內有兩個基因組，一個是從父母那裡遺傳來的人基因組，編碼大約2.5萬個基因；另一個則是出生以後才進入人體、特別是腸道內的多達1000多種的共生微生物，其遺傳信息的總和叫“微生物組”，也可稱為“元基因組”，它們所編碼的基因有100萬個以上。兩個基因組相互協調、和諧一致，保證了人體的健康。因此，在研究基因與人體健康關係時，一定不能忽略共生微生物基因的研究。
意義
人類基因組計畫在2003年完成以後，許多科學家已經認識到解密人類基因組基因並不能完全掌握人類疾病與健康的關鍵問題，因為人類對自身體記憶體在的巨大數量的，與人體共生的微生物菌群幾乎一無所知。人體內微生物細胞的數量是人體內細胞數量的10倍，初步的研究顯示其所含基因數目的總和是人類基因組所含基因數目總和的100倍。但是，由於傳統微生物學研究方法的局限，對生活在自己體內的95%以上的微生物沒有任何研究數據。
人類微生物組研究最終將幫助人類在健康評估與監測、新藥研發和個體化用藥，以及慢性病的早期診斷與治療等方面取得突破性進展。
研究計畫
2007年底，美國國立衛生研究院（NIH）宣布將投入1億1500萬美元正式啟動醞釀了兩年之久的“人類微生物組計畫”。 由美國主導的，有多個歐盟國家及日本和中國等十幾個國家參加的人類微生物組計畫將使用新一代DNA測序儀進行人類微生物組DNA的測序工作，是人類基因組計畫完成之後的一項規模更大的DNA測序計畫，目標是通過繪製人體不同器官中微生物元基因組圖譜，解析微生物菌群結構變化對人類健康的影響。
中國做為此項計畫的參與者一直積極推動此項計畫的初期研究工作，其中包括由中國科學院上海生命科學研究院和上海交通大學主導的，2007年初啟動的中國—法國人體腸道元基因組科研合作計畫。參與這項研究工作的主要單位有上海生命科學研究院、上海交通大學、中科院北京基因組所、中科院微生物研究所和浙江大學。人體微生物組的研究工作在中國還處在起步階段。
2008年4月11日，歐盟宣布啟動人類元基因組第七框架項目，深圳華大基因研究院以其規模名列國際前茅的新一代高通量測序技術平台，作為唯一的非歐盟國家的科研單位，參加到腸道元基因組歐盟第七框架項目中，承擔重要的測序任務。
日本也啟動了人類元基因組研究計畫。2009年，英、美、法、中等國科學家在德國海德堡成立國際人類微生物組研究聯盟(IHMC)，旨在對國際人類微生物組研究進行全面的協調。
研究進展
2010年5月21日的《科學》雜誌報導，為了進一步了解人類與在人類的身體上或身體內生活的多種細菌之間的關係，美國的國立衛生院正在對所有這些微生物的基因組進行測序。 他們研發了對在其自然環境中的微生物進行大規模基因組測序的標準化方法，他們的目標之一是為至少900種將人體稱為住所的細菌製作出參照基因組序列。 由Karen Nelson領導的Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium已經公布了他們對頭178個與人類宿主有關的細菌基因組序列的最初的分析。 這些結果給未來的分析工作提供了一個重要的基線，儘管這些研究人員說，他們只是剛剛觸及了人類“微生物組”的表面而已。
這些研究人員將與其他人共享他們的數據，這樣，其他的遺傳學家如果試圖從自然環境中對大量的微生物基因組做直接採樣的話，他們可以參考這些數據。 這一對人體上的微生物的更好的理解會在將來對了解某些人類的疾病提供線索。
中國的研究
在日益激烈的人類微生物組研究領域，中國科學家起步還是比較早的，已經取得一些重要進展。
例如中英兩國科學家聯合攻關近3年，實現了通過測定宿主代謝組學特徵變化來評價和鑑定腸道重要功能菌，這是一種在人體水平定量測定和監控人體健康狀況的新的系統生物學方法，對研究腸道菌群與人體健康的關係具有普遍意義。該研究結果在《美國科學院院刊》發表後，引起國際學術界的關注。《自然評論—微生物學》在2007年4月號中以“研究亮點”的形式，專門評介了該項工作。
中國科學家近年來積極參與國際人類微生物組的各種合作計畫。2006年法國前總統席哈克訪華期間，科技部與法國國家研究署簽署了《中法腸道元基因組研究聯合聲明》；之後上海交大系統生物醫學研究院、中國科學院營養所和國家人類基因組南方中心、中國科學院北京基因組所等單位，在科技部、國家自然科學基金委和上海市的支持下，與法國農科院聯合啟動了“中法腸道元基因組合作項目”，現已完成500對肥胖與健康病例對照人群的樣品採集和體檢，正在進行代謝組學和元基因組學分析，這也是國際上規模最大的人類微生物組人群試驗。通過這一研究，有望發現一些與中國人代謝綜合徵不同發展階段相關的生物標誌物，對於通過早期診斷和積極的營養干預來遏制中國肥胖、糖尿病等代謝性疾病快速上升的勢頭有著重要意義。
值得一提的是，中國開展人類元基因組研究有一個其他國家所不具備的獨特優勢，那就是有著悠久歷史的中醫中藥。改變一個人的基因是困難的，而改變生活在人體內的微生物組成是相對容易的，腸道菌群因而是理想的藥物靶點。中國的傳統醫學有許多藥物、療法都很可能是通過改變腸道菌群的結構和代謝來發揮作用的，中醫藥在人類微生物組研究中無疑將會扮演重要角色。
預防為主是解決國民健康問題的基本國策。中醫治未病的核心是通過對人體各種證候的觀測和分析，對人進行體質分型，然後針對不同的體質類型採取各種保健措施來實現對疾病的早期預防。
中醫認為，體質是由先天遺傳和後天稟賦共同作用形成的。先天遺傳的主要是人的基因組，而出生以後進入人體並對人體代謝產生重要影響的微生物組，作為人體的第二基因組，是後天稟賦的重要承載者。對不同體質的人群進行微生物組學和代謝組學測定，有可能對中醫體質分型作出新的闡釋和發展。在早期發病階段，通過發現微生物組的變化來預測和預警疾病，並通過糾正菌群的失衡加以干預，成本低且效果明顯，這是中醫治未病思想的價值所在。
與人體的關係
英國帝國理工大學教授尼科爾森的研究組2006年在《自然》雜誌報導，通過對給藥前大鼠的尿液代謝物進行全譜測定，可以把同一個遺傳品系的大鼠分成兩個類型，在給予高劑量的同一種藥物後，一種類型表現出肝中毒的症狀，另一種則安然無恙。研究發現，能夠把遺傳特性高度相似的個體區別開的尿液代謝物主要是腸道菌群產生的，未出現肝中毒症狀的大鼠腸道里存在著可以把藥物解毒的細菌，這些細菌保護了宿主。由此可見，腸道微生物組的基因組成與個體對藥物的敏感性有密切關係。最近，他們又在《自然》雜誌報導，通過對中國、美國、日本和英國等4個國家17個不同地區的4630名志願者尿液代謝組學分析，發現高血壓與腸道菌群的組成具有密切的關係。
美國華盛頓大學戈登小組2006年在《自然》雜誌報導，肥胖小鼠的腸道菌群可以把人體不能消化的植物纖維，轉變成短鏈脂肪酸供人體吸收利用，增加人體從食物中獲得熱量的能力。細菌還可以直接調節人體脂肪代謝途徑的基因表達活性，減少脂肪酸的氧化，增加甘油三酯從源頭上的合成。研究人員認為，腸道菌群產生的某種因子，很有可能是啟動機體肥胖所必需的。
英國里丁大學吉布森小組2007年在《糖尿病》雜誌報導，高脂食物顯著減少雙歧桿菌等保護腸道屏障的細菌，致使產生內毒素的細菌明顯增加，導致進入血液的內毒素增加，引起低度的慢性炎症，最後導致胰島素抵抗等一系列代謝紊亂疾病。這一研究是通過動物模型進行的，在人體上是什麼情況還需要研究。研究人體共生微生物的基因，為闡明代謝性疾病等多種慢性病的病因提供了一種創新性的思維和方法，並為有效預防和治療這些疾病帶來了新的希望。
