趙立平，博士生導師。上海系統生物醫學研究中心副主任。國際微生物生態學會（ISME）常務理事。Systematic and Applied Microbiology 等國際刊物編委。
2014年當選美國微生物科學院院士。熱愛教學工作，主講本科“微生物學”，採用國際最新教材，英文授課，積極研究教學規律，2002年5月參加在美國鹽湖城召開的“第九屆本科微生物學教學國際研討會”，並在會上交流論文。在國內為研究生開設“微生物分子生態學”，“微生物生態基因組學”等課程。
基本介紹
- 中文名：趙立平
- 國籍：中國
- 民族：漢族
- 出生地：山西洪洞
- 職業：博士生導師
- 研究領域：微生物
- 工作單位：上海交通大學
人物經歷,主講課程,研究方向,主要貢獻,學術成果,科研成果,生態學研究,國際交流,
人物經歷
趙立平，博士生導師。上海系統生物醫學研究中心副主任。國際微生物生態學會（ISME）常務理事。Systematic and Applied Microbiology 等國際刊物編委。
2014年當選美國微生物科學院院士。熱愛教學工作，主講本科“微生物學”，採用國際最新教材，英文授課，積極研究教學規律，2002年5月參加在美國鹽湖城召開的“第九屆本科微生物學教學國際研討會”，並在會上交流論文。在國內為研究生開設“微生物分子生態學”，“微生物生態基因組學”等課程。
上海系統生物醫學研究中心副主任。
上海交通大學生命科學技術學院副院長。
國際微生物生態學會（ISME）常務理事。
Systematic and Applied Microbiology 編委。
主講課程
本團隊還承擔著多門課程教學任務，如本科生課程《微生物學》、《分子生物學》、《基因工程進展》；研究生課程：《微生物分子生態學》、《生態基因組學》、《套用微生物學進展》。我們每年還接收一批本科生完成畢業論文工作和大學生科學實踐PRP項目。
由趙立平教授主講的《微生物學（C類）》雙語教學課程面向生物學相關專業學生傳授微生物學的基本概念、知識及有關實驗技能，該課程採用國際最新教材，英文授課，積極研究教學規律，課堂教學效果顯著，2008年被評為上海交通大學精品課程。 趙立平教授曾參加在美國鹽湖城召開的"第九屆本科微生物學教學國際研討會"，並在會上交流論文。他在國內為研究生開設"微生物分子生態學"，"微生物生態基因組學"等課程。
研究方向
微生物分子生態學與生態基因組學；人體系統生物學。
主要貢獻
在國內最早系統開展微生物分子生態學研究，在複雜微生物群落結構分析技術和統計計算方法等方面做了很多創新性工作。對廣泛使用的PCR-DGGE技術做了重要改進，成為國際上
使用該技術研究微生物生態學的先進實驗室之一；創新建立了基於隨機擴增指紋圖技術和分子雜交技術，分析對比群落結構，發現重要功能細菌基因組片段作為分子標記的技術方法。對人和動物的腸道、處理工業廢水的生化池、土壤、油藏等環境中的微生物群落結構與功能的關係做了大 量的研究工作，取得了有意義的結果。在PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences), NRDD(Nature Review Drug Discovery), AEM (Applied and Environmental Microbiology)、ISME Journal, BMC Bioinformatics, Journal of Proteome Research, Journal of Clinical Microbiology, Microbial Ecology、FEMS Microbiology Ecology、Journal of Microbiological Methods、FEMS Microbiology Letters、《微生物學報》、《生態學報》等刊物發表相關論文二十餘篇，研究工作得到國際同行的關注。應邀在第八屆細菌遺傳學與生態學國際研討會（法國里昂）上做keynote報告，在第十屆國際微生物生態大會環境生物技術分會（墨西哥坎昆）做報告。在第十一屆國際微生物生態大會人體微生態分會（奧地利維也納）做報告，並聯合主持“污泥元基因組學”圓桌討論會。在2006年8月被選為國際微生物生態學會12名常務理事之一。近年來，積極推動系統生物學理念在微生物生態學領域特別是人體腸道菌群研究中的套用，注重發展用代謝組學和元基因組學相結合的方法研究腸道菌群在肥胖、糖尿病等複雜疾病中的作用，並積極探討用腸道菌群的整體結構變化來監測人體健康變化、評價中醫藥療效的問題，開始形成一個新的以元基因組學研究為核心的人體系統生物學新方向。
學術成果
諾貝爾獎得主里德伯格（Lederberg）提出“人是與共生微生物構成的超級生物(superorganism)”，人基因組和微生物組共同作用影響人體的免疫、營養和代謝過程。
從細胞的角度看，人體不僅僅是一個人的細胞構成的軀體，它是一個由人的細胞和共生微生物細胞共同構成的複雜系統。從基因的角度看，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25,000個基因，叫做“第一基因組”；另一個則是人體內多達1000多種共生微生物的遺傳信息的總和，叫“微生物組”，也可稱為“元基因組”，它們所編碼的基因有100萬以上。第二基因組的基因容量是第一基因組的至少100倍，可見其對人體健康的作用和影響是不可忽視的。
在人體中，人的細胞數量僅占細胞總量的10%，而共生微生物的細胞所占比例高達90%。共生細菌大部分生活在腸道里，有大約1.5千克。這些細菌在生長活動中產生的代謝物可以進入人的血液，影響人的健康。有益菌可以產生消炎、鎮痛、抗氧化的物質，還可以合成維生素、胺基酸、丁酸鹽等營養成份，對人體有滋養和保護作用。有害菌則可以產生神經毒素、致癌物質和游離抗原，進入血液後能夠引起兒童自閉症、老年痴呆、肥胖症、糖尿病、冠心病、甚至癌症等各種慢性病。腸道菌群具有至少1000多種細菌，攜帶著大量的基因。這就意味著，人體內其實有兩個基因組在影響人的健康，一個是先天遺傳來的人的基因組，帶有約2萬多個基因，另一個是後天進入人體但終身與人相伴的所有共生微生物構成的“微生物組”，帶有至少上百萬個基因，相當於人的第二個基因組。引
結構失調的腸道菌群可能是誘發慢性病的重要因素，這個觀點叫“慢性病的腸源性學說”，該學說由趙立平教授在2010年正式提出。趙教授研究組的工作表明，飲食是影響腸道菌群組成的最重要因素，不同的飲食結構，可以形成不同的菌群結構。長期食用高脂肪、低纖維的食物，可以造成腸道菌群結構失調，增加進入血液的毒素的量，誘發慢性炎症，從而導致肥胖、糖尿病、冠心病等慢性病的發生。慢性病的腸源性學說以《Whole-body systems approaches for gut microbiota-targeted,preventive healthcare》為名發表在Journal of Biotechnology和《國際微生物生態學會會刊》(The ISME Journal)上。
科研成果
上世紀90年代微生物分子生態學逐漸確立了它作為微生物學一個分支的地位。它是從基因組的水平上來解析微生物群落結構與功能的學科。因為它突破了很多微生物尚不能被分離培養的技術限制，使我們能夠對環境微生物群落中微生物的種類、豐度和分布以及功能進行分析，所以顯著加深了我們對於各種不同環境中微生態學規律的研究和了解。
基於代謝物和腸道菌全譜分子分析的人體系統生物學研究：
對一個四世同堂的中國家庭7位成員的腸道微生物組成和人體代謝特徵進行了詳細分析，鑑定出腸道內參與了人體代謝過程的一些重要的細菌。利用基於核磁共振的代謝組技術分析志願者尿液中代謝物的組成，用以反映人體的整體代謝狀況。通過比 較志願者腸道菌群組成變化與他們的代謝特性變化的關係，初步發現了腸道內某些特定細菌與人體尿液中的某些代謝物呈顯著的相關關係，提示這些腸道細菌對人體 健康特別重要。例如，我們發現人體腸道內共有的一種“友好”細菌——屬於厚壁菌門（Firmicutes）梭菌科（Clostridiaceae）的 Faecalibacterium prausnitzii與8種人體的代謝物質有統計相關性；提示這種細菌在參與宿主多種代謝過程中有著很重要的作用。這種將微生物基因組技術與代謝組技術相結合，通過分析人體的代謝譜來解析腸道菌群組成和功能的新的研究體系，能夠更準確地刻畫出細菌與宿主代謝之間互作關係的藍圖，使人們有可能利用這些代謝信息確定一個人腸道微生物的組成和功能；這項新的研究成果，為將來充分認識不同的腸道細菌如何影響機體代謝過程，譬如如何將食物轉化成能量、如何維持細胞存活等等問題邁進了一大步。反之，也可以利用腸道菌群結構的分子標記，診斷人類代謝是否正常或偏差的程度，進而以這些特定的腸道細菌為靶點，通過改變它們與宿主之間的相互作用來開發治療疾病的新方法。該研究成果發表在國際權威學術雜誌《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。 2008年3月5日《Nature CHINA》在研究亮點中對該文給予了報導。
輪狀病毒感染是嬰幼兒秋冬季腹瀉的主要原因。我們比較了輪狀病毒感染兒童與健康兒童兩組個體腸道菌群組成，發現患病組和健康組兒童腸道菌群在多樣性和菌種組成上有顯著差異。輪狀病毒感染個體腸道內擬桿菌與健康個體相比平均下降了2個數量級。在輪狀病毒感染個體腸道內，Bacteroides vulgatus 、Bacteroides stercoris兩類菌的數量有減少的趨勢，而Bacteroides fragilis則有上升的趨勢，這3種OTU代表的序列有望發展成為一種區分個體腸道菌群健康狀態的分子標記物。
潰瘍性結腸炎 (Ulcerative Colitis,UC)是一種病因未知的急性或者慢性的炎症性大腸炎，近年來該病的發病率在我國呈現上升趨勢。腸道微生物被認為與該病的發生和惡化有密切的關係，我們分析了潰瘍性結腸炎患者腸道內黏膜黏附菌的結構組成。結果表明潰瘍部位和健康部位的優勢菌雖然總體組成差別不大，但柔嫩梭菌和乳酸菌的組成存在著很大的差異，顯示柔嫩梭菌和乳酸菌的組成變化情況與潰瘍性結腸炎有很密切的關係。不同的患病部位腸道菌的分析結果顯示，無論是結腸型潰瘍還是直腸型潰瘍，乳酸菌在潰瘍部位和健康部位的組成都有很大差異，而柔嫩梭菌僅在直腸型潰瘍中有差異。
我們對大熊貓的腸道菌群分析顯示3例大熊貓個體腸道微生物共有一種優勢菌，即大腸桿菌（E.coli）。在1例大熊貓的腸道菌群16S rDNA文庫中有一類占有絕對優勢的細菌（76%）為梭狀芽孢桿菌（Clostridium）。與其它動物的腸道結構相比較，大熊貓腸道菌群既不同於食肉動物也不同於食草動物的菌群結構，這一點可能解釋了大熊貓對高纖維含量的竹子利用率低的原因。
以人為對象直接研究腸道菌群與宿主的相互作用存在很多不便，如難以標準化待測試人群的遺傳和環境背景、採樣困難以及若進行毒性及致癌性等方面的研究，還存在潛在的倫理問題等。目前常用人源菌群（Human Flora-associated，HFA）小鼠/大鼠模型來研究人的腸道生態、營養和代謝。但由於嚙齒類動物與人在腸道生理方面的顯著差異，由HFA小鼠/大鼠模型得到的研究結果與人的相關性越來越多地受到置疑。我們建立了構建HFA仔豬的方法，並對其腸道菌群的組成進行了分子分析。對HFA仔豬腸道菌群的分析，我們採用了ERIC-PCR指紋圖譜結合群落DNA雜交技術以及對腸道中最重要的兩大類細菌-雙岐桿菌和擬桿菌進行TGGE組成分析等一套分子微生物生態學方法，證實該仔豬胃腸道中成功定植了供體人的雙岐桿菌和擬桿菌，DNA指紋圖譜的比較也顯示HFA仔豬腸道菌群的指紋圖譜與供體人同源性高，而與普通仔豬差異顯著。可以預見，該模型在研究人的腸道生態、營養以及代謝等方面有顯著意義，在功能性食品和新藥的評價以及腸道微生態相關機理的研究方面也是一個合理而有效的模型體系。
生態學研究
以焦化工業廢水的微生物處理系統為對象，研究了不同工藝條件下，微生物的群落結構與污染物降解、COD去除等處理功能的關係。通過微生物元基因組學技術分析解析微生物的群落結構，可以使我們了解不同的操作條件下，微生物的群落結構的變化與群落功能的變化及其關係，為我們認識廢水處理系統功能的機制奠定了基礎。如Thauera屬細菌是一種重要的反硝化降解菌，但屬內各種群的降解能力的差異使我們很難在屬水平上分析降解功能的變化，我們首次建立了Thauera屬專一性的PCR-DGGE方法，可將Thauera屬內大多數種進行區分，可用於快速分析複雜群落內Thauera屬的種群組成與數量變化。通過對比種子污泥和厭氧、反硝化兩個反應器中的微生物區系的組成變化與功能狀態的變化，找出群落中與降解喹啉等特定的功能密切相關的種群。還研究了從處理焦化工業廢水的活性污泥分離的苯酚降解細菌的苯酚羥化酶大亞基基因（LmPH），首先發現並報導了苯酚降解基因高度的微多樣性。與系統功能相關的微生物種群可以作為“指示微生物”用於系統的功能和狀態的監控。通過在一套實驗模擬廢水處理裝置的回流和不回流兩種操作條件下，對指紋圖譜與廢水處理功能的變化進行分析，發現一些與群落功能相關的基因組片段，這些基因組片段可作為功能相關種群的物理標記具有對系統運行狀態進行監測的潛力。
我們將群落空間演替的系統軌跡分析套用於一個故障工業廢水處理系統的分子診斷與修復之中，建立了對系統群落空間演替進行軌跡分析的分子方法。通過把回流條件下的實驗室裝置以及該工業裝置分別作為參比系統和未知故障系統，對它們群落空間演替系統軌跡的分析比較，發現工業裝置的故障原因在於生物膜沒有得到充分的供氧。這一推斷為後來的其它分析和隨後的裝置的成功改造所證實。表明群落時空演替的系統軌跡分析是研究操作條件對系統群落結構影響的良好工具，對群落結構的最佳化有著重要的指導意義，為今後進一步的監控廢水處理的過程提出了理論指導。該研究及其方法在工業領域的成功套用為分子生態學與環境技術的銜接提供了一個成功的實例，受到國際同行的高度評價。 2004年以來，還積極將分子微生物生態學方法推廣到油藏環境中微生物群落組成、驅油過程中微生物群落結構的變化的研究中。分別對大港油田、勝利油田和新疆克拉瑪依油田的微生物增油作業的油井的微生物群落進行了分析研究。
國際交流
趙立平教授課題組建立了廣泛的國際合作，與美國、新加坡、德國、法國、挪威等國的知名學者建立了穩定的合作關係和經常的互訪和交流，聯合培養多名博士生。先後派出優秀博士生前往瑞士、挪威、加拿大等國進行為期約1年的合作科研。還和德國實驗室開展"Systems biology and biosystems engineering"研究網路的研究生交流，派遣博士生前往德國進行為期3個月的短期交流。2006和2007年我們也先後接收來自德國斯圖加特大學和荷蘭Groningen大學的研究生來實驗室進行6～8個月的合作科研。
2005年實驗室還成功地承辦了“第二屆國際環境微生物基因組學會議SCOPE MicroEnGen II”, 共有30多位來自歐美等國的環境微生物基因組學領域的專家參加會議，會議促進了環境微生物基因組和分子生態學領域的中外交流，產生了良好的反響。
