中国要积极参与组织“国际微生物组计划 ”

上海交通大学 赵立平

   “微生物组”是指由多种微生物聚居在一起形成的生态群落，从人和动物的肠道，到植物、土壤、海洋，它们无处不在，推动着地球物质循环，影响着人体乃至整个地球生物圈的健康。小到一个工厂的污水处理，大到温室气体排放造成气候变暖，人类面临的能源短缺、环境污染、粮食安全、疾病流行等几乎所有问题的背后，都有微生物的身影。

   由于组成复杂、分布广泛，影响深远，微生物组成为与人的大脑并列的、作用巨大但又尚未被充分认识的复杂生物系统。解析微生物组对人类面临的健康、能源、粮食、环境等重大问题的作用机制，发展全新的解决办法，需要采取新的多学科交叉和国际化协作的大科学计划的组织模式。

   为此，2015年10月29日，上海交通大学的赵立平教授会同美、德科学家，在《自然》周刊发文，呼吁实施“国际微生物组计划”，组织多个国家的多学科的研究力量、围绕严重影响人类和地球生物圈健康的重大科学问题，对微生物组的作用加以深入研究，为从根本上解决困扰人类的慢性病流行、环境污染和能源短缺等重大问题，提供全新的研究思路和技术手段。例如，糖尿病、癌症、老年痴呆等主要疾病的发病机制和防治方法的根本性突破，可能就在于如何在数千种细菌构成的肠道菌群里，把产生引发炎症的毒素、致癌物质和神经毒素的细菌找出来，并研究清楚其致病机制，因此“仅人体微生物组领域就可能孕育多个诺贝尔奖级别的理论成果”，而且，会成为推动新的产业形态的形成和发展的强大的技术创新的发动机。

   由于微生物在人类和地球生物圈健康中的巨大作用，此前美国已经部署有“从基因组到生命”计划（2002年启动），“人体微生物组”计划（2008年启动，总投资1.7亿美元）、“地球微生物组”计划（2010年启动）；日本有“人体元基因组研究”计划（2005年启动），加拿大有“微生物组研究”计划（2007年启动），欧盟有“人类肠道元基因组”计划（2008年启动）等，都主要侧重微生物资源调查和微生物组在能源、健康领域的应用。美国2015年新提议的“联合微生物组研究计划”（该计划每年至少有4亿美元，未来2-5年，可能上升到5-6亿美元/年）强调需要同时注重微生物组在健康、农业、环境、生态等方面的应用潜力。2016年5月13日，美国白宫政策办公室宣布启动“国家微生物组计划”，就是联合微生物组计划的正式版本。这是奥巴马政府推出的与脑科学计划、精准医学计划等并列的重大科学计划。毫无例外，美国政府推出的这个新的科学计划会又一次成为世界科技发展的风向标，令世界各国纷纷跟随。

   中国科学家较早地积极参与了国际人体微生物组计划的工作。在科技部国际合作司的组织领导下，中国科学家参加了2005年发起“国际人体微生物组联盟”的巴黎会议。2007年，法国总统希拉克最后一次访华期间，中法签署了14项科技合作协议，其中第二项，就是“中国科技部和法国国家研究署的中法肠道元基因组合作声明”，两国随后启动了以肥胖和炎症性肠病为主要对象的中法肠道元基因组合作项目。中国科学家随后参与了法国主导的欧盟肠道元基因组研究计划，并为第一个人体微生物组参考基因组的制作做出了主要贡献。

   在中法肠道元基因组合作协议的框架内，在科技部国际合作重点项目、国家自然科学基金重点项目和国家“863”计划的多方支持下，中国科学家在肠道菌群与肥胖和糖尿病关系的研究中，获得重大进展。中国科学家发现并证实了第一例可以引起肥胖的人体病菌；开发了用中医药食同源食品为主，以肠道菌群为靶点的肥胖和糖尿病的新的营养干预方法，并经临床试验证实其有效性；通过临床研究和动物试验，发现肠道菌群可能是很多中药发挥作用的中药靶点，为中医药现代化找到一条可以与西方医学对话的途径；这些研究成果，发表了多篇高水平的国际研究论文，并在2012年，被美国《科学》周刊做了大篇幅的专题报道，在国际上产生了广泛的积极影响。

   在人体微生物组研究领域，中国科学家在组织多学科的、国际化协作攻关方面，也积累了成功的经验。由中国科学家领导，在国际上首创了通过元基因组学和代谢组学技术和大数据挖掘，解析肠道菌群对疾病作用的技术体系，并组织了8个国家的40余名科学家，在儿童遗传性肥胖的营养治疗临床研究中成功应用这个技术平台，取得了多项重大发现。该技术平台可以被用于各种环境中的微生物组的深入研究。

   随着美国“联合微生物组计划”的即将启动，各国将会相继推出自己的“微生物组计划”，并最终形成一个“国际微生物组计划”。在国际微生物组计划中，中国应该争取起到“引领标准制定和技术整合”的领导作用，要围绕对我国国计民生有重大意义的科学问题、例如发展新的糖尿病的防治方法、减少动物养殖对抗生素的依赖和控制滥施氮肥造成的气候变暖等，组织多学科的、国际化的研究力量进行科技攻关，力求在领导全球科学理论进步的同时，引导新的产业形态的发展。因此，参与组织“国际微生物组计划”将为推动中国的科技发展、经济增长和社会进步做出重大贡献。

   为此，我们建议立即启动“中国微生物组计划”，并以此为抓手，参与组织“国际微生物组计划”。中国微生物组计划应该注重新的技术体系的创新，主要应该发展解析复杂微生物群落需要的“大数据挖掘技术”、“高通量的单细胞分选和测序技术”以及“大规模的微生物分离技术”；中国微生物组计划的技术创新应该围绕解决实际复杂问题来展开，考虑到我国的研究基础和对国计民生的重要地位，建议把“人体肠道菌群与糖尿病的综合治理”、“动物肠道菌群与减少抗生素的滥用”和“土壤、水体的氮素循环与减缓气候变暖”作为优先启动的三个重大科技问题。

   考虑到微生物组的高度复杂性和需要解决的重大科技问题的巨大的难度，中国微生物组计划的组织实施需要采取全新的管理机制。首先，在组织研究队伍时，必须注重多学科交叉和国际化协作。攻克难题需要的技术可能分散在不同的国家和机构，中国微生物组计划项目的实施团队，必须在世界范围内，组织最好的研究力量进行协作攻关；其次，在协调各方利益时，要探索知识产权的管理与共享的新机制，使所有参与项目的单位和个人，无论是哪个国家和哪种性质的机构，都要能在最终形成的技术进步带来的收益中获得合理的份额，从而免除参加者的后顾之忧，真正克服各自为政、相互封锁导致资源和数据不能共享和整合的锢疾；最后，在加快技术突破向产业转移时，要探索新的机制，把从事基础理论研究、技术创新和市场推广的专家组织到同一个项目团队里，实现从理论突破到技术创新和市场推广之间的无缝连接，最大限度地实现大科学计划项目的实施对技术进步和经济发展的推动作用。