十年过去了,人类微生物组研究何时能用于临床?

作者: Lita Proctor

来源: 返朴

发布日期: 2019-06-04 08:00:00

过去十年,全球在人类微生物组研究上的花费超过17亿美元,但健康微生物组的定义和人体与微生物组共同进化的机制仍不明确。Lita Proctor建议统一数据标准和合作共享数据,以促进微生物组研究的发展,并有望将其应用于临床。研究涉及多个国家,证实了微生物组对人类健康的重要性,并指出了未来研究的方向和挑战。

肠道菌群是近些年大热的话题,自然生产、母乳喂养的宣传推广也在无形中普及了这一概念。在过去十年中,全球主要国家在人类微生物组研究方面的花费已超过17亿美元。然而,科学家们对健康微生物组的定义还不明确,也尚未弄清人体和微生物组共同进化的机制。来自人类微生物组计划的前协调员Lita Proctor建议,统一数据标准、各单位各领域合作共享数据,将是人类微生物组学研究发展的未来方向。

唯有如此,才有希望尽快将微生物组搬上临床的舞台。

在过去十年中,人类微生物组研究方面的花费已超过17亿美元。这些项目主要正在美国、欧盟、中国、加拿大、爱尔兰、韩国和日本进行。这些研究证实了微生物组对人类健康和发展的重要性。例如,现在已知新生儿从其母亲那里接收必需的微生物。此外,母乳中不能被婴儿消化掉的的糖类能滋养婴儿正在发育的微生物,从而塑造其免疫系统。

现在正是思考人类微生物组发展方向的好时机。微生物组学研究最大的投资来自美国,约有10亿美元。其中约20%已进入人类微生物组计划的两个阶段,该项目创造了研究人类微生物组所需的研究资源,在今年2月也发表了人类微生物组研究投资十年的回顾。同时,人类微生物组计划第二阶段的研究结果也已发表在本周的Nature杂志上。

在我看来,到目前为止,大多数研究都过分强调微生物物种名称的编录。我们一直在描述“人类微生物组”,好像它与人体其他部分是分离的。但事实上,只有当我们超越物种目录、并开始了解微生物彼此之间复杂且可变的生态进化关系时,才会发现有助于治疗糖尿病、癌症和自身免疫性疾病等疾病的干预措施。

由美国国立卫生研究院资助的人类微生物组计划很大程度上促进了美国与全球的人类微生物组研究。

其他具有类似目标的项目也是如此,例如欧盟与中国合作的人体肠道宏基因组学联盟、爱尔兰老年人基因组学计划、加拿大微生物组织倡议等等。人类微生物组计划启动于2007年,主要目标之一是创建可供参考的数据库、计算技术、分析方法以及可供临床使用的工具箱。

一定程度上我们已经取得了进展:2012-2016年间,在该计划以外的微生物组研究中,约有75%的NIH资助研究人员表示,有100多种疾病的研究依赖于该计划中所产生的数据和工具。这一进展令业界兴奋不已:目前,全球基于人类微生物组的产品和用于诊断、治疗的干预措施,估值在2.75亿美元至4亿美元之间;预计到2024年,这一数字将增加到7.5亿美元至19亿美元之间。

然而,即使有这种可观的公共和私人投资,人类微生物组研究依然存在许多基本问题。健康微生物组的构成是什么样的?如何定义受损微生物组?研究人员尚未达成一致。哪些微生物组特性将成为临床和流行病学研究中信息最丰富的生物标志物,仍然存在不确定性。关于不同身体区域的微生物组如口腔、肠道或皮肤如何相互作用,更是知之甚少。

此外,越来越清楚的是,人类需要微生物来支持人体的发育和成熟,并激活和维持免疫系统和新陈代谢的稳定性。但这些涉及人体细胞和微生物的基本生物现象是如何共同进化的,我们还不清楚。更重要的是,我们并未考虑一些生态学概念在人类微生物组研究中的应用。如微生物群落如何作为一个整体运作;“关键物种”如何通过改变当地条件为其他物种铺平道路;不同微生物之间的“捕食者—猎物”关系。

建立数据标准是很有必要的。

在可预见的未来,使用高通量分析遗传物质、蛋白质或代谢物的研究将仍然是常态。为了产生有用的结果,研究人员必须采用更好的数据共享方式。2005年成立的基因组标准联盟已经开发了用于报告宏基因组学数据、环境测量和各种临床数据的标准和模板,并已为人类微生物组计划的数据协调中心采用。

但这还不够,资助机构和科学期刊还必须敦促大家广泛使用这些标准和共享方式,就像21世纪初大家对RNA microarray所做的那样。

目前,27个NIH研究所中有21个为人类微生物组研究提供外部资金。任何协调都是由跨NIH的微生物组工作组调解的,该组织于2012年成立了一个项目主任委员会。每月有40多名工作人员聚集在一起讨论该领域的关键发展。但是,委员会没有预算也没有权力做出资金决定。

在我看来,应该大量资助人类微生物组研究的管理和协调活动。此前,研究界已经开始了这种正式的协调。实际上,在协调人类微生物组研究方面,欧盟、加拿大、爱尔兰和日本的表现可能比美国更好;例如强制学术界、政府机构、行业的研究人员之间建立伙伴关系。美国人意识到需要许多学科对微生物组进行交叉研究之后,有33所大学、研究机构和医学院现在已经组建了自己的微生物组中心。原则上,这类协作可以大大支持数据共享实践。

各中心的研究人员可以身体力行并在会上提倡数据共享。与期刊和资助机构合作,各个中心联网可以推进生物库、分析和计算标准、协议和公共数据库等资源的共享。

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