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       “国家微生物组计划”是奥巴马政府继脑计划、精确医学、抗癌“登月”之后推出的又一个重大国家科研计划,无疑为目前火热的微生物组研究又加了一把火。但这一项目想要顺利开展并不容易,微生物的数量庞大,种类繁多,要进行分析难上加难,那么真正的新技术在哪里呢?

美国国家微生物组计划启动:真正的新技术在哪里?
相比于其它项目“紧巴巴”的资金资助,微生物组近年来可谓是“风生水起”,在奥巴马政府继脑计划、精确医学、抗癌“登月”之后推出的这一重大国家科研计划无疑为目前火热的微生物组研究又加了一把火。

这也就可以解释了为何去年上半年,汤森路透统计的最高引用的热门论文出自微生物组研究领域,而且这种研究界的这种热情也感染了公众,纽约时报都曾以头条宣告“We Are Our Bacteria”。





微生物组研究Tips
包括细菌在内的微生物研究常常需要追踪和分析这些生物的动态行为,时至今日这些技术已经得到了长足发展,出现了一些新的工具,如荧光蛋白报告基因,经典技术也获得了新生,如琼脂糖平板上细菌菌落复杂漩涡和螺旋形生长的定量分析等。同时在过去的二十年里,显微镜又卷土重来,通过一些小型,相对廉价的相机,以及日益复杂的图像分析工具帮助科学家们完成了许多分析研究……

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更多提醒:
虽然微生物组热潮铺天盖地,但是一些科学家认为这其实掩盖了其中的风险。回顾之前的种种“组学”热我们可以看到,技术进步赋予了人们分析基因组、蛋白质组、代谢组的能力,于是便有大量研究将这些分子的状态与人体健康联系起来。然而,这些研究的后续工作往往后继无力,情况反而越来越复杂。

此前Nature杂志曾经刊文,对微生物组热潮进行了反思。文章指出,在接受一项新结论之前,我们应该首先提出五个问题:

研究有没有检测到有意义的差异?
研究是否明确了因果关系?
作用机制是什么?
研究是否足以反映真实情况?
结果是否可能有别的解释?
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在这十年里,科学家们对于人体微生物的了解逐渐加深,对人体微生态的多样性和分布也认识不少了,但是我们对于微生物组如何与宿主交互,环境微生物的影响等微生物组生物学仍然知之甚少。

这也就是这一新项目启动的主要原因,目前“国家微生物组计划”有三大目标:首先,支持跨学科研究,以回答多样化生态系统中微生物组的基本问题,如什么是健康的微生物组;其次,开发检测、分析微生物组的工具,如实时检测空气、土壤、水或人体微生物的手持传感器;第三,培训更多的微生物组相关工作人员。

但这一项目想要顺利开展并不容易,首先虽然有显微成像,低成本高通量基因测序技术的发展,以及多种数据分析的生物信息学工具跃进,但是微生物的数量庞大,种类繁多,尤其是土壤,海洋和大气中的微生物群落,收集分析并不容易,一般来说在微生物组样品中,宿主DNA占了绝大部分,有时甚至高达99%。 在实际样品中,微生物组DNA往往跟我们不想测序的东西裹在一起。

那么如何很解决这些问题,微生物组学真正的新技术在哪里呢 【详细内容

样品收集与保存
来自芝加哥大学的微生物生态学家 Jack Gilbert曾表示,“微生物多样化多到可怕,而且复杂。任何特殊处理都会改变其组成部分。”即使是微生物菌群最小的变化或者相对丰度改变,也会极大的干扰群体比对,因此样品收集和储存方法引起的变化越小越好。

2014年,美国福赛思研究所、麻省综合医院(MGH)和哈佛大学公共卫生学院等处的科学家,开发出一种新的方法,收集用于基因组和转录组分析的唾液与粪便。该方法不需要专业人员和设施,同时还能保持样品的完整性。

研究人员设计了固定剂的选择和取样流程(如下图)。可让8名受试者在家里收集微生物样品,然后将其运至实验室进行多种类型的分子分析。尽管采用不同的取样方法,微生物种类、基因和基因转录组成,在所有样品中都是一致的。随后对这些样品进行的分析表明,测量的人类微生物组的功能潜力和功能活性之间存在着有趣的异同点。在这项研究中是目前为止,结合表型分类学、宏基因组学和宏转录组数据谱,进行的第一个人类微生物组研究。结果详细描述了肠道菌群基因组潜能和基因表达之间的关系,验证了在受试者收集和运输的样品中开展宏转录组研究的可行性。【详细内容

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微生物组真的可以治病吗?
这个问题其实已经早在2013年就已经有了答案了:荷兰的科学家证实,将从某人处取得的粪便(其中包含了数以亿计的有益细菌)用于他人,可以治疗一种常见的、严重的复发性细菌感染。这就是“粪菌移植”……

NEJM奇闻:用粪便来治病?
Science:医学“新宠”粪便移植将大有潜力
Nature:用微生物“暗物质”治病
Nature医学惊人发现:肠道菌能缓解中风?

测序技术
高通量基因测序技术无疑是微生物组研究的一大依靠,但是对于纷繁复杂的微生物组来说,测序技术工具还需不断的开发改进,去年年底,斯坦福大学的研究人员首次开发出了一种新测序技术,用于分析人类肠道微生物组,克服了短读取测序的技术限制。

他们将Illumina长读取技术(TruSeq Synthetic Long-Reads)与计算工具结合起来,克服了短读取测序的技术限制,获得了一名男性肠道微生物组的清晰图谱。【详细内容

 




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