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還記得幾年4月29日，《科學(xué)》（Science）雜志曾以�？男问桨l(fā)表了系列關(guān)于腸道菌群的研究，主要關(guān)注腸道微生物如何影響我們的健康，以及我們?nèi)绾嗡茉炷c道中這一龐大的群體。時(shí)隔兩個(gè)多月，7月7日，在這個(gè)重要的日子，《自然》(Nature)以�？∟ature INSIGHT）的形式也發(fā)表五篇綜述和一篇觀點(diǎn)文章組成的腸道微生物�？�，重點(diǎn)關(guān)注腸道菌群與健康和疾病的關(guān)系，主要包括腸道微生物與人體生長(zhǎng)發(fā)育，免疫系統(tǒng)，代謝系統(tǒng)以及抵抗病原菌等方面的研究進(jìn)展，并且提出了基于微生物的微生物組關(guān)聯(lián)分析的方法來(lái)精準(zhǔn)的診斷和治療疾病。 這期特刊有幾個(gè)比較有意思的特點(diǎn)：學(xué)術(shù)界對(duì)人體微生物研究持續(xù)火熱，《Nature》與《Science》先后推出腸道微生物特刊，足以說(shuō)明目前腸道微生物相關(guān)的研究的火熱程度，明顯感覺到這兩家頂級(jí)期刊也在相互競(jìng)爭(zhēng)提高自身在這一領(lǐng)域的影響力和關(guān)注度；這次的六篇文章集合了這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的眾多大牛，文章大多以綜述的方式呈現(xiàn)，囊括了這個(gè)領(lǐng)域最前沿的進(jìn)展；免疫和腸道微生物已經(jīng)成為不離不棄的“兄弟”，在這六篇文章中，幾乎每一篇都涉及免疫系統(tǒng)，并且有兩篇文章專門介紹了腸道微生物與先天免疫和獲得性免疫的相互關(guān)系；這幾篇文章中的展望都很有預(yù)見性，為微生物領(lǐng)域指明了未來(lái)的發(fā)展方向，提出了幾項(xiàng)大型的研究計(jì)劃；比較特別的是這一期的�？怯扇毡攫B(yǎng)樂(lè)多公司提供資金支持的，并且《Nature》做了特別致謝和說(shuō)明（Nature is pleased toacknowledge the financial support of Yakult Honsha Co., Ltd in producing thisInsight. As always, Nature carries sole responsibility for all editorialcontent.）。 從微生物的視角看人類的發(fā)育
第一篇文章，當(dāng)然應(yīng)該由行業(yè)領(lǐng)軍人物來(lái)寫，這就是諾獎(jiǎng)級(jí)的人體微生物研究大牛，來(lái)自華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的Jeff Gordon教授。還記得胖瘦與厚壁菌門和擬桿菌門比例相關(guān)的研究嗎？就是出自JeffGordon教授實(shí)驗(yàn)室。之所以稱之為大牛，實(shí)力確實(shí)很強(qiáng)，發(fā)表的CNS級(jí)別的文章真是多如牛毛。初步統(tǒng)計(jì)，從2015年至今，他們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)表了4篇《Cell》，2篇《Science》和1篇《Nature》�？梢奐effGordon教授在人體微生物領(lǐng)域的研究非常系統(tǒng)和深入。Jeff Gordon教授主要關(guān)注幾個(gè)科學(xué)問(wèn)題：腸道微生物是如何通過(guò)基因和代謝影響人體；人出生后，腸道微生物是如何發(fā)揮作用的，世界上不同地區(qū)的人是否經(jīng)歷一致的功能完善過(guò)程；腸道微生物的發(fā)育過(guò)程是如何受母乳，斷奶階段食物種類和呈現(xiàn)次序的影響；出生后腸道微生物的發(fā)育過(guò)程被阻斷對(duì)兒童和成人期健康狀況的影響；是否能夠通過(guò)特意的和持續(xù)的改變腸道微生物組成來(lái)促進(jìn)健康�？吹剿P(guān)心的問(wèn)題，是否感覺一項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)，先得從提出一個(gè)偉大的問(wèn)題開始?
研究人類微生物群體功能特性的實(shí)驗(yàn)流程，圖片來(lái)自Nature,(Mark R.C. et al., 2016)
在這篇文章中，Jeff Gordon教授和他的同事們提出了從微生物的視角來(lái)看待人類的生物學(xué)發(fā)育過(guò)程。人從一個(gè)受精卵開始，到發(fā)育成熟，多數(shù)人往往只考慮人類自身的細(xì)胞和器官的發(fā)育，并沒有意識(shí)到在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中都有人體微生物的參與。實(shí)際上，人體微生物與人自身的發(fā)育密切相關(guān)。母親的口腔，腸道和產(chǎn)道微生物組成都會(huì)對(duì)嬰兒腸道微生物組成，發(fā)育以及免疫系統(tǒng)發(fā)育和代謝過(guò)程產(chǎn)生影響。此外，早產(chǎn)后接觸的微生物、母乳、母乳中的低聚糖和其中的微生物以及斷奶后的飲食等都會(huì)對(duì)嬰兒腸道微生物產(chǎn)生影響，因此，要想身體健康，先要從人體微生物的健康發(fā)育開始，特別是產(chǎn)前和產(chǎn)后微生物的健康發(fā)育。未來(lái)的優(yōu)生優(yōu)育可能需要依據(jù)人體微生物的發(fā)育過(guò)程來(lái)制定相應(yīng)的疾病預(yù)防和治療的創(chuàng)新戰(zhàn)略了。 在這篇觀點(diǎn)文章中，他們還提出了一項(xiàng)提議，由于生活方式和疾病模式正在發(fā)生全球化的急劇變化，呼吁大家一起建立“人類微生物瞭望臺(tái)”（human microbial observatories），從人類學(xué)的范疇研究不同種族的兒童隊(duì)列微生物群落的發(fā)育過(guò)程。不得不說(shuō)，這樣具有全球視野的提議意義重大，期待早日開展！ 調(diào)節(jié)飲食，促進(jìn)腸道微生物健康 文章的作者Justin Sonnenburg教授來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院，主要關(guān)注腸道菌群和宿主之間相互作用的基本原則。研究?jī)?nèi)容涉及影響腸道環(huán)境的因素探索，如飲食習(xí)慣的改變、微生物群落的組成、接觸病原體、宿主的基因型、腸道菌群和靶向小分子等。通過(guò)構(gòu)建無(wú)菌小鼠的微生物群落簡(jiǎn)化模型，來(lái)研究對(duì)腸道微生物的干預(yù)，特別是個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)對(duì)微生物和宿主的影響。具體來(lái)說(shuō)包括：腸道微生物對(duì)膳食纖維的利用以及對(duì)腸道微生物組成的影響；采用影像學(xué)方法研究腸道微生物在健康和疾病腸道微環(huán)境中的變化，如IBD患者粘膜層的破壞；微生物與病原菌的相互作用，腸道微生物是如何防止病原菌的侵染；腸道微生物的代謝功能、飲食與代謝產(chǎn)物的關(guān)系，腸道微生物產(chǎn)生的藥物類似物；腸道微生物的合成生物學(xué)，通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方式來(lái)利用和改造微生物產(chǎn)生重要的活性物質(zhì)；腸道微生物的實(shí)時(shí)變化情況，特別開發(fā)了一種微流體技術(shù)，在體外模擬真實(shí)的腸道細(xì)胞、腸道粘膜層和腸道微生物形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，腸道微生物的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。
飲食和腸道微生物的相互作用，產(chǎn)生短鏈脂肪酸的過(guò)程，圖片來(lái)自Nature,(Justin L. S. etal., 2016) 在這篇綜述中，Justin Sonnenburg教授和來(lái)自瑞典哥德堡大學(xué)的Fredrik Bäckhed教授分析了腸道微生物與飲食是如何相互作用來(lái)影響代謝的。他們總結(jié)了通過(guò)調(diào)節(jié)飲食影響腸道微生物進(jìn)而對(duì)宿主的代謝狀況產(chǎn)生影響的機(jī)制，以及潛在的干預(yù)和治療方式。現(xiàn)在的研究已經(jīng)證明，飲食習(xí)慣與肥胖和相關(guān)的代謝性疾病，包括II型糖尿病密切相關(guān)。其中，腸道菌群是聯(lián)結(jié)飲食和代謝的關(guān)鍵。飲食是腸道微生物的最重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，不僅影響腸道微生物的組成，還能影響腸道微生物的代謝產(chǎn)物。通過(guò)調(diào)節(jié)飲食，如飲食中的植物多糖，使腸道微生物產(chǎn)生短鏈脂肪酸等物質(zhì)來(lái)促進(jìn)人體健康，減少炎癥的發(fā)生。 他們?cè)谖闹羞�提出了調(diào)節(jié)腸道微生物來(lái)促進(jìn)人體健康的研究策略。一方面，通過(guò)收集疾病和健康樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)數(shù)據(jù)的比較，尋找存在顯著差異的，潛在的可以進(jìn)行干預(yù)的代謝通路和關(guān)鍵分子物質(zhì)。再依此提出理論模型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄈ珞w外、細(xì)胞或動(dòng)物模型）進(jìn)行驗(yàn)證后，可具體闡明潛在的影響機(jī)制，最終應(yīng)用于臨床研究，調(diào)節(jié)腸道菌群治療疾病。這樣的研究能夠奠定了進(jìn)行人體干預(yù)或藥物試驗(yàn)的基礎(chǔ)。另一方面，通過(guò)飲食調(diào)節(jié)腸道菌群，是一種“安全”的干預(yù)方法，結(jié)合多組學(xué)的數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)處理算法，可以分析食物對(duì)腸道微生物的具體影響，有助于預(yù)測(cè)不同飲食干預(yù)在不同人體內(nèi)的反應(yīng)，在獨(dú)立隊(duì)列研究中對(duì)這些預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證后，就可以將上述研究結(jié)果形成個(gè)性化的飲食和營(yíng)養(yǎng)干預(yù)方案，對(duì)腸道微生物進(jìn)行精準(zhǔn)干預(yù)來(lái)改善人體健康。經(jīng)過(guò)這樣的研究之后，精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)就指日可待，在未來(lái)，決定我們每天吃什么的可能是計(jì)算機(jī)，依據(jù)計(jì)算機(jī)給出的飲食方案就能夠維持腸道微生物和人體健康。
微生物與先天免疫系統(tǒng) 先天免疫系統(tǒng)是人體本身具有的免疫防御體系，包括一系列的免疫細(xì)胞（主要是各類白細(xì)胞）和相應(yīng)的信號(hào)傳遞機(jī)制。它們時(shí)刻待命，一旦發(fā)現(xiàn)有病菌侵入即刻開始行動(dòng)，通過(guò)非特異的方式識(shí)別和防御感染源。 Eran Elinav教授來(lái)自以色列魏茲曼科學(xué)院。去年，一篇發(fā)表在《Cell》上，通過(guò)個(gè)性化飲食來(lái)精確控制血糖的研究就是他與同樣來(lái)自魏茲曼科學(xué)院的大牛Eran Segal教授共同完成的。話說(shuō)他們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)授權(quán)給一家名為DayTwo的公司，并且二位都作為公司的成員專門提供基于微生物的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)服務(wù)。我認(rèn)為他們的研究是人體微生物領(lǐng)域內(nèi)比較有代表性的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合再轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的范例。
多種涉及微生物-先天免疫系統(tǒng)的相互影響的疾病，圖片來(lái)自Nature,(Christoph A.T. et al., 2016)
Eran Elinav教授的研究興趣涉及腸道微生物與免疫系統(tǒng)、炎性體、炎癥與IBD、免疫與代謝、癌癥和營(yíng)養(yǎng)等。先天免疫系統(tǒng)是人體和微生物環(huán)境之間進(jìn)行溝通的關(guān)鍵。粘膜表面是宿主和外環(huán)境親密接觸的地方，這個(gè)粘膜的表面存在先天免疫系統(tǒng)的一種蛋白復(fù)合物形成的炎性體，這種炎性體的功能是作為一種微生物產(chǎn)物和宿主來(lái)源的損傷信號(hào)的感受器。被這些信號(hào)激活后，NLR傳感器蛋白、連接蛋白（ASC）和炎癥蛋白酶等就會(huì)組裝成炎性體。他們發(fā)現(xiàn)并確定了NLRP6炎性體就是宿主與微生物共生的一種新的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。NLRP6在腸上皮細(xì)胞的作用是維持穩(wěn)定的腸道微生物組成，NLRP6的畸變會(huì)導(dǎo)致那些被抑制的細(xì)菌開始大量繁殖。 腸道菌群是對(duì)飲食，基因和免疫信號(hào)等外環(huán)境做出反應(yīng)的信號(hào)樞紐，可以影響宿主的代謝、免疫力和對(duì)感染的反應(yīng)。先天免疫系統(tǒng)中的造血和非造血細(xì)胞分布在宿主–微生物交互的表面，具有感知微生物或它們的代謝產(chǎn)物的能力，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為宿主的生理反應(yīng)以及對(duì)微生物生態(tài)的調(diào)節(jié)。當(dāng)先天免疫系統(tǒng)和腸道菌群之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程出現(xiàn)異常時(shí)就可能導(dǎo)致多種疾病。 雖然腸道上皮細(xì)胞并不是先天免疫系統(tǒng)的成員，但是在它的表面附著了大量先天免疫系統(tǒng)的各種受體。先天免疫系統(tǒng)對(duì)腸道微生物的識(shí)別就發(fā)生在腸道上皮細(xì)胞上。腸壁細(xì)胞實(shí)際上是把腸道微生物信號(hào)傳遞給宿主的交互界面，包括粘膜、抗菌肽和細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。 骨髓細(xì)胞是人體內(nèi)重要的具有造血和免疫系統(tǒng)恢復(fù)功能的細(xì)胞。微生物能夠影響多種器官中骨髓細(xì)胞的發(fā)育和功能，要是沒有微生物和微生物的代謝產(chǎn)物，骨髓細(xì)胞的發(fā)育就會(huì)受到影響，導(dǎo)致系統(tǒng)性的細(xì)菌感染。骨髓細(xì)胞的水平是受腸道微生物的復(fù)雜度影響的，并且腸道微生物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可能促進(jìn)骨髓細(xì)胞的生成。 先天淋巴細(xì)胞也是先天免疫系統(tǒng)的成員，雖然它的產(chǎn)生似乎不受腸道微生物的影響，但是它要發(fā)揮正常作用就需要腸道微生物參與了。骨髓細(xì)胞和淋巴細(xì)胞都屬于先天免疫系統(tǒng)，并且都受到腸道微生物的調(diào)節(jié)，但是它們之間的調(diào)節(jié)機(jī)制卻存在明顯差異。 人體的先天免疫系統(tǒng)雖然受腸道微生物影響，但是它也不是逆來(lái)順受的“受氣包”，先天免疫系統(tǒng)也會(huì)有選擇的調(diào)節(jié)腸道微生物的組成和代謝。事實(shí)上，能夠調(diào)節(jié)先天免疫系統(tǒng)的腸道微生物也是有選擇性的，并不是腸道里的微生物都有這個(gè)功能。 他們還提出在未來(lái)的研究中，由于動(dòng)物模型和人體存在差別，在小鼠模型中獲得的研究結(jié)果仍需在人體中再次驗(yàn)證；現(xiàn)有的關(guān)于微生物和先天免疫的知識(shí)并不完美，可能還存在其它機(jī)制，微生物與先天免疫系統(tǒng)相互作用的關(guān)系復(fù)雜，所以需要系統(tǒng)的研究和篩選可作用于先天免疫系統(tǒng)的腸道微生物，并可能發(fā)現(xiàn)更多的相互作用機(jī)制；與獲得性免疫比較清晰的相互作用機(jī)制相比，現(xiàn)在還不清楚哪些細(xì)菌，效應(yīng)分子和具體的分子機(jī)制參與了微生物對(duì)先天免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)。 因此，在制定相關(guān)疾病的治療方案時(shí)，需要充分考慮飲食，益生菌，藥物等能夠影響微生物組成的因素，它們都能直接或間接對(duì)先天免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 腸道微生物與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)
適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，也稱特異性免疫系統(tǒng)或獲得性免疫系統(tǒng)，是針對(duì)特定病原產(chǎn)生的免疫系統(tǒng)。與先天性免疫系統(tǒng)不同，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)是后天被某些病原菌感染后，有針對(duì)性的形成的特異性免疫反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括細(xì)胞免疫（T細(xì)胞）和體液免疫（B細(xì)胞）。由于每個(gè)人一生中遇到的病原菌的種類和機(jī)會(huì)是不同的，因此，不同人的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)具有十分明顯的個(gè)體差異性。實(shí)際上，腸道微生物與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，不同個(gè)體的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)受到腸道微生物的影響也不同。
KenyaHonda教授是日本理化研究所腸道穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，Dan R.Littman教授是紐約大學(xué)的教授，兩位都是研究免疫系統(tǒng)和腸道微生物關(guān)系的專家。Kenya Honda教授開創(chuàng)性的采用了一種Treg誘導(dǎo)的人體微生物菌株捕獲方法，并從健康人體中分離了多株腸道微生物，并且在動(dòng)物模型中驗(yàn)證了這些菌對(duì)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的誘導(dǎo)能力，為這些菌在臨床上用于治療和改善結(jié)腸炎、過(guò)敏性疾病提供了潛在應(yīng)用價(jià)值。Dan R. Littman教授的研究涉及腸道微生物調(diào)節(jié)T細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程以及在全身性炎癥疾病中的作用。他的工作主要圍繞T淋巴細(xì)胞在胸腺中的發(fā)育過(guò)程以及對(duì)不同腸道共生微生物的響應(yīng)機(jī)制，特別在炎癥反應(yīng)過(guò)程中腸道微生物的變化，以及T細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病，HIV感染和其它類型的病原微生物感染后的免疫反應(yīng)。
微生物介導(dǎo)的TH17細(xì)胞和自身免疫，圖片來(lái)自Nature,(Kenya Honda. et al., 2016)
在這篇綜述中，KenyaHonda和Dan R. Littman教授介紹了黏膜上特定位置分布的免疫系統(tǒng)T細(xì)胞和B細(xì)胞的表型和功能是受微生物影響的。這些細(xì)胞在抑制對(duì)無(wú)害抗原的響應(yīng)和加強(qiáng)腸黏膜屏障功能完整性，維持免疫系統(tǒng)的平衡中發(fā)揮重要作用。腸道菌群失衡，通過(guò)T細(xì)胞的活化可引起多種免疫系統(tǒng)疾病。這種可區(qū)分穩(wěn)態(tài)，病原微生物和宿主之間的相互作用機(jī)制研究，有助于發(fā)現(xiàn)預(yù)防或調(diào)節(jié)炎癥性疾病和提高腫瘤免疫治療療效的治療靶點(diǎn)。 他們還系統(tǒng)的介紹了哺乳動(dòng)物體內(nèi)定植的微生物對(duì)B細(xì)胞和T細(xì)胞功能多樣性的影響。文中詳細(xì)介紹了產(chǎn)生IgA的B細(xì)胞和攜帶CD4抗原T細(xì)胞的分化，特別是TH17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）兩種在腸道固有層中占很大比例的效應(yīng)T細(xì)胞（Teff）。文中還討論了一個(gè)至今很少受到關(guān)注的話題，即淋巴細(xì)胞在調(diào)節(jié)腸道菌群中的作用。 腸道微生物對(duì)病原菌的抵抗 來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的AndreasJ. Bäumler教授主要關(guān)注病原菌的感染，抗生素的使用和腸道微生物的關(guān)系。上個(gè)月，他的關(guān)于抗生素引起腸道微生物改變機(jī)制的研究剛發(fā)表在《Nature》上，他們鑒定出一種宿主介導(dǎo)的腸道內(nèi)糖類物質(zhì)氧化促進(jìn)抗生素治療后病原菌增殖的新機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)能夠解釋服用抗生素如何改變腸道菌群，增加有益于沙門氏菌等病原菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物的可獲得性。
抗生素對(duì)腸道微生物和病原菌的影響，圖片來(lái)自Nature,(Andreas J. B. et al.,2016) 該文章的另一位作者，來(lái)自德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的Vanessa Sperandio教授主要關(guān)注病原菌感染宿主的機(jī)制。她的研究涉及細(xì)菌是如何識(shí)別宿主的，以及如何利用這方面的知識(shí)來(lái)干擾細(xì)菌的感染。她的實(shí)驗(yàn)室曾發(fā)表了關(guān)于細(xì)菌病原體，如腸出血性大腸桿菌（EHEC）、沙門氏菌、土拉桿菌等典型的“超級(jí)細(xì)菌”，是如何利用微生物菌群與宿主的這種細(xì)胞-細(xì)胞之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方法來(lái)判斷和識(shí)別宿主環(huán)境的。研究發(fā)現(xiàn)它們之間的溝通是依賴激素的，包括宿主的腎上腺素和/或去甲腎上腺素（NE）等應(yīng)激激素以及細(xì)菌芳香性激素樣信號(hào)--Autoinducer-3（AI-3）。 微生物對(duì)人類健康有重要作用，近年來(lái)的研究顯示，微生物的改變可以對(duì)病原菌產(chǎn)生耐藥性或促進(jìn)病原菌感染。其中，抗生素能對(duì)腸道菌群產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，不僅改變腸道的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，還可能導(dǎo)致致病菌的增殖。實(shí)際上，病原菌可以利用腸道微生物產(chǎn)生的碳和氮作為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源和調(diào)節(jié)信號(hào)以促進(jìn)其自身的生長(zhǎng)和發(fā)揮毒力。通過(guò)引發(fā)炎癥，這些細(xì)菌能夠改變腸道環(huán)境，并使用獨(dú)特系統(tǒng)來(lái)推動(dòng)自身的增殖。 解開微生物，宿主和病原菌之間的相互作用機(jī)制將有助于制定通過(guò)調(diào)節(jié)微生物來(lái)對(duì)抗傳染性疾病策略。 微生物基因組關(guān)聯(lián)分析（MWAS）可用于疾病的精準(zhǔn)診療 重量級(jí)人物往往用來(lái)壓軸。去年剛被加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校挖走的Rob Knight教授是微生態(tài)研究領(lǐng)域的大牛，不僅生物信息做的好，而且特別具有開放、開源和免費(fèi)精神，積極鼓勵(lì)大眾參與科研并非常熱衷于科普。 Rob Knight教授實(shí)驗(yàn)室致力于使用和發(fā)展最先進(jìn)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，來(lái)解答一些基本生物學(xué)問(wèn)題，包括生物分子的組成，不同生態(tài)系統(tǒng)基因組和菌群，包括復(fù)雜的人體微生物生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程。他們實(shí)驗(yàn)室做了很多開放訂閱和訪問(wèn)的科學(xué)模型，提供免費(fèi)、開放源碼的軟件工具和公開所有可用的協(xié)議和數(shù)據(jù)，以提高大眾了解微生物生態(tài)的興趣，并進(jìn)一步努力促使公眾更積極的參與科學(xué)研究。
開發(fā)微生物全球定位系統(tǒng)（M-GPS）提供個(gè)性化干預(yù)指導(dǎo)，圖片來(lái)自Nature,(Jack A. G. etal., 2016)
在微生物研究領(lǐng)域，Rob Knight教授做了很多基礎(chǔ)性和決定性的工作，世界各地分析微生物測(cè)序數(shù)據(jù)最常用的免費(fèi)開源軟件QIIME就是來(lái)自Rob Knight教授實(shí)驗(yàn)室。Rob Knight教授還主持了一個(gè)“American Gut”項(xiàng)目，旨在讓美國(guó)大眾了解自己的腸道微生物組成，并且可以與其它美國(guó)人或其它國(guó)家的人進(jìn)行比較。值得注意的是，這個(gè)項(xiàng)目也遵循資源開放、開放獲取的原則，項(xiàng)目參與者本人和其他科研人員可以共享數(shù)據(jù)。RobKnight教授不僅是一名生物信息專家，他還參與撰寫了一本名為《Follow Your Gut》的書，據(jù)說(shuō)已經(jīng)有中文版了。此外，他還做了一場(chǎng)精彩的TED研究，告訴我們微生物是如何決定我們是誰(shuí)的 （“How our microbes make us who we are”）。Rob Knight教授與中國(guó)的科研合作也很密切，多次來(lái)中國(guó)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和授課，相信國(guó)內(nèi)很多做環(huán)境微生物生物信息的朋友聽過(guò)Rob Knight教授的報(bào)告或講座。 Rob Knight教授提出的微生物基因組關(guān)聯(lián)分析（Microbiome-wide association studies，MWAS）方法，實(shí)際上借鑒了全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wideassociationstudies，GWAS）的稱呼，華大基因也曾發(fā)表過(guò)一篇文章介紹了一種宏基因組關(guān)聯(lián)分析（MetaGenome-wideassociationstudies，MGWAS）的方法，實(shí)際上它們都是類似方法的不同稱呼，目的都是將多種復(fù)雜的基因信息和表型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，尋找與疾病關(guān)系密切的特異基因。 DNA測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的快速發(fā)展，對(duì)微生物及其與疾病鑒別相應(yīng)的計(jì)算工具訪問(wèn)量的顯著增加，特別是時(shí)間序列研究和從多分子角度促進(jìn)了類似于全基因組關(guān)聯(lián)分析的微生物基因組關(guān)聯(lián)分析的發(fā)展。早期的研究結(jié)果雖然顯示了微生物基因組關(guān)聯(lián)分析的有效結(jié)果，但是其臨床申請(qǐng)還沒有被批準(zhǔn)。由于微生物和宿主之間存在復(fù)雜的相互作用，記錄和整合宿主的飲食、化學(xué)和健康狀態(tài)，以及確定研究需要的動(dòng)態(tài)變化的觀測(cè)頻率，對(duì)開展基于微生物的精準(zhǔn)診斷和治療來(lái)說(shuō)具有重要意義。 如何尋找與疾病相關(guān)的腸道微生物？事實(shí)上，已經(jīng)在不同的分類水平上尋找到了多種疾病的生物標(biāo)記物。有些標(biāo)記物是在門或?qū)偎剑缗c肥胖，IBD和癌癥等相關(guān)的腸道微生物。當(dāng)然，有些生物標(biāo)記物并不具體涉及某個(gè)菌，可能是在某一類別，或者某幾類菌，也可能是其它分類標(biāo)準(zhǔn)，比如腸型。僅從微生物分類的水平尋找生物標(biāo)記物是不夠的，宏基因組分析能夠發(fā)現(xiàn)一些與疾病相關(guān)的微生物功能基因，從微生物實(shí)際參與的代謝過(guò)程來(lái)發(fā)現(xiàn)疾病的特異生物標(biāo)記物似乎離摸清楚微生物與疾病的關(guān)系更近一步。但是很多研究只是停留在人體微生物與疾病的相關(guān)上，建立疾病與人體微生物的因果關(guān)系才能更好的應(yīng)用于臨床，進(jìn)行疾病的預(yù)防和治療。此外，微生物的代謝產(chǎn)物對(duì)人體的影響廣泛，尋找和鑒定與人的健康和疾病密切相關(guān)的代謝產(chǎn)物能夠幫助人們了解具體的分子機(jī)制，從而為干預(yù)和治療疾病提供有效的靶點(diǎn)。人體微生物并不是一成不變的，它們始終處在動(dòng)態(tài)變化中，摸清其變化規(guī)律十分必要。此外，目前所有的努力并不是為了解釋健康和疾病發(fā)生的原因，最終目的是為了預(yù)防疾病，為了預(yù)測(cè)未來(lái)的健康走向，這就需要結(jié)合多組學(xué)的信息，采用MWAS的方法對(duì)疾病進(jìn)行精準(zhǔn)的診斷和治療。 在這篇文章中，作者還提出了大量具體的原則和建議，并且提出了一個(gè)叫做微生物全球定位系統(tǒng)的設(shè)想，希望能夠把全球不同地區(qū)、不同種族、不同飲食和生活習(xí)慣的人群進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，然后根據(jù)他們體內(nèi)微生物的不同提供個(gè)性化的、精準(zhǔn)的診治方案。 推薦感興趣的讀者繼續(xù)深入閱讀原文，相信各位會(huì)收獲良多。 參考文獻(xiàn) 1.Charbonneau MR et al.2016. A microbial perspective of human developmental biology.Nature 535, 48–55. 2.Sonnenburg JL, Bäckhed F. 2016. Diet–microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature 535, 56–64. 3.Thaiss CA et al. 2016. The microbiome and innate immunity.Nature 535, 65–74. 4.Honda K, Littman DR. 2016. The microbiota in adaptive immune homeostasis and disease. Nature 535, 75–84. 5.Bäumler AJ, Sperandio V. 2016. Interactions between the microbiota and pathogenic bacteria in the gut.Nature 535, 85–93. 6.Gilbert JA et al. 2016. Microbiome-wide association studies link dynamic microbial consortia to disease. Nature 535, 94–103. （段云峰）
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