中国微生物组计划:机遇与挑战

长期以来,受制于技术发展水平,微生物群及其功能的形成过程和机制,以及驱动微生物群演化的动力等,在很大程度上还是一个黑箱。由于组成复杂多变、分布广泛莫测,微生物组成为与人的大脑并列的、尚未被充分认识的复杂生物系统。近20年来,“组学”与大数据等技术创新,系统与合成生物学等研究思路创新,为攻克其复杂性带来的巨大挑战提供了重要机遇。

一、微生物组的重要意义

(一)微生物组是新一轮科技革命的战略前沿领域

微生物组是整个地球生态系统的“基石”之一,从人到地球生态系统的各种生态位中,几乎无处不在,且互相紧密结合,形成完整的复杂系统;微生物组的正常状态与运行,是保证系统健康的重要因素之一,一旦出现结构失衡和功能失调,系统就会出现病态。因此,目前人类面临的从疾病流行到生态恶化、气候变化等复杂系统的病态问题,背后几乎都有微生物组失调的影响。

(二)国际微生物组研究处于转折期,存在重大机遇

在国内外已经获得初步突破的基础上,微生物组研究已经成为国际新一轮科技革命的战略必争“高地”,西方发达国家从政府到社会均有大量资源投入,参与研发的科技工作者和机构也日益增多。正是在这迅猛发展的实践中,人们更认识到这一研究与开发工作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。因此,中、美、德等国科学家在《自然》杂志发文,呼吁组织“国际微生物组计划”。

二、我国发展微生物组研究的基础与挑战

(一)优势1:具有丰富的环境和生物资源与综合集成平台

我国具有丰富的环境和生物资源,多种多样的环境资源蕴藏着应用潜力无限的特色微生物组。我国人群遗传多样性结合多种地域性饮食与生活习惯类型,决定我国拥有众多差异明显又各具特色的人体微生物组。我国农林草作物以及禽畜鱼类繁多,生长环境差异大;加上我国特有的动植物资源(如中草药等特色植物、熊猫等特有野生动物),这一方面的微生物组资源不仅丰富而且有特色,成为进一步开发的重要资源。我国有历史悠久、体量巨大的发酵产业,其中相当大的部分为复杂菌群发酵,自然是微生物组研究的重要对象。我国在环境保护与污染生态体系修复方面的任务繁重,更为微生物组研究提出了紧迫的需求和任务。

(二)优势2:国家长期资助,在相关微生物研究领域中,拥有一批高水平人才队伍和基础性成果

在科技财政经费方面,国家自然科学基金资助经费逐渐增加,加上“973”计划、“863”计划和中科院战略性先导科技专项的支持,目前我国微生物学领域的研发经费每年近4亿元。

我国在微生物学、微生物生态学、微生物基因组学与功能基因组学等领域已有良好的基础,特别是微生物的物种资源、分类与进化,生理生化与代谢、遗传与发育及其对环境和宿主的影响,土壤微生物与农业等方面,取得了长足的进展,部分成果已经处于国际并行甚至领跑位置。


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