周宏伟:方法学跃迁带来的蓬勃发展
热心肠小伙伴们 2023-03-02
热心肠8年心血之作——《生命母亲河:肠道科学与艺术画集》已正式发售。

 

 

周宏伟

南方医科大学珠江医院教授

“Microbiome”应该翻译成什么样的中文名词?科学家们还在讨论,还有不同的见解。无论如何命名,它基于“biome(生物群落)”而来,指的是包括研究对象中的各类微生物(细菌、古细菌、真核微生物和病毒)及其基因组(基因),以及其周围环境在内的一个整体。人体微生物组,就是以人体的局部环境为一个整体,研究其中的微生物与微生物之间、微生物与宿主之间相互作用的一个新兴交叉领域。

 

最近二十年来,人体微生物组成为生物医学最为活跃的前沿领域之一。有一个有趣的现象,全世界不少从事人体微生物组研究的科学家,最初都是研究环境微生物组的,而我也正是其中之一,我的博士研究课题就是环境微生物。那时候研究环境微生物的方法,还是很传统的技术,研究进展多年来鲜有突破。

 

2008年,在一次培训学习中接触到二代高通量测序技术,我就想如果将这个新方法用于研究环境微生物组,也许能突破目前的困境。于是我很快就付诸行动,应用二代测序技术去观测不同环境中的微生物群落,有湖泊的,有海洋的,有潮间带的,有红树林的,也有红树林不同位置的,等等。样本采集的地理范围,既有很广的尺度,也有很细的尺度。当我做完了检测去观察结果时,发现这些样本之间的相似度可以与采集它们的地理位置对应起来,清晰地标在地图上——放在今天看大家也许觉得平常,但在十几年前这个结果却十分令人振奋。用传统研究工具,是很难观察到这个现象的。

 

2012年,这份工作成果以“Comparison of the Levels of Bacterial Diversity in Freshwater, Intertidal Wetland, and Marine Sediments by Using Millions of Illumina Tags”为题,发表在Applied and Environmental Microbiology。这篇文章的影响力经久不衰,十来年过去了,每年还依然会被引用几十次,是我至今被引用次数最多的一篇论文。

 

通过这个工作,我强烈感觉到微生物组研究进入了一个全新的时代。作为研究对象的微生物组,它本身处于一个极为丰富复杂的维度,而过去的研究工具只能解析几个指标,实际上是在用一个低维的工具去研究一个高维的对象,这就好比盲人摸象,而且还是用一只小小的手去摸一只巨大的象。我们必须要用同样高维度的工具来研究微生物组这个复杂对象,二代测序技术就是这样一个工具,它能一次性分析成百上千个指标,能够清晰、可重现地解析微生物组,这就好比我们不再是闭着眼去摸象了,而是拿着一个哈哈镜去观察大象,虽然可能也只观察到了大象的一部分,但这一部分已经比之前大得多了。最近这些年,整个微生物组包括人体微生物组在内的研究进展很快,好像被打开了黑匣子,涌现众多突破性成果,二代测序技术就是打开这个黑匣子的关键秘钥之一。

 

十余年来,我的研究对象从环境拓展到动物、人类的微生物组,基于二代测序技术的微生物组分析方法也被不断升级完善。2015年,我们与广东省公共卫生研究院马文军研究员团队合作,在广东省开展了迄今为止最大的人群肠道菌群与慢病项目——广东省肠道菌群计划(GGMP)。通过数据挖掘,我们发现区域因素对菌群的影响显著大于年龄、疾病、生活方式等其他因素,从而提出了建立复杂菌群认知和诊断模型的地域依赖性假说。用一句话来总结,就是“一方水土养一方人,也养一方菌”。2018年,这项研究成果以“Regional variation limits applications of healthy gut microbiome reference ranges and disease models”为题发表在Nature Medicine

 

尽管已经有了如此众多的发现,但关于人体微生21物组的研究实际上还处于一个非常早期的阶段。肠道菌群在针对一些疾病的诊断与防治中展现出了巨大的标靶潜力,但仍然需要通过科学实证的方法来进一步证实。这是一个富有价值、值得期待的研究领域,与之相关的产业转化十分热门,但也容易产生虚火。我们首先要以开放包容的心态,来接纳这个领域里各种各样的声音,同时也一定要用科学实证的方法,来推动相关研究与产业的健康发展。

 

我和灿辉同为清华生物系的校友,彼此一见如故,兴趣相投。他创立的热心肠平台一直在推动肠道领域的科普工作,在研究者与公众之间起到了非常好的翻译与推广作用。这次由热心肠研究院发起的“肠道科学与艺术”插画巡展,我十分乐意参与。每一张作品都很精彩漂亮,把最新的科学知识和艺术有机地结合,以通俗易懂又美好的方式表达出来。当我在十八个插画主题中一眼发现“技术之光”这个词语的时候,就感到强烈的共鸣。技术的进步和方法学的跃迁,的确是这个领域蓬勃发展的核心推动力。我非常期待,这个插画展能够如愿落地百城,走遍中国,大力推动公众以更加科学的精神来理解肠道微生态这个新领域,从而提升个体的健康意识,也促进整个行业的健康发展。

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