解码生命 守护健康

你以为你每天克制饮食，勤于锻炼，就一定会瘦吗？

实验证明，与其刻苦减肥，不如 “吃屎”。

2009 年，美国微生物科学院院士、上海交大教授赵立平通过微生物基因组测序技术，证实肥胖与双歧杆菌减少 、硫酸盐还原菌增加正相关。为了改变胖子的肠道菌群，美国麻省总医院研发了一种 “有味道” 的技术：把瘦子的粪便制成减肥药。这项技术称为 “粪菌移植” ，已经成为微生物组产业三大支柱之一（微生物基因组检测、微生态药物以及粪菌移植技术）。

听起来有些难以下咽，但学界认可：目前粪菌移植技术在 SCI 上已有 614 篇相关文献发表。

我们的肠道里有上千种微生物、万亿个微生物细胞。如何知道哪一种微生物能够帮助减肥？哪些微生物会让人变胖？

肠道中有双歧杆菌、大肠杆菌、优杆菌、类杆菌等上千种微生物。

这就需要用到微生物基因组测序和分析。简而言之，就是对微生物进行基因测序，然后放到数据库中进行比对，继而分析出微生物的种类，哪一种有益，哪一种有害，甚至各自的功能。

2016 年 5 月，奥巴马政府推出 “国家微生物组计划（NMI）”，启动资金超过 5 亿美元。国际上已有 8 个人体微生物组计划，9 个环境微生物组计划。人类投资数十亿美元，试图用基因测序精准描绘十几万种微生物的遗传信息。

为什么微生物的基因会受到如此重视？

目前人体与动物基因组已测序完毕，数据库完备。而微生物基因组测序比前两者整整晚了十年。

微生物组测序这片未知领地一经探索，可推动以下三个领域的发展：

1、微生物可以应用于临床诊断和治疗

例如，如果我们想要避免做肠镜，可以以粪便为样本，检测肠道菌群，找出失调的微生物，与已知的病症对应菌群分布进行对比，诊断病情。进而研发出相应药物对失调的微生物进行激活或者抑制。

人体自身携带 1000 万亿个微生物细胞，总重量加起来超过 1 公斤。微生物与人体互利共生，互相影响健康。科研已证实肠道菌群失调与肥胖症、糖尿病、精神疾病等等有直接关系。

2、微生物可以应用于保健品行业

比如某些酸奶就主打益生菌和益生元对肠道的益处。不同菌种、不同菌株和配比，能产生不同功效，可根据每种人群的肠道菌群，针对性研制益生菌产品，还可用肠道菌群测序结果来评价保健品的调理效果。

3、微生物可应用于农业

微生物养料可精确定制不同农作物所需的微生物养料，可显著提高农业产量。

图为非洲最大的棉花基地 Burkina Faso，主席 Christian Kabore 在采访中表示，棉花产量已经不足了。

1995 年，生命科学家弗雷彻曼（ Fleichman ）完成了流感嗜血杆菌的全基因组测定，微生物基因测序的研究启动。2016 年，微生物基因测序已做好广泛应用的准备 。为什么这么说呢？

第一，基因测序技术经历了三代革新，第三代测序技术时间缩短、成本降低，让大规模微生物组测序成为可能。对于一个微生物的全基因组，第一代测序技术要 100 台仪器、数年、数十万美元才能测完。而现在一台仪器、十分钟、几千美元就能测。

第二，微生物基因的数据库越来越大、越来越精准。

2007 年，美国启动了 900 个微生物组测序的 “人类微生物组计划”，目前已接近完成。截止 2015 年，在美国国家生物技术信息中心（NCBI）的公开数据库，已收录 4517 种细菌、 3926 种病毒、 272 种古生菌的全基因组序列。

第三，云计算、机器学习在生物方面的应用开始普及。

微生物组信息量极大。如果把 NCBI 的微生物组数据用 DVD 储存（平均 700 MB），这些 DVD 垒起来有 4 个世界第一高楼迪拜塔高。云计算的出现，能够突破本地储存对硬件的高要求。

微生物基因的数据信息复杂。即使最新测序技术也无法突破测序结果误差大，不完整的瓶颈。这些碎片化，有错误的的微生物信息难以正确比对数据库中的信息。而机器学习算法发展，能够有效，快速得分析数据。

在欧美，“微生物组测试”正在从实验室走向市场

在中国，微生物组测序服务只针对科研，提供者如华大基因、诺禾致源、美吉生物等。目前，微生物组测序的商业应用一片空白，人们正期待新的产业诞生。