秦楠博士微生物组论坛精华——聚焦肠道菌群的精准医疗

  2016年4月15日，来自浙江大学的秦楠博士在2016（第二届）肠道微生物组与临床应用研讨会上做了《宏基因组学的最新研究进展》报告，获得了参会者的积极响应。
  本次会议主题是围绕肠道微生物与肥胖、糖尿病、免疫炎症、免疫治疗、结直肠癌、大脑神经疾病等疾病的关系，肠道微生物与粘膜免疫，膳食对肠道微物的调节作用，肠道菌群移植研究等议题进行探讨。肠道菌群的研究迅速发展，其对人体健康的影响被广泛认为是近年来生物医学中最令人激动的研究之一，从而也使秦博士的报告更引人关注。2008年美国弗吉尼亚理工大学微生物学博士毕业后，由于敏锐地意识到了新一代测序的巨大发展机会，秦楠博士果断放弃了去UCLA读博士后的机会，回到了深圳华大基因从事微生物基因组及菌群宏基因组研究，期间于2010年4月去美国波士顿联合创办了美洲华大基因，2011年来到浙江大学继续从事二代测序在微生物菌群领域的研究，在菌群宏基因组领域已经从事研究工作8年有余，可谓是“年轻的老兵”。
  在本次报告中，首先秦博士向参会者介绍了宏基因组学国内外的研究现状。宏基因组的概念最早在1998年由Jo Handelsman在《Chemistry & biology》提出，主要用于研究一个环境中所有微生物群体的基因组信息，该技术打破了传统微生物学研究中预培养的局限，可以直接对环境中微生物DNA进行高通量测序。这项技术广泛应用于人体口腔、肠道、皮肤、粘膜等各种微环境研究。基于宏基因组测序技术已开展多项国际研究计划，例如欧盟人肠道宏基因组计划(MetaHIT)、人类微生物组计划（NIH: HMP），并且这些重大项目均已开始进行第二阶段的研究任务（MetaGenoPolis (MGP) 、iHMP）。此外，还有一些其他重大国际计划如Hospital Microbiome Project、The Home Microbiome Study、The Skin Deep Microbiome Project也在逐步进行中。与此同时，随着二代测序技术在疾病领域研究的发展，以微生物菌群为靶点的治疗方案已成为精准医疗一个重要方向。生命科学和医学目前都进入了大数据的时代，大量的生物信息数据、临床数据为精准医疗的深入发展提供了重要基础。
  接下来，秦博士还通过几个经典案例向大家介绍了国际上宏基因组学研究的最新进展。其中法国农业科学研究院（INRA）的Dusko Ehrlich教授2014年7月发表在《Nature Biotechnology》上的一篇文章揭示了宏基因组样本组装新方法co-abundance gene groups (CAGs)。宏基因组研究通过CAG方法可以将物种分辨率提高到菌株水平，CAG组装的覆盖度接近95%，相似度接近99.9%。另外，《Molecular Systems Biology》和《Nature Communications》上发表的两篇文章深入探讨了结直肠癌和肠道菌群的关系，并探讨了利用肠道菌群进行早期结肠癌诊断的可能性。这两个研究同时为微生物组研究在精准医疗领域的应用提供了方向。此外，秦博士通过2015年7月发表在《Nature Medicine》上的一篇文章探讨了口腔和肠道微生物菌群联合分析对自身性免疫疾病（类风湿性关节炎，RA）的影响。口腔和肠道作为消化系统的两端，两者与疾病的关联分析也为今后研究相关疾病提供了新的思路。除了代谢类疾病和自身性免疫疾病外，秦博士还指出了肠道菌群与精神类疾病的关系，报告中他介绍了两个案例：一是有一小镇居民饮用受大肠杆菌和空肠弯曲杆菌污染的水导致严重的肠道感染疾病，在患病后的8年里，发现这部分人比一般人更容易消沉和焦虑；二是2015年《Nature Communication》杂志发表的一篇文章通过母婴分离过程使小鼠产生早期应激并观察小鼠行为、监测肠道菌群，发现新生儿压力导致肠道菌群及其代谢活动的小变化对宿主成年后的行为产生深远的影响，并揭示肠道菌群在宿主的焦虑和抑郁行为起重要作用。更有意思的是早产对菌群也有很深远的影响，在秦博士的报告中，他指出极早产婴儿的肠道细菌失衡与坏死性小肠结肠炎有密切关系，这是今年3月刚发表在《Lancet》杂志上的一篇文章。通过对166个早产婴儿分两组进行研究，其中46个病例患坏死性小肠结肠炎（NEC），120个对照健康婴儿，共取3586个粪便样品，进行16SrDNA测序。结果发现患坏死性小肠结肠炎婴儿的肠道菌群与对照组有明显不同（特别是在出生后一个月）。病例的γ-变形菌纲细菌增加，而严格厌氧的细菌如Negativicutes减少。该研究也为未来通过干预菌群治疗NEC打下了坚实基础。
  宏基因学技术在各类消化道疾病、呼吸道疾病、精神类疾病、自身免疫性疾病、心血管类疾病、口腔疾病、皮肤疾病等的研究越来越广，对临床诊断治疗的作用也越来越大。随着新的科技方法的不断发展，宏基因组的应用范围将会越来越广泛，将大大扩展我们对生命的了解。除此之外，高通量测序技术为个性化的临床上肠道菌群移植提供了理论基础。以大数据为基础的精准医疗将成为“十三五”期间我国重点发展的医学领域之一，到2030年前，国内精准医疗领域投入预计会达到600亿元，而精准医疗离不开肠道菌群宏基因组研究。人体与环境相关微生物组研究的蓬勃发展，今后会在健康领域产生重大的影响。
  最后，秦博士还欢迎大家参加今年9月26-30日在苏州举行的冷泉港亚洲会议（微生物与环境专题）和11月9-11日在休斯顿举办的第六届国际人体微生物组大会，他作为两个大会的组织者之一，欢迎大家积极投稿并参会！另外，秦博士还透露了最近他正在参与筹备的山东基因科学研究院，并获国家发改委批准建立了山东省基因检测技术应用示范中心，以此为基地进行基因检测的转化医学研究。

（转化医学网360zhyx.com）