从肥胖、糖尿病、哮喘等人类健康问题到海洋“死区”等环境污染，从粮食安全到温室气体排放造成的气候变暖，几乎所有问题的背后，都有微生物的身影。美国国家航空航天局的科学家在谈到外星生命时曾说，它们更可能是小小的微生物，而不是科幻小说里描述的小绿人。

《环球》杂志记者/林小春（发自华盛顿）

在我们的身体里和周围环境中，有一个物种与大脑一样复杂、作用巨大但又尚未被充分认识，那就是显微镜下才能观察到的微生物群体。肠道菌群甚至被誉为人体的“第二基因组”。

美国疾控中心与预防中心提供的艰难梭菌的基因示意图

鉴于微生物对于人体健康与地球生态环境的重要性，美国白宫5月13日宣布启动“国家微生物组计划”，这是奥巴马政府继脑计划、精确医学、抗癌“登月”之后推出的又一个重大国家科研计划。

小小的微生物，为何能成为美国的国家级大型科研计划？美国政府将如何实施这个计划？最终的目标又是什么？

微生物虽小但影响巨大

从人和动物的肠道，到植物、土壤、海洋，微生物无处不在。最新研究认为，地球是1万亿种微生物物种的家园，其中只有0.001%的物种被人们发现。这些微生物以群居形式存在于特定环境里，其所有成员及其遗传信息和生命功能的集合被称为微生物组。

最近10年来，人们逐渐认识到，从肥胖、糖尿病、哮喘等人类健康问题到海洋“死区”等环境污染，从粮食安全到温室气体排放造成的气候变暖，几乎所有问题的背后，都有微生物的身影。美国国家航空航天局的科学家在谈到外星生命时曾说，它们更可能是小小的微生物，而不是科幻小说里描述的小绿人。

关于微生物的重要性，白宫科技政策办公室副主任乔·汉德尔斯曼如此形容：“如果有一件事我们可以确信，那就是微生物虽小，但它们的影响巨大。”汉德尔斯曼是“国家微生物组计划”的主要推手，她原本就是一名微生物学家，计划在今年7月重新回到她在耶鲁大学的实验室继续从事研究工作。

近些年来，微生物组的研究成果振奋人心，但是科学家对于操控它们的知识和手段仍是极度缺乏。汉德尔斯曼举例说，什么是健康的微生物组？怎样管理才能保持它们的稳定？我们现在连这些基本问题都无法回答。

为此，在汉德尔斯曼的牵头下，经过长达一年的调研与探讨，美国联邦机构、学术界和私营部门的科学家完成了“国家微生物组计划”，赶在奥巴马政府任期结束前推出。

总体上，这项计划有三个宏大的目标：首先，支持跨学科研究，回答不同生态系统中微生物组的基本问题；其次，提升发展检测、分析微生物组的手段，以加深对微生物组的了解，促进不同生态系统微生物组知识的共享，并加强微生物组数据的易获取性；第三，通过科普与教育扩大微生物组研究人才队伍。

根据白宫公布的计划，美国政府将在未来两年投入1.21亿美元联邦专项资金作为“国家微生物组计划”启动资金。除了联邦机构外，还有数十所大学、研究机构与基金会将加入“国家微生物组计划”，它们预计将在未来几年投入总计4亿美元的资金。

经济增长新产业

可以看出，通过政府自上而下的推动，美国在微生物组领域的产学研力量将被整合到一起，预计美国的微生物组产业发展将很快迎来黄金期。也正因此，汉德尔斯曼将“国家微生物组计划”的推出视为一个里程碑事件。

汉德尔斯曼在“国家微生物组计划”启动会议上指出，奥巴马政府的一些优先领域，比如精确医学、可再生能源、农业与气候变化等，都与微生物组研究“高度交叉”。

事实上，得益于低成本高通量基因测序技术的发展、计算和成像技术的改进，以及用于数据分析的生物信息学工具的革新等进展，微生物组正在迅速发展为促进经济增长的一个新兴产业。

“过去几年我们看到这个领域的新公司如雨后春笋般在全美涌现，一些公司做得非常、非常成功，”汉德尔斯曼说，“我们认为未来是微生物的时代。国家的发展将有赖于在微生物组及相关科学方面的伟大技术与创新。”

美国国家科技委员会“测绘微生物组快速行动委员会”去年11月发布的一份调研报告也指出，微生物组研究的一些领域已经开始带来巨大的经济回报。其中，益生菌产业的规模已经达到3500万美元，预计到2023年会增长至6.5亿美元。此外，目前已有约20家公司在开展微生物组调控产品的临床研究。

美国政府一直对微生物组领域进行投资。早在2007年，美国国家卫生研究院就启动了“人类微生物组项目”，至今累计投入资金2.15亿美元，主要对胃肠道、口腔、鼻腔、女性生殖道和皮肤5个人体部位的微生物组进行研究。

有科学家评论说，如果没有“人类微生物组项目”在基础数据和方法方面的积极探索与积累，绝对不会有微生物组研究今天的火爆。

近几年，美国政府对微生物组领域的支持力度进一步增加。美国官方2015年公布的报告显示，2014财政年度在该领域的联邦投资是2012财政年度的3倍，最近3年间的联邦投资总额超过9.22亿美元。

战略必争之“高地”

自10年前微生物研究进入主流医学界视野以来，在《自然》《科学》《细胞》以及美国《国家科学院学报》等顶级学术刊物上发表的相关论文越来越多。

2013年，微生物对人体健康的影响研究被《科学》杂志评为当年十大突破性科学进展之一。今年4月底，《科学》杂志又以专刊形式系列发表肠道菌群方面的研究。

5月11日，位于西南印度洋的我国首个深海水体原位微生物实验平台回收成功　　

正是在这种微生物组研究红得发紫的背景下，去年10月，近20名美国顶尖科学家在美国《科学》杂志上发文，敦促美国推出“联合微生物组研究计划”，这是美国“国家微生物组计划”出台的直接推动因素。

与此相呼应，同一时间，上海交通大学微生物分子生态学与生态基因组学实验室主任教授赵立平联合德国与美国的两名教授在英国《自然》杂志上撰文，呼吁国际社会携手启动“国际微生物组计划”，这一呼吁已引起中国政府的重视。

赵立平指出，当前的微生物学研究如同“盲人摸象”，由于各国的研究方法和标准不统一，使得数据难以比较及整合，这种“碎片化”现状造成资源的极大浪费。

公开资料显示，自2005年以来，国际科学界开展了至少8项人体微生物组计划，包括美国人类微生物组项目、加拿大微生物组研究项目以及日本人体元基因组项目。近年来，中国科学家也积极参与或牵头实施了中法肠道元基因组研究、十万食源性病原微生物基因组计划、万种微生物基因组计划等。

面临可能出现的国际竞争，美国“测绘微生物组快速行动委员会”公布的报告充满了危机感：“由于目前联邦政府在微生物组研究方面每年投入超过3亿美元，美国走在这一领域研发的前沿。但随着其他国家快速扩大投资，美国的这一地位可能不能持久。”

赵立平则认为，微生物组已经成为国际新一轮科技革命的战略必争“高地”，西方发达国家均有大量资源投入，参与研发的科技工作者与单位也日益增多，乐观估计大约5年可以看到新产业形成。

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