 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 1 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 990 | 回復(fù): 0 | |||
yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
|
[交流]
深耕20年！上海交大教授摘取“皇冠上的明珠”
|
|
文|《中國科學(xué)報(bào)》見習(xí)記者 江慶齡 2016年，上海交通大學(xué)教授趙立平接受了美國羅格斯大學(xué)的橄欖枝，任職該校講席教授，并牽頭組建中美合辦的“微生物組與人體健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。 當(dāng)時(shí)，趙立平的博士研究生吳國軍很快就要畢業(yè)了，計(jì)劃出國深造。不巧的是，他們開展的一項(xiàng)研究正處于關(guān)鍵時(shí)期。趙立平希望和吳國軍繼續(xù)合作，但又不想打亂后者的職業(yè)生涯發(fā)展規(guī)劃。于是，趙立平就找吳國軍商量，“如果我在美國組建實(shí)驗(yàn)室，你是否可以過去做博士后，繼續(xù)深入目前的課題”，吳國軍同意了。 8年后，他們找到了腸道菌群中維持人體健康必不可少的“核心菌群”。10月8日，這對師徒通力合作的又一項(xiàng)研究在Cell上線，這也是他們共事的第12年。 Cell論文截圖 中國科學(xué)院院士趙國屏評價(jià)此項(xiàng)研究：“成功將原本難以量化的微生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可定量分析的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著從基于傳統(tǒng)分類學(xué)的‘菌株代謝’鑒定分析到基于生態(tài)學(xué)的‘核心菌群’功能動(dòng)態(tài)分析。這既是微生態(tài)理論的重大突破，也是微生物組研究方法上的重大創(chuàng)新�！� 腸道菌群研究領(lǐng)域“皇冠上的明珠” 十余年來，越來越多證據(jù)表明，腸道菌群不僅參與人體消化系統(tǒng)的正常功能，還在維持健康中起著關(guān)鍵作用。 一方面，將健康人的腸道菌群通過糞菌移植（FMT）移植給患者，能夠緩解多種疾病的癥狀；另一方面，將糖尿病等患者的腸道菌群移植給無菌的小鼠，小鼠很快就會(huì)得相應(yīng)的病。這些結(jié)果表明，腸道菌群作為一個(gè)“器官”，與疾病的發(fā)生發(fā)展有因果關(guān)系。 然而，各類論文呈井噴式增長的同時(shí)，圍繞腸道菌群的爭議也時(shí)常出現(xiàn)。如2019年，美國一位血液疾病患者在經(jīng)FMT治療后，因?yàn)楦腥揪栀?zèng)者糞便中的多重耐藥大腸桿菌而死亡，美國食品藥品監(jiān)督管理局也因此緊急叫停了一系列相關(guān)臨床試驗(yàn)。 究其原因，在于腸道菌群研究仍缺乏一塊重要拼圖——人體內(nèi)存在的上千種細(xì)菌中，到底哪些細(xì)菌起到了核心作用，它們又是如何影響生命健康的？ 維持人體健康必不可少的所有細(xì)菌被統(tǒng)稱為“核心菌群”�！皩ふ液诵木壕褪悄c道菌群研究‘皇冠上的明珠’，是領(lǐng)域中所有人都在追尋的目標(biāo)�！壁w立平介紹。 此次，趙立平團(tuán)隊(duì)正是在核心菌群成員的鑒定上取得突破。他們將目光聚焦在經(jīng)過各種環(huán)境變化的擾動(dòng)后，仍能穩(wěn)定地保持協(xié)作或競爭關(guān)系的細(xì)菌功能群上。 基于這個(gè)思路，趙立平團(tuán)隊(duì)利用吳國軍牽頭研發(fā)的高分辨率的菌群測序大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，開始找尋“皇冠上的明珠”。這種技術(shù)的核心是把每一種細(xì)菌的高質(zhì)量的基因組組裝出來，簡稱HQMAGs。 值得一提的是，HQMAGs不依賴于現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫。即便是目前知之甚少的未知細(xì)菌，也可以通過追蹤其基因組序列來研究它們的生態(tài)行為及其對人體健康的影響。同時(shí)，該方法分辨率極高，可以將細(xì)菌的識別精確到接近菌株的水平。 結(jié)果讓趙立平驚喜但又不敢相信：“我們在各個(gè)環(huán)節(jié)反復(fù)驗(yàn)證了很多次，才最終確定，我們真的找到了核心菌群�！� 趙立平 腸道里的菌群“蹺蹺板” 趙立平團(tuán)隊(duì)先是將營養(yǎng)干預(yù)作為一種環(huán)境擾動(dòng)，對2型糖尿病患者進(jìn)行高膳食纖維飲食的干預(yù)，并對干預(yù)前、干預(yù)后及一年后隨訪的3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的糞便樣本進(jìn)行了菌群網(wǎng)絡(luò)分析。團(tuán)隊(duì)篩選得到141株細(xì)菌，這些細(xì)菌構(gòu)成了2個(gè)“相互競爭的功能群”。 其中一個(gè)功能群對健康有益，團(tuán)隊(duì)將之定義為“基石功能群”。這些細(xì)菌通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸酸化腸道環(huán)境，從而抑制機(jī)會(huì)性致病菌的過度生長。趙立平將它們比喻為“大樹菌”。只有“大樹菌”占據(jù)主導(dǎo)地位，腸道的微生態(tài)系統(tǒng)才能像茂密的森林一樣保持穩(wěn)定。 另一個(gè)功能群則由機(jī)會(huì)性致病菌構(gòu)成。它們攜帶幾乎所有已知類型的抗藥性基因和毒力因子基因，被命名為“病生功能群”。這類細(xì)菌在數(shù)量較低時(shí)對維持人體免疫系統(tǒng)的正常功能必不可少，其數(shù)量失控后則對人體有害。 而后，趙立平團(tuán)隊(duì)在不同疾病、不同地域、不同種族的人群中，都發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律。在這兩個(gè)功能群內(nèi)部，細(xì)菌之間保持著穩(wěn)定的協(xié)作關(guān)系，類似于“鐵哥們兒”；而這兩個(gè)功能群之間則維持著穩(wěn)定的競爭關(guān)系，類似于“死對頭”。 這是一個(gè)類似于“蹺蹺板”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，通過“你升我降”影響人體健康：在健康人群中，“基石功能群”占據(jù)絕對優(yōu)勢；而在患有某些疾病的人群中，“病生功能群”的數(shù)量變多了。 “蹺蹺板”模型圖示 這套分析方法可以準(zhǔn)確預(yù)測多種疾病的免疫療法效果，并對每個(gè)人的菌群“蹺蹺板”進(jìn)行精準(zhǔn)的個(gè)性化檢測，確保在FMT時(shí)“對癥補(bǔ)菌”。 值得一提的是，以往腸道菌群領(lǐng)域無法達(dá)成共識的結(jié)論，也有了新的解釋。“不同實(shí)驗(yàn)室研究同一種細(xì)菌和某個(gè)疾病的關(guān)系，能夠分別得出正相關(guān)、不相關(guān)和負(fù)相關(guān)3種結(jié)論，原因是分辨率太低而且未考慮細(xì)菌和細(xì)菌之間的關(guān)系。將這些研究納入‘蹺蹺板’模型的框架下，能夠得到更為統(tǒng)一的結(jié)論�！壁w立平表示。 近50頁的回復(fù)信 “從2006年開始，我們實(shí)驗(yàn)室大概每五年左右能夠完成一項(xiàng)重要研究。我認(rèn)為論文的水平足夠的，就會(huì)投給Nature，但每次都會(huì)卡在同行評議環(huán)節(jié)�！壁w立平告訴《中國科學(xué)報(bào)》。 比如團(tuán)隊(duì)2018年上線的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，通過攝入多樣化的膳食纖維，可使腸道內(nèi)特定的有益生態(tài)功能菌群增多，促進(jìn)胰島素分泌、提高胰島素敏感性，進(jìn)而改善2型糖尿病。他們最初把論文投給Nature，但被審稿人“批糊涂”了，修改之后改投Science，半年后論文上線。 此次，故事還在重復(fù)。兩年前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在糖尿病患者中找到2個(gè)穩(wěn)定的功能群，并在十余種疾病的宏基因組原始測序數(shù)據(jù)中進(jìn)行了驗(yàn)證。趙立平把論文發(fā)給Nature編輯部后，卻再一次敗興而歸。 “審稿人的意見中有一些不合理的地方。但我們都認(rèn)為是自己沒有把論文打磨得足夠完美，才導(dǎo)致他們產(chǎn)生這些誤解�！壁w立平說道。 就這樣，團(tuán)隊(duì)在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個(gè)涵蓋三大洲、涉及15種疾病的26項(xiàng)病例-對照研究的“超級數(shù)據(jù)集”。數(shù)據(jù)集中共包含1780名患者和1604名對照人群。他們最終得出結(jié)論：這個(gè)通用的“蹺蹺板”模型是一個(gè)不受地域、種族和病種限制的人類核心菌群模型。 “我們心里非常踏實(shí)，因?yàn)橛性鷮?shí)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支撐我們的結(jié)論�！贝藭r(shí)，整篇論文內(nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)超Nature的體量，趙立平考慮之后，把論文投給了Cell。 第一輪審稿后，團(tuán)隊(duì)又花費(fèi)4個(gè)月時(shí)間，結(jié)合審稿人的意見修改論文，寫了近50頁的回復(fù)信。3名審稿人在收到郵件的第二天，都表示同意發(fā)表。最終論文順利被Cell接收。 趙立平補(bǔ)充：“我們原來的題目是‘穩(wěn)定的關(guān)系可以幫助找到核心菌群’。Cell的編輯認(rèn)為我們已經(jīng)找到了核心菌群，改成了現(xiàn)在的標(biāo)題‘一種可作為健康指征的核心菌群特征’�！� “爬樓梯”的二十年 為什么會(huì)想到將“穩(wěn)定的關(guān)系”作為突破口？趙立平直言，他從二十年前就開始為這個(gè)問題做準(zhǔn)備。 2004年，對趙立平而言是個(gè)特殊的年份。這一年，他第一篇關(guān)于腸道菌群的論文發(fā)表于Journal of Microbiological Methods。這項(xiàng)研究中開發(fā)了一個(gè)用基因組片段識別和追蹤健康人類腸道中常見菌群的方法。 也是在2004年，我國最早開展系統(tǒng)生物學(xué)研究的科學(xué)家之一、中國工程院院士楊勝利提議，由中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院和上海交通大學(xué)合作，組建系統(tǒng)生物學(xué)研究所。不久后，中國科學(xué)院院士陳竺提出了系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)的概念。在陳竺的推動(dòng)下，上海第二醫(yī)科大學(xué)（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院前身）和上海交通大學(xué)聯(lián)合成立“上海系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心”。 趙立平作為常務(wù)副主任主持了研究中心的籌備工作，在此過程中得以接觸最前沿的系統(tǒng)生物學(xué)知識和研究進(jìn)展，并與系統(tǒng)生物學(xué)的創(chuàng)始人之一Lee Hood、代謝組學(xué)創(chuàng)始人之一Jeremy Nicholson等專家有了密切接觸和合作的機(jī)會(huì)。這段經(jīng)歷也使趙立平養(yǎng)成了從復(fù)雜系統(tǒng)的角度進(jìn)行菌群研究的習(xí)慣。 此前，趙立平是國內(nèi)微生物污水處理領(lǐng)域走在前列的科學(xué)家，但他以破釜沉舟的勇氣，將方向完全轉(zhuǎn)向彼時(shí)十分小眾的腸道菌群研究。 由于趙立平完全放棄了申請?jiān)緝?yōu)勢的項(xiàng)目，最初的幾年十分艱難，實(shí)驗(yàn)室一度因?yàn)榻?jīng)費(fèi)短缺而面臨關(guān)閉的危機(jī)。趙立平回憶：“因?yàn)橛泻脦醉?xiàng)指標(biāo)都沒有完成，學(xué)院年終總結(jié)匯報(bào)的時(shí)候，感覺像是被放在火上烤一樣。” 但抱著“腸道菌群研究一定會(huì)大有可為”的信心，趙立平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，咬牙挺過了最艱難的時(shí)光。 2005年底在巴黎舉行的人類微生物組圓桌會(huì)議宣布：組織全球的力量開展“國際人類微生物組計(jì)劃”。法國國家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院牽頭的歐盟腸道菌群研究計(jì)劃、美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）宣布啟動(dòng)的“人類微生物組計(jì)劃”，以及中法腸道元基因組合作研究等項(xiàng)目都加入“國際人類微生物組研究聯(lián)盟”，通過對人體內(nèi)的微生物進(jìn)行測序，解析菌群結(jié)構(gòu)變化對人類健康的影響。 2010年之后，二代測序技術(shù)迅速發(fā)展普及，新技術(shù)和新方法的涌現(xiàn)使得腸道菌群研究迎來了春天，并迅速進(jìn)入火熱的夏天。 此時(shí)，趙立平已經(jīng)完全將研究方向轉(zhuǎn)到腸道菌群領(lǐng)域。更為重要的是，趙立平在上世紀(jì)90年代，就意識到測序技術(shù)以及生物信息學(xué)將是微生物研究的重要工具。轉(zhuǎn)型的那幾年，他們就在實(shí)驗(yàn)室搭建起高分辨率的測序和分析平臺(tái)，并引入了機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)。 同時(shí)，趙立平注重將系統(tǒng)論、信息論、控制論等系統(tǒng)生物學(xué)的理念，同腸道菌群的研究相結(jié)合，他也因此形容自己是“被系統(tǒng)生物學(xué)思想武裝起來的微生物學(xué)家”。 到2012年，趙立平實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)積累了大量腸道菌群宏基因組測序數(shù)據(jù)，他開始物色合適的學(xué)生從事數(shù)據(jù)分析等工作。本科為生物信息學(xué)專業(yè)的吳國軍聯(lián)系趙立平，希望在他實(shí)驗(yàn)室讀博，這對師徒的緣分就此開啟。 吳國軍閱讀了大量文獻(xiàn)，綜合國際上所有常規(guī)的數(shù)據(jù)分析方法，并創(chuàng)新性地引入高分辨率的方法，在實(shí)驗(yàn)室搭建起HQMAGs技術(shù)平臺(tái)。不論是2018年的Science，還是今年的Cell，這套體系都發(fā)揮了重要作用。 趙立平和吳國軍在探討高分辨率菌群分析技術(shù) “要培養(yǎng)能夠自主創(chuàng)新的科學(xué)家，必須首先讓他在某一個(gè)方向深耕十年以上�！壁w立平認(rèn)為，對年輕科學(xué)家而言，在原有研究初步取得一定成績的情況下，轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的方向從頭開始，不利于個(gè)人的長期發(fā)展。因此，當(dāng)吳國軍考慮博士畢業(yè)后的去向時(shí)，為了滿足他在國外做博士后的要求，趙立平欣然接受了羅格斯大學(xué)的職位。 現(xiàn)如今，吳國軍已是羅格斯大學(xué)的一名研究助理教授。“如果不是把系統(tǒng)生物學(xué)的思想和原理用在尋找核心菌群上，如果不是我和吳國軍密切合作了12年，很難會(huì)有今天的突破�！壁w立平強(qiáng)調(diào)。 最近幾年，趙立平的名字持續(xù)出現(xiàn)在“高被引學(xué)者”名單中。回顧過去二十年的科研生涯，趙立平感慨：“我們是從腸道菌群幾乎無人問津的時(shí)候開始做的，然后看著它逐漸走向舞臺(tái)中央。從我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)展來說，也在不斷取得階段性的成果，就像爬樓梯一樣，錨定了一個(gè)目標(biāo)，然后一步一步慢慢向上，不斷取得進(jìn)步�！� 他們依然在向著更高處攀登。接下來，趙立平團(tuán)隊(duì)將以“基石功能群”為靶點(diǎn)，開發(fā)一系列可以在臨床上實(shí)際運(yùn)用的檢測和治療方案，并在不同疾病中證明其效果，真正為患者帶來福音。 “我們從來都不認(rèn)為腸道菌群能夠包治百病，而是在病人接受治療的時(shí)候，把他們的腸道菌群調(diào)理好，讓他們能夠獲得更好的治療效果和生活質(zhì)量�！壁w立平的夢想是，通過恢復(fù)“大樹菌”的生態(tài)優(yōu)勢地位，恢復(fù)腸道中的微生物的“森林”系統(tǒng)，至少讓全世界1000萬患者重獲健康。 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.019 *本文圖片均由受訪者提供 |
回復(fù)此樓» 猜你喜歡
材料科學(xué)（0805）338 求調(diào)劑
已經(jīng)有6人回復(fù)
-
2026考研求調(diào)劑-材料類-本科211一志愿985-初試301分
已經(jīng)有3人回復(fù)
-
085600材料與化工，一志愿廣州985，求調(diào)劑
已經(jīng)有12人回復(fù)
-
346分材料求調(diào)劑
已經(jīng)有5人回復(fù)
-
288求調(diào)劑085600材料與化工
已經(jīng)有12人回復(fù)
-
材料工程085601調(diào)劑求老師收留
已經(jīng)有4人回復(fù)
-
一志愿鄭大071000分?jǐn)?shù)282求調(diào)劑
已經(jīng)有7人回復(fù)
-
招調(diào)劑
已經(jīng)有19人回復(fù)
-
301求調(diào)劑
已經(jīng)有5人回復(fù)
-
301求調(diào)劑
已經(jīng)有8人回復(fù)
相關(guān)版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 yexuqing 的主題更新
| 1 | 1/1 | 返回列表 |
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 08工科 +4 | li李樂成 2026-03-06 | 4/200 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[考研] 新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院招生 +13 | another12 2026-03-04 | 19/950 |
|
|
[考研] 278求調(diào)劑 +5 | Gale1314 2026-03-06 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 求調(diào)劑 一志愿蘇州大學(xué)，0856化工323分 | 本科應(yīng)化 | 有專利/競賽/科研助手經(jīng)歷 | +5 | 橙子cyx 2026-03-06 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 一志愿華中科技大學(xué)，化學(xué)專業(yè)344分，求調(diào)劑 +7 | 邢xing1 2026-03-02 | 7/350 |
|
|
|
[考博] 26申博-目前4篇SCI一作 +4 | chen_2024 2026-03-02 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 一志愿蘇大材料工程專碩293求調(diào)劑 +3 | 鋼鐵大炮 2026-03-04 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 274環(huán)境工程求調(diào)劑 +6 | 扶柳盈江 2026-03-05 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 材料328求調(diào)劑 +10 | 一個(gè)蘿卜02 2026-03-03 | 10/500 |
|
|
|
[考研] 0856材料專碩274能調(diào)劑去哪里？ +3 | 22735 2026-03-04 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 070300化學(xué) 280 一志愿太原理工 求調(diào)劑 +8 | 拾玖壹 2026-03-04 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 求調(diào)劑 +7 | 博斯特525 2026-03-04 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 一志愿西交大材料學(xué)碩 346 求調(diào)劑 +3 | zju51 2026-03-04 | 3/150 |
|
|
|
[論文投稿]
EST拒稿重投
 5+3
|
15102603076 2026-03-02 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 298求調(diào)劑 +3 | 人間唯你是清歡 2026-03-03 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 0854復(fù)試調(diào)劑 276 +5 | wmm9 2026-03-01 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 材料工程274求調(diào)劑 +5 | Lilithan 2026-03-01 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 一志愿東北大學(xué)材料專碩328，求調(diào)劑 +3 | shs1083 2026-03-02 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 275求調(diào)劑 +3 | L-xin? 2026-03-01 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 279求調(diào)劑 +3 | dua1 2026-03-01 | 4/200 |
|