导读：“长时间抗生素治疗可能影响大脑的功能，益生菌和锻炼能够恢复大脑的可塑性，应当被视为可行的治疗方案。”
德国研究团队最近发现，用抗生素杀死肠道菌会影响大脑海马体的神经发生。这项发表在Cell Reports杂志上的研究将大脑、免疫系统与肠道关联起来，还揭示了负责通讯的特殊白细胞。
“长时间抗生素治疗可能影响大脑的功能，”文章资深作者Susanne Asu Wolf说。“益生菌和锻炼能够恢复大脑的可塑性，应当被视为可行的治疗方案。”
研究人员用大量抗生素清除了小鼠的肠道菌。与对照小鼠相比，丧失了健康肠道菌的小鼠在记忆测试中表现得更糟，海马体的神经发生也会出现问题。海马体是关键的记忆和学习区域，终生都在生产新的大脑细胞。
研究人员对抗生素处理小鼠进行研究，发现它们大脑、血液和骨髓中的Ly6Chi白细胞（特别是单核细胞）特别少。这是否就是小鼠记忆和神经发生受损的原因呢？研究人员为此构建了一组新的小鼠，它们拥有健康的肠道菌水平，但Ly6Chi水平比较低。研究显示，这些小鼠也表现出了记忆和神经生成缺陷，就像那些因为抗生素失去了肠道菌的小鼠。进一步研究表明，恢复抗生素小鼠的Ly6Chi水平，可以改善它们的记忆和神经生成。
微生物组研究近年来特别热，科学家们纷纷尝试通过微生物组治疗人类疾病。前不久Weill Cornell医学院的研究人员发现，特定肠道菌能利用免疫系统减轻中风的严重性。中风是世界上第二大致死疾病，每年都有数百万人因为中风而死亡，还有更多的人因为中风永久性残疾。这种毁灭性的疾病常常毫无征兆地发生，令患者突然丧失独立生活的能力。
血清素（又称5-羟色胺）是一种重要的大脑神经递质，但人体90%的血清素都在消化道中生成。血清素调控了人体的各项生理功能，外周血清素水平与肠激惹综合征、心血管疾病、骨质疏松症等许多疾病有关。加州理工学院在Cell杂志上发表文章证实，肠道中的某些细菌对于外周血清素的生成极为重要。
科学家们还发现，对微生物组用药可以治疗心脏病。Cell杂志发表的这项研究显示，地中海式饮食通过改变肠道菌的活性来发挥健康效应。膳食补充一种在红酒和橄榄油中含量丰富的天然化合物，可以防止小鼠肠道菌将不健康食品转化为堵塞动脉的代谢副产品。研究人员在此基础上开发了首个干涉肠道菌代谢活性的药物，这种药物有望治疗人类的心脏病。
原文信息
Ly6Chi Monocytes Provide a Link between Antibiotic-Induced Changes in Gut Microbiota and Adult Hippocampal Neurogenesis
详解美国国家微生物组计划，这五大行业或将迎来新一轮变革
作者：秦楠
来源：生物探索
两年投入1.21亿美金，美国国家微生物组计划希望实现三大宏伟目标
5月13日，美国白宫宣布启动“国家微生物组计划”（National Microbiome Initiative, NMI），旨在推动微生物科学的发展，使个体、社区乃至全人类在卫生保健、食品生产和环境恢复等领域受益。
微生物存在于人体、植物、土壤、海洋等各种环境中，这些微生物群落的集合被称为微生物组。微生物影响人类健康、气候改变、食品安全等多个领域。研究表明，环境微生物失衡可引发人类慢性疾病如肥胖、糖尿病、哮喘等，还可引发农业生态失衡、气候破坏等。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”等环境问题，从农业生产到气候变化，或多或少都与微生物组相关联。
尽管人类在微生物科学已取得了令人兴奋的进步，但直接控制微生物的知识和工具还非常缺乏。NMI主要是对不同生态系统的微生物进行比较研究以寻求微生物的塑造方式。了解这些原则为我们改变微生物朝着对人类有益的方向发展提供可靠必要的途径。当今这个时代人类面临的挑战，包括养活众多的人口、生产可持续的能源、保护环境或减缓对环境的破坏，以及人类健康，都与生物学相关，可以从微生物世界中找到解决方案。
总体上，“国家微生物组计划”有三大目标：首先，支持跨学科研究，以回答多样化生态系统中微生物组的基本问题，如什么是健康的微生物组；其次，开发检测、分析微生物组的工具，了解分享多样化生态系统中微生物知识，增加微生物数据，如实时检测空气、土壤、水或人体微生物的手持传感器；第三，通过全民科学和教育机会培训更多的微生物组相关工作人员。
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“国家微生物组计划”联邦专项资金作为启动资金。除了联邦机构外，还有数十所大学和研究机构将加入“国家微生物组计划”，它们将在未来几年投入总共4亿美元的启动资金，包括：
1)、盖茨基金会（The Bill and Melinda Gates Foundation）将在未来4年内投入1亿美元，用于人类与农业相关微生物组研究与工具开发。
2)、国际青少年糖尿病研究基金（JDRF）在未来5年内将投入1000万美元，用于I型糖尿病的相关研究。
3)、加州大学圣地亚哥分校将投资1200万美元建立“微生物组创新研究中心”（Center for Microbiome Innovation），以联接技术开发方与最终用户。
4)、One Codex公司将启动微生物组公共数据接口，为科研人员、医疗机构，以及其他专业人士提供更多的数据支持。
5)、BioCollective将联合Health Ministries Network投入25万美元，用于建立微生物组数据与样本库，为研发实力相对较弱的机构和个人提供支持。
6)、密歇根大学将和Howard HughesMedical Institute以及宝洁公司一起投入350万美元，启动“密歇根生物组计划”（Michigan Microbiome Project），以加强本科生在该领域的实践经验。
美国微生物组学产业发展动向
微生物组代表着疾病与健康的一个新的发展领域，在过去的2015年，基于微生物组学的药物开发和基因检测得到空前发展，建立了多种疾病与微生物组学之间的关系。
谷歌风险投资基金(Google Ventures)总裁Bill Maris将微生组组学列为引发生命科学革命的八大技术之一，认为其潜在影响力可与干细胞研究、人工智能和基因编辑相提并论。
Seres Health, Inc.是一家2010年成立在美国麻省Cambridge的公司， 2015年5月在IPO之前改为Seres Therapeutics, Inc.,成为首个上市的微生物组学公司。该公司专注微生物疗法及相关制药技术研究，希望通过改变人体内的微生物有机体，从而找到治疗特殊型态疾病的方法，而非传统的药物治疗；研究的内容包括治疗传染性疾病以及新陈代谢和炎症性疾病等。目前该公司用于防止艰难梭状芽孢杆菌感染（CDI）的主要候选产品SER-109获得美国FDA突破性治疗药品认证（Breakthrough Therapy Designation）。
SecondGenome公司立足于人体微生组学，专注于建立感染性、免疫性及代谢类疾病相关的微生物调节流程，是开展微生物活性疗法的先驱。目前，Second Genome公司正在进行一种治疗溃疡性结肠炎的新型药物SGM-1019的临床I期研究。同时，该公司还与辉瑞、强生等业内巨头达成合作协议，于今年4月份获得总额达4260万美元的B轮融资。除此之外，还有uBiome、MicroBiome Therapeutics LLC、Vedanta、Rebiocix、Openbiome等微生物治疗和检测公司也在迅速发展。
国家微生物组计划：美国政府一笔回报丰厚的投资
从美国政府启动国家微生物组计划调动众多公共机构和私人机构开展来看，微生物组当前发展态势，是一个非常值得投资的时机。
从国家层面来看，这个领域所带动的产业很可能在数千亿美金产值之上，而目前这片新兴产业，整个产业链上的任何一个环节都需要各种基础数据库等公共资源的建设、开发、积累。而从投资回报层面来看，对于美国这种具有庞大中产阶级群体的国家，每一种慢性疾病的技术突破或医学创新，都可能对应着一个巨大的蓝海市场，这让每一个投入进来的公司、高校或机构，都有足够的市场容量和发展空间。而在这个过程中累积起来的技术优势和专利壁垒，又可以在未来欧洲亚洲等有巨大消费群体的国家获得长期的丰厚利润。并且，以国家名义推动计划开展并引导众多社会基金的投入，也可以吸引全球相关领域的优秀人才到美国来从事创新创业的工作。所以本计划的启动，将会为美国赢得巨大的价值回报。
微生物组科技必将引发新一轮产业变革
微生物组未来十年的发展，至少会影响以下五大行业，促进这些行业上下游各项服务和产品的发展。这也给我国目前大众创业万众创新、供给侧改革和产业升级更新提供广阔空间。
医健行业新认识：众多慢性病与人体微生物组密切相关
最近几年微生物组的蓬勃发展，大大促进医健行业对微生物组和人体健康的新认识。曾经被长期忽视的人体微生物组特别是肠道菌群，被发现与炎症性肠病、大肠癌、II型糖尿病、肥胖、肝硬化、冠心病、动脉粥样硬化、风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、抑郁症、自闭症等疾病密切相关，也就是从消化系统类疾病，到代谢类疾病、自身免疫性疾病、心血管类疾病以及神经类疾病，都与肠道菌群有关。作为人体的“第二套基因组”的人体微生物组，所含的基因数量远远大于人体自身的基因数量，而且从婴幼儿时期免疫系统的形成，到中老年消化系统、心血管系统的衰老，人体微生物组无时无刻都与人体健康息息相关。
体外诊断行业新方法：慢性病早发现、早预防、早干预
由于人体微生物组与众多慢性病密切相关，根据人体微生物组设计的各种疾病高相关性分子标记物，可以用来进行慢性疾病的早期检测包括早期发现、早期预防和早期干预。因此微生物组研究的深入发展，除了医健行业外，第一个利好的就是体外诊断行业。随着测序成本的不断下降和“精准医疗”大潮的不断涌来，基因测序技术正在走向临床应用，而近期发改委批准的基因检测应用示范中心更是加快了产业化步伐。基于微生物组的体外诊断，将在“精准医疗”大潮下得到迅速应用，成为“精准医疗”一个重要的组成部分。
健康管理行业新思路：促进人体健康系统评价体系的形成
各种与疾病相关的微生物标记物和人体微生物组菌群成分的变化，可以在人体内环境层面反映人体健康特征。与人体共生的这些微生物尤其是肠道菌群就像人体健康的“晴雨表”。当我们获得更多关于微生物组与人体疾病之间的内在关系的知识后，基于微生物菌群的涌现特性，我们可以通过微生物组的变化尽可能在慢性病发生发展的早期发现人体潜在疾病发展倾向，尽早进行调理干预，实现科学化的“治未病”。富含丰富信息的人体微生物组数据，将成为人体健康系统综合评价体系的重要组成部分。
保健品行业新洗牌：促进保健品调理品评价体系的形成
在测序成本进一步下降和健康大数据进一步发展，未来十年内，大量保健品很有可能面临新的洗牌。当前保健品行业，其效果评价说不清道不明，有效无效充斥其间，即使调理效果良好也拿不出详实的实验数据。如果有一套可以评价保健品调理效果的评价体系，结合大数据的浪潮，将深刻影响这个数万亿规模的行业市场。而通过人体微生物组来反映人体内环境健康状况，必将成为这个大数据评价体系中的重要组成部分。
中医药行业新契机：促进中医药产品现代化和国际化
中医药是中华民族的瑰宝，是先人留给人类的财富。中医药虽然几千年来在中华民族的健康事业中发挥了重要作用，但近代以来在国际以及国内医学界长期不受重视。究其原因就是因为大量中医药有效成分不清、作用机理不明。现在有研究表明，中医药通过调节肠道菌群从而影响人体健康。如果我们拥有基于微生物组大数据的疗效评价体系，就可以促进中医药治疗效果的标准化，有利于中医药走向世界、开拓国际市场。我们要充分珍惜中医药这个巨大的知识宝库，合理应用包括微生物组在内的现代科学技术深入研究，将我国的中医药产业发扬光大。
以上所介绍为微生物组计划近期可能会带动的相关行业，从长远角度看，微生物组计划还会影响其他诸多行业，包括畜牧业、环境保护行业等等。现在的确是微生物组行业发展的黄金时机，也蕴含着巨大的商业机会。相信我们国家从政府相关部委到社会投资基金，会敏锐的捕捉到这一历史机遇，从而使我国在本领域的发展跟上世界领先水平。
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