本文与 The Harvard Gazette合作发表。 刊发本文不代表世界经济论坛认同其中观点。
美国50家机构的48名科学家组建了统一微生物组计划联盟（UMIC）。这些科学家设想开展协调一致的合作，获得跨机构、跨政府部门的国家级支持，以推动前沿微生物组研究，并在医学、生态系统管理、可持续能源和大宗商品生产等领域实现突破性进展。他们的提案于10月28日在线发表于《科学》期刊。
微生物（包括病毒、细菌和真菌）是地球上种类最丰富、数量最庞大的生物。数十亿年来，它们塑造了我们的进化起源，并持续产生广泛影响。UMIC预计，10年内即可通过基因工程利用微生物组实现应用。
“微生物无处不在。因此，无论是寄居在我们体内外的微生物组，还是环境中的微生物组，理解它们对于理解生命都至关重要，”哈佛大学Wyss仿生工程研究所核心教员Pamela Silver说。
Silver同时也是Wyss研究所 合成生物学平台的带头教员之一，担任哈佛医学院（HMS）Elliot T. and Onie H. Adams生物化学与系统生物学教授，同时是HMS的 系统生物学系 创始成员。
“理解[微生物组]的运作方式，可能是取得多方面突破的关键，包括对抗抗生素耐药性和自身免疫性疾病、修复受损农田、减少化肥和农药使用，以及将阳光转化为有用化学品，”加州纳米系统研究所主任、《科学》论文通讯作者Jeff F. Miller说。
微生物通过代谢过程合成无数种不同分子，借助基因工程，可以让微生物“工人”群落用于可持续地合成药物、材料和化学大宗商品。经过基因改造的微生物还可以通过代谢过程生产生物燃料，并用于 将太阳能转化为液体燃料。据Silver在Wyss研究所和HMS已开展的研究工作，此项技术已在推进之中。
微生物还在平衡生物地球化学过程中发挥着重要作用，例如从大气中去除二氧化碳。土壤、植物根系与微生物之间的相互作用，对植物健康和作物产量具有重要影响。
图片版权：哈佛大学Wyss仿生工程研究所
此外，我们肠道中的微生物组调控着广泛的生理、代谢、免疫、认知、行为及精神特征。理解和调控人体微生物组，可能是管理身体和心理健康的关键。Silver及其团队已开始开发多种利用肠道微生物改善健康的潜在途径。与Wyss核心教员James Collins合作，Silver已设计出 经基因编程的细菌“报告器” ，可检测并记录胃肠道内的状况。此外，她与Wyss研究所创始主任Donald Ingber及该所高级研究科学家Jeffrey Way合作，正在开发 合成微生物联合体 ，可用于治疗胃肠道疾病。
凭借在合成生物学这些新兴领域的专业知识与经验，Silver作为UMIC成员，就提议中的统一微生物组计划如何整合重点领域以加速微生物组研究，贡献了她的思想领导力。
“我感兴趣的是将微生物工程化，以此探究它们的行为，”Silver说。“这项统一计划的目的，是确定我们在微生物组方面存在哪些重大问题，以及探究这些问题所需的具体技术。”
该联盟希望通过这一有组织的合作努力解决的一些重大问题包括：理解微生物如何组装成群落，以及是什么使其对扰动具有韧性或抵抗力；微生物组中的基因如何相互作用；微生物组中的哪些基因与哪些生物体相关；以及如何有益地利用人类、动物、植物和环境的微生物组。
要找到这些问题的答案，科学家首先必须获得支持，以开发用于研究微生物组的突破性技术。具体而言，该团队建议：开发改进的计算方法，用于分析和预测构成微生物组的大量未知基因及其功能；通过改进基因组参考库和测序方法，从针对单个基因的分析转向基于全基因组的分析；开发高性能成像方法，以便直观地探究微生物群落直至个体层面；建立新型自适应建模系统和数据报告工具；改进用于扰动微生物群落的基因工程技术；以及开发新方法模拟自然环境，以支持实验室中的微生物组生长，等等。
“微生物组的存在及其重要性的发现，为我们理解健康与环境提供了全新的参照框架，”哈佛医学院血管生物学Judah Folkman教授、波士顿儿童医院的Ingber说。“一项全国性的协调努力，投资于理解和利用微生物组，可能开辟生物技术与医学的全新前沿，并带来以其他任何方式都无法实现的解决方案。”
呼吁设立统一微生物组计划的论文，可见于10月30日出版的《 Science 》期刊，或通过美国微生物学会提供的 在线门户 查阅。
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作者：Kat J. McAlpine，Wyss仿生工程研究所科学作家。
图片：2011年6月，保加利亚食品安全局微生物实验室中细菌培养的示例。路透社（REUTERS）。
