编者按：
微生物组是一个需要涉及多个学科的常识的范畴，跨学科合作有助于鞭策这一范畴的成长。为此，2020 年，美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）开展了跨大学微生物组打算，旨在成立一个中间，以更好地鞭策弗吉尼亚大学微生物组研究。
今天，我们配合存眷弗吉尼亚大学在微生物组范畴做出的工作，看看这所大学将如何讲述微生物组与人之间的故事。
① 鞭策微生物组：TUMI
弗吉尼亚大学的研究人员天天都在研究人类肠道中的微生物组是如何影响人类健康的，从大脑发育到抗肿瘤感化。
这此中的联系数不堪数，并且成果经常令人感应惊奇。例如，母亲的肠道微生物组可能影响婴儿大脑的发育和其产后的心理健康。再好比，不健康的肠道可能导致抑郁症或转移性乳腺癌。
当然，研究人员的研究发现远不止此。2020 年春天，美国佛吉尼亚大学倡议了一项新的项目——跨大学微生物组打算（Trans-University Microbiome Initiative，以下简称为“TUMI”），将有助于为研究人员供给关头性资本，从用于微生物培育和研究的专用性无菌尝试室，到可以或许处置大量数据以便识别、追踪和研究细菌的尖端计较机收集。
那么，在整个生命周期中，肠道菌群事实会如何影响人体健康呢？让我们进一步领会弗吉尼亚大学所做出的研究当作果。
② 母亲肠道微生物组与神经发育障碍
2018 年，弗吉尼亚大学脑免疫和神经胶质中间的神经科学家 John Lukens 及其同事颁发了一项研究，研究认为母亲怀孕时代的微生物组与孩子患自闭症谱系障碍的风险具有相关性。
那时 Lukens 暗示：“微生物组可以经由过程多种体例影响大脑的发育，微生物组对儿女免疫系统应对传染危险或应激反映能力至关主要。”
研究人员暗示，不健康的微生物组可能会导致婴儿更易患神经发育障碍，今朝已经发现了二者之间存在明白的联系关系性，而研究人员正在积极寻找改变微生物组的方式，包罗饮食、益生菌弥补剂或粪菌移植法等。
Lukens 暗示：“下一步就是确定妊妇中与自闭症风险相关的微生物组特征。我认为真正主要的是弄清晰用什么样的工具可以最有用和最平安地进行微生物组调节。”
Kevin Pelphrey 正打算实施一项临床研究，探讨微生物组中的炎症如何导致幼儿发育障碍。Pelphrey 还将与弗吉尼亚大学儿科大夫 Karen Fairchild 博士合作。他们打算在新生儿重症监护室（NICU）进行一些研究。Pelphrey 是美国自闭症研究先行者之一，是 Harrison-Wood Jefferson 学者基金会的神经学传授，在弗吉尼亚大学大脑研究所工作。
③ 母亲微生物组影响婴儿的身心健康
Caitlin Dreisbach 和 Caroline Kelsey 了解于博士一年级，那时他们都获得了弗吉尼亚大学数据科学院总统奖学金，受帮助的研究偏向为：母亲微生物组如何影响婴儿身心健康。Dreisbach 偏重于研究母亲健康和肥胖，Kelsey 偏重于研究婴儿大脑发育。两人的研究成果都发现，肠道中微生物与母婴健康的终局具有显著相关性。
Dreisbach 暗示：“至少在产前阶段，肥胖似乎会影响母亲肠道微生物组的调节感化——尽管这可能受到抗生素的影响。” Dreisbach 曾在弗吉尼亚大学从属病院担任临蓐护士，现任哥伦比亚大学的博士后研究员。“孕前健康体重对于怀胎似乎有庇护效应，可以削减炎症等身分的负面影响。”
Kelsey 暗示：“在新生儿降生的最初几周内，我们不雅察到肠道微生物组多样性与婴儿大脑发育和行为活动之间有必然的联系关系。” Kelsey 曾在弗吉尼亚大学婴儿尝试室攻读研究生学位，现任波士顿儿童病院的博士后研究员。Kelsey、Dreisbach 和弗吉尼亚大学研究团队以及美国国立卫生研究院将持续追踪这些婴儿和母亲队列，但愿可以领会肠道微生物组对大脑的持久影响。
④ 新生儿重症监护室并发症
在新生儿重症监护室，Moore 及其团队正在对接管静脉营养后呈现并发症（包罗一种称为肠外营养相关胆汁淤积症，可导致严重肝性疾病）的婴儿进行研究。此中有一个案例，在一对在接管静脉营养的双胞胎婴儿中，一个呈现肝毁伤，而另一个却没有呈现肝毁伤。
Moore 暗示：“未呈现并发症的婴儿肠道微生物组与呈现并发症的婴儿肠道微生物组较着分歧，在某种水平上，未呈现并发症的婴儿肠道微生物组更健康。”
⑤ 营养不良
2020 年炎天，在弗吉尼亚大学获得学士学位和博士学位的 Carrie Cowardin 又回到母校就职。她致力于研究肠道微生物组在生命前 1000 天是如何影响免疫发育的，以及在这一关头阶段营养不良可能带来的问题。
Carrie Cowardin 博士后时代的研究偏向本家儿如果探讨健康和营养不良儿童肠道微生物组差别。研究发现，当将这些来历于这两类儿童的样本移植入小鼠体内时，会发生显著的发展差别。
Cowardin 暗示：“我们发现了一个问题，在营养不良性微生物组的动物体内，某些免疫细胞即淋巴细胞的发育发生了较着转变。这很有意思，因为我们知道营养不良的儿童对某些疫苗的反映往往很差，并且可能更轻易患病。” Cowardin 现任儿科系的助理传授。淋巴细胞在人类免疫系统中起着主要感化，有助于对疫苗的反映和预防传染。
Cowardin 暗示：“我们认为，尝试中不雅察到的一些转变是微生物组构成分歧的成果，微生物组可能会影响那些切实影响儿童健康的身分，如匹敌传染能力、疫苗反映以及线性发展。我们最终的方针是，经由过程研制益生菌或免疫疗法，帮忙营养不良儿童恢复活长和免疫功能。”
⑥ 转移性乳腺癌
在当作年人中，研究人员发现微生物组掉衡与严重健康风险之间存在较多联系关系。
Melanie Rutkowski 是弗吉尼亚大学微生物学、免疫学和癌症生物学系的一名研究人员。Rutkowski 在研究中发现，不健康、发炎的肠道会导致乳腺癌侵袭性更强，扩散更快。
Rutkowski 及其团队记实了小鼠肠道微生物组粉碎是如何经由过程增添癌前组织内的炎症，使激素受体阳性乳腺癌扩散的。Rutkowski 的研究小组致力于研究癌前乳腺组织中某些免疫细胞是如何影响乳腺癌侵袭和转移扩散的，而这些免疫细胞本家儿如果由肠道功能掉调激发的。
Rutkowski 暗示：“我们研究中发现的一些细胞，凡是与正常乳腺组织无关，但这些细胞在荷瘤状况下，似乎可以加速肿瘤的转移。我们但愿，操纵现有的药物来阻断这些特定细胞的功能，以此作为预防转移性乳腺癌的手段。”
研究中还发现一个更大的问题：为什么临床诊断和治疗体例相似的乳腺癌女性的健康终局判然不同。Rutkowski 暗示：“我们的研究发现有可能解决乳腺癌治疗范畴内的主要难题，也就是为什么尽管一些配偶女在不异临床阶段接管相似的治疗，但有一些人会发生癌细胞转移，而另一些人就不会。”
Rutkowski 也在考虑其研究成果如何能揭示医疗保健办事方面的不服等。她引用了 TailoRx 的研究成果，此中被诊断为激素受体阳性 HER2-阴性乳腺癌的非裔美国配偶女患转移性疾病的风险与白人女性比拟增添约 40%，灭亡的风险增添跨越 50%。
Rutkowski 暗示：“在这项研究中，在两组受试者接管的治疗未发现较着差别，这表白成果可能是由潜在的生物学根本所趋动的，也许我们的发现有助于诠释此中的一些差别。”
⑦ 抑郁症
Alban Gaultier 及其团队经由过程给小鼠喂食乳酸杆菌（一种存在于酸奶中益生菌）来逆转小鼠的抑郁症状。研究成果表白，缺乏乳酸杆菌可能诱发抑郁症，经由过程改变微生物组可能有助于治疗抑郁症，且几乎没有任何有害的副感化。
Gaultier 暗示：“心理健康是医学界的一个本家儿要问题，约有 5%～8%的美国人患有严重的抑郁症，这可能与现代糊口体例导致的持续性压力有关。细心研究今朝治疗心理健康的方式，可以发现有些方式有用，但有些无效，甚至是有害的。
在起头研究之前，我们自问是否能找到更好的方式来调节心理健康。微生物组学的益处在于，人们可以经由过程调整饮食或以其他体例来调节肠道微生物组，或许可以可以或许以一种影响较低的体例来解决心理健康问题。”
Gaultier 及其团队还在继续进行后续的研究。Gaultier 设想：“在将来的某一天，大夫可以像利用处方药一样，操纵特定的饮食和细菌组合治疗疾病。当我们完全弄清晰微生物组的感化后，我们就可以给患者开出更有用的饮食处方或细菌处方。这是一个很大的但愿，可是我们认为它最终会变为实际，可觉得人们供给一项全新的选择，比引起很多副感化的药物更好。”
⑧ 将来：微生物组治疗
弗吉尼亚大学的研究人员都在尽力将这样一个将来变为实际。他们操纵复杂的计较机模子和尝试室研究当作果，来展望分歧的微生物对微生物组和人类健康的影响。
1. 绘制微生物组图
人体内微生物群组中存在着数以万亿计的细菌，识别每一种细菌并弄清晰它是如何与其他细菌彼此感化的机制可不是一项轻易的工作。这就是为什么 Jason Papin 和 Greg Medlock 等研究人员转标的目的大数据的原因。
生物医学工程传授 Papin 和儿科助理传授、TUMI 数据科学结合本家儿任 Medlock 经由过程将计较机建模手艺与尝试室研究成果相连系，绘制和展望微生物间的彼此感化以及它们之间的影响。
经由过程计较机模拟工作，可以解答以下问题：特定细菌发生了哪些分子？哪些细菌可以操纵这些分子？这些分子对分歧细菌的最终影响是什么？最终的方针是，让科学家们知道增添或削减一种特定类型的细菌可能会如何影响患者的健康状况，从而有可能设计出分歧的治疗方式。
2. 定制益生菌夹杂物
Medlock 还开辟出了一种出产分歧肠道微生物的工艺，并将它们进行定制性夹杂，用于匹敌疾病。Medlock 开辟了一种计较机算法，经由过程识别分歧微生物的抱负发展前提以及它们如何彼此感化，使科学家可以或许快速高效地培育微生物，并最终缔造出有针对性的益生菌夹杂物。
Medlock 暗示：“例如，酸奶中的益生菌，在市场上以具有通俗的健康益处进行推销。新一代的益生菌则将加倍复杂和具有针对性，我们的方针是复制肠道菌群的复杂性。我们的持久方针是，经由过程设计特定的菌群情况，可有用匹敌某种病原体，可用于预防由某种病原体引起的疾病。”
3. 合理应用抗生素
Petri 作为 TUMI 的结合董事之一，研究了抗生素对微生物组的影响，尤其是致力于艰难梭菌传染（CDI，一种可能激发危及生命的胃肠道症状的细菌性传染）。弗吉尼亚大学有一家专门治疗复发性 CDI 传染患者的诊所，并率先采用了粪菌移植等立异性的治疗方式。
Petri 及其团队研究表白，过度利用抗生素可能会削减肠道中微生物的种类，并减弱免疫系统的抗传染能力。这对病人来说长短常晦气的。在一项以孟加拉国儿童为研究对象的研究中，Petri 及其团队发现，患有严重肠道传染的儿童，其肠道微生物组的多样性较着较低，这表白早期频仍利用抗生素治疗（对成长中国度的儿童来说，是很常见的）是弊大于利的。
Petri 那时暗示：“我认为这是另一个不保举利用抗生素的主要原因，除非有明白的需要。滥用抗生素不仅会增添多重耐药细菌 CDI 传染的风险，还会损害白细胞功能。”
Petri 暗示：“微生物群研究跨越了医学科学的很多分歧范畴，这是一个可贵的机遇，有助于加强弗吉尼亚大学在微生物群研究范畴的竞争力。我们知道微生物组的转变与孤傲症、肥胖症、抑郁症、营养不良等有关，但在获得切当证据之前，这些都只是联系关系性。TUMI 给我们供给了研究的平台。”
原文链接： https://illimitable.virginia.edu/microbiome/
作者｜Caroline Newman
编译｜ninety
审校｜617
