解读人类微生物群的奥秘
面试公司丹尼尔·埃利斯，理学学士。思想领袖宋se Jin，博士，Microsetta Initiative董事总经理
人体微生物组由数万亿微生物组成，包括细菌、病毒、真菌和其他微生物，它们生活在人体内和体表。近年来，我们对这些微生物群落有了重要的了解，从它们在肠-脑轴中的作用到它们如何影响癌症免疫治疗反应的有前途的研究。然而，还有很多东西有待发现，我们仍然处于微生物组研究的前沿。
在这次采访中，我们与Microsetta Initiative的常务董事Se Jin Song博士就了解人类微生物组的进展以及前沿研究和公众参与如何塑造这一旅程进行了交谈。
Microsetta计划(TMI)是一项高度合作的微生物组研究，基于奈特实验室和加州大学圣地亚哥分校微生物组创新中心(CMI)。
这项研究的主要目标是更好地了解我们的微生物群，比如肠道或皮肤上的微生物群，以及它们与饮食、生活方式、年龄、健康、病史、人口统计和其他相关条件的关系。参与者提交样本，例如粪便，然后我们对其进行测序，以发现存在哪些细菌和其他微生物。我们将这些数据与参与者提供的有关他们个人特征和习惯的信息配对。
通过分析微生物组成和调查反应的组合，我们能够梳理出新的关联，这不仅扩大了我们对人类微生物组的了解，而且还创造了新的研究途径，以确定这些关联存在的方式和原因。除了我们的内部研究和分析之外，我们还将完全匿名的数据放入公共领域，供任何人重用。通过这种方式，全世界的科学家都可以利用这些数据来进一步了解。
这项倡议的起源始于美国肠道(2012年)和英国肠道(2014年)项目，这是本地化的公民科学努力，旨在收集美国和英国参与者分别提供的微生物组数据。
TMI自然而然地成为下一个步骤，为推广项目的范围提供了一个框架。
沿着同样的思路，我们希望TMI的成果将扩展来自许多人群的微生物组数据，以便研究人员可以询问如何将一个人群的结果转化为另一个人群。
2010年，我还是一名需要暑期资助的研究生。当时，科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的教授罗伯·奈特(Rob Knight)打电话给我，让我帮忙收集一项研究的样本。
这项研究是关于一个人的微生物群是否受到与其生活在一起的其他人和动物的影响。当时，我有遗传学和生态学的背景，但对微生物组的概念一点也不熟悉。随着我越来越多地参与这项研究，对这个领域了解得越来越多，我被迷住了。我着迷于这样一种观点:我们和地球上所有其他动物都是完整的生态系统，是众多微生物的家园，而我们对它们以及我们与它们的关系仍然知之甚少。我把“家庭研究”纳入了我的第一篇论文，这项研究就是为什么你会在TMI的问卷中看到关于你和谁以及什么动物生活在一起的问题。
我们发现的最具影响力的发现之一是你吃的植物种类和你肠道微生物群的多样性之间的联系。如果你看过Netflix最近的纪录片《破坏你的健康:肠道的秘密》(Hack Your Health: the Secrets of Your Gut)，你可能对60株植物奶昔很熟悉，或者你可能看过30株植物挑战的参考资料。虽然没有必要把除了厨房水槽以外的所有东西都扔进搅拌机，但这个概念是建立在我们的研究结果之上的。
在我们2018年的出版物《美国肠道:公民科学微生物组研究开放平台》中，我们发现，报告每周食用30种或更多植物的参与者比报告食用少于10种植物的参与者具有更多样化的肠道微生物组。这一发现特别令人兴奋，因为它不是我们先验预期的结果。
当我们进一步挖掘时，我们发现这些人也往往有更多的某些化合物和微生物，这些化合物和微生物被认为发挥了有益的作用，比如一种叫做共轭亚油酸(CLA)的化合物，以及被公认为prausnitzii Faecalibacterium和Oscillospira的微生物。像这样的细菌很重要，因为它们可以产生短链脂肪酸(SCFAs)，这种化合物对人体健康有益。
饮食和肠道微生物群
另一个重要的发现是，年龄可以从微生物组中估计出来。皮肤微生物群对这一点尤其有益。在这项分析中，我们将TMI数据与其他研究的数据结合起来，以确保这一发现对不同的研究和人群都是稳健的。我们现在正在使用更先进的方法改进这些估计。
我们的实验室使用宏基因组DNA测序，也被称为散弹枪宏基因组测序，来确定样本中的微生物。这种方法包括从样本中发现的所有DNA中随机提取片段并对其进行测序。然后，我们将这些DNA序列与已知微生物基因组的序列相匹配，以估计存在的微生物的类型和相对数量。
在2018年的论文中，我们使用了当时广泛使用的16S扩增子测序方法，该方法仅对所有微生物中存在的一个基因的一部分进行了测序。虽然这种方法已经非常有效，但宏基因组测序通过允许我们覆盖基因组的更多部分，为微生物组样本提供了更详细的图片，这不仅让我们了解了哪些微生物存在，还让我们了解了它们能做什么。
虽然现阶段我们的问题多于答案，但研究发现，微生物与人类健康和生物学有着密切的联系，而这在几十年前是我们没有完全意识到的。它们不仅训练我们的免疫系统，而且我们发现它们也在代谢健康，我们对药物和免疫疗法的反应，甚至心理健康中发挥作用。
我们面临的一个关键公共卫生问题是，由于与西方化、城市化和环境变化有关的活动，微生物多样性正在不断丧失。许多人类研究表明，西化和城市人口的微生物多样性远低于保持更传统生活方式的人口。环境变化也可能以不可逆转的方式耗尽植物、动物和土壤微生物群落。
研究人员仍在努力研究这些损失的确切影响。尽管如此，我们在更大范围内观察到，当动物或植物物种灭绝时，通常会对它们所属的生态系统和群落产生负面影响。人类微生物组可能面临类似的风险，因为研究人员认为，微生物多样性的减少与慢性病患病率的增加有关，并降低了我们对病原体的集体抵御能力。
随着多样性的丧失，我们也失去了发现微生物群作为新药、疗法或补充剂来源的机会。微生物库是一个国际联盟，致力于保护现有的多样性，就像斯瓦尔巴种子库保护植物多样性一样。TMI很荣幸成为该联盟的一员。
从由微生物组研究提供或衍生的医学治疗的角度来看，最终目标是高度个性化的精准医学。然而，微生物组在个体之间的差异很大，这意味着实现这种应用可能需要大量的数据和人工智能等新技术来帮助破译这些信息。丰富多样的大型人口研究，就像我们正在建立的Microsetta Initiative一样，对这些类型的方法很重要。
每一次合作都是独特的，都有自己的收获，但最重要的主题之一是，它将我们与现有数据集中可能未被充分代表的特定人群联系起来。在很多情况下，研究都是以临床为中心的，或者是为了理解或解决现实世界的问题而设计的。其他合作通过弥合后勤和文化方面的差距，帮助我们接触到外国人口。
例如，通过一项由达能资助并与当地机构合作的研究，我们最近能够研究英国、墨西哥、西班牙和日本的人群，并将这些数据与我们从美国参与者那里收集的数据进行比较。在所有情况下，数据都是在一个共同的协议下收集和生成的，这意味着每增加一项研究，整个数据集在检测复杂关联方面变得更加强大。它也成为一个更丰富的资源，为研究界能够从各种标准中挑选和选择，以满足他们的研究需要。
考虑到Microsetta计划的众包起源和本质，公众参与不仅仅是一个关键因素——它是我们工作的基础。虽然我们确实不时地招募目标群体，并与合作者进行重点研究，但如果没有人们发现我们的项目并积极贡献，我们几乎不可能达到大规模的参与。
我们特别感谢我们最热心的支持者，他们不仅自己参与了这个项目，还把这个项目传播给他们的朋友和家人。尽管微生物组研究的日常机制有时会让人觉得很艰难，但看到有人对我们所做的工作真正感到兴奋，这让人耳目一新，也让人感到有益。
对我们来说，公众参与是建立在教育、科学严谨和持续改进的原则之上的:
教育——我们致力于与其他研究人员和公众分享我们的发现。但至关重要的是，我们努力让尽可能多的受众能够接触到信息。
科学的严谨性——新兴的研究领域往往是令人兴奋的主张的沃土。虽然我们希望我们的工作能带来对人类健康有影响的发现，但我们确保与参与者分享的一切都有科学证据的充分支持。
持续改进-微生物组研究是一个快速发展的领域，我们与参与者的交流反映了这一点。
每当我们开发新的分析或改进我们的微生物组样本报告时，我们都会与过去的参与者分享这些变化，并将新功能应用到他们的数据中，即使他们几年前就提供了样本。
管理参与者的期望是一个常见的挑战。在过去的几年里，微生物群及其与健康的关系已经从一个研究领域变成了一个普遍讨论的概念。然而，就像许多进入公众意识的新兴科学领域一样，微生物组的普及也引起了误解和错误信息。
最普遍的问题之一是，人们认为测量给定样品的微生物组成可以推断出可行的建议。在很多情况下，这来自于一个我们非常感同身受的希望之地。人们联系我们，是因为他们有长期存在的肠道健康问题或医生无法解决的问题，他们希望发现微生物的灵丹妙药，无论是消除肠道中的一些细菌还是促进另一种细菌的生长。
不幸的是，在大多数情况下，这种方法目前没有科学研究的支持。人类微生物群是极其复杂的生态系统，其组成很少是完全“好”或“坏”的。一种特定的微生物在某些情况下可能是有益的，但在其他情况下可能是有害的。
虽然我们希望有一天能够实现以微生物组为基础的精准医疗，但我们还没有实现。我们试图通过对他们将了解到的微生物组保持透明来降低期望，而不是过度承诺结果或过分夸大结果可能意味着什么。
虽然这有时会导致最初的失望感，但大多数参与者仍然很兴奋地了解更多关于他们的微生物组，并知道他们正在帮助推动该领域的发展。在开展我们的研究的同时，提供教育和推广的机会为参与者和研究人员提供了一种共生的丰富。
我们很高兴能够继续扩大我们的平台，扩大对微生物组研究的支持。由我们的平台支持的最新研究项目是皮肤微生物组倡议，旨在建立一个大型的皮肤微生物组数据公共存储库。这项试点研究由欧莱雅研究与创新公司资助，将在未来三年内招募2350多名参与者，但该计划也计划向公众开放。
展望未来，我们希望向其他国家的居民开放我们的研究。众所周知，微生物组数据集严重偏向于欧洲和北美人群，但微生物组多样性的很大一部分包含在其他人群中。
从不同人群中收集微生物组数据是Microsetta计划的基本目标之一，在国际上扩展是该计划的关键组成部分。虽然需要考虑后勤方面的挑战，但这项研究及其支持技术都是在考虑国际化的情况下建立的。
我们一直在寻找新的合作者，以帮助项目多样化并扩大其范围。我们鼓励各组织伸出援手，探索互利合作的方式。公司带来的资源帮助我们克服物流挑战，同时他们也受益于利用我们的专业知识和基础设施来加速研究。
与此同时，我们经常与学术研究者合作，进行针对性很强的研究。我们的平台允许任何小组进行有效和有影响力的队列研究，这些合作是项目发展不可或缺的一部分。
领导这个项目最有意义的部分是与那些对科学和正在进行的工作充满热情的人一起工作。这包括从外联和沟通团队到样本处理团队和数据分析师的每个人，这使得这个项目得以推进和改进，同时继续以良好的科学为基础——请注意，这是没有私人公司拥有的那种资源的。
另一方面，我喜欢听到支持者对研究感到兴奋，经常提出有见地的问题。这个项目不断提醒我，不仅要做高质量的研究，还要负责任地、以易于理解的方式翻译研究成果，这是多么重要。
我们的网站:https://microsetta.ucsd.edu/
我们的众筹网站:https://fundrazr.com/microsetta
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Twitter: https://x.com/microsetta
一个l链接到我们的主要论文:https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.00031-18
作为管理Microsetta计划的CMI研究项目主任，Se Jin的角色是帮助弥合学术界和工业界之间的差距，监督将加州大学圣地亚哥分校的广泛知识和专业知识应用于现实世界的联合项目。她的专业知识来自于近15年的微生物组科学领域，领导的研究范围从我们与共同居住的微生物，到脊椎动物微生物组组成的大规模模式，到微生物组研究的技术解决方案，再到与皮肤老化相关的微生物特征。她曾于2021年、2022年和2023年入选科睿唯安的高被引研究人员名单。