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寄情微生物不負(fù)科研夢(mèng)

2019-09-10 06:10:27倪海波
關(guān)鍵詞:群落人體機(jī)制

倪海波

早在2007年,人體微生物組計(jì)劃(HMP)就提出以健康人群來描繪人體微生物的全景圖,同時(shí)也提出了微生物在健康與疾病中扮演了什么角色的關(guān)鍵問題。2016年,美國(guó)正式宣布啟動(dòng)“國(guó)家微生物組計(jì)劃”

(NMI),重點(diǎn)關(guān)注人體健康、資源、環(huán)境和農(nóng)業(yè)相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)微生物組的功能,開發(fā)平臺(tái)技術(shù),提升公眾對(duì)微生物組的認(rèn)識(shí)。2019年,人類微生物組整合計(jì)劃(iHMP)回答了微生物組與早產(chǎn)、炎癥性腸病及驅(qū)糖尿病等的關(guān)系,闡明了微生物組與這些生理或病理的關(guān)聯(lián)性和可能機(jī)理。許多人會(huì)問:NMI計(jì)劃會(huì)給我們帶來什么7其實(shí),正如人體微生物組關(guān)乎人類健康一樣,環(huán)境微生物組與生態(tài)系統(tǒng)健康密不可分,如果將所有環(huán)境微生物和人體微生物都弄清楚,將是人類認(rèn)識(shí)生命歷史上的“大爆炸”事件。

NMI計(jì)劃的提出,引起了眾多專家學(xué)者的關(guān)注,其中包括研究微生物生態(tài)學(xué)和環(huán)境微生物學(xué)1O多年的賀志理教授。在他看來,微生物無處不在,也無所不能,其本身就是一個(gè)巨大的知識(shí)庫,研究微生物組學(xué)將對(duì)人體健康、資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等全球生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生積極的影響。揭秘微生物

賀志理研究微生物從2003年在美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后工作才開始,此前他曾從事過植物科學(xué)研究和計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)工作。自從接觸到微生物以后,他仿佛在科研上找到了自己的真愛。近年來,賀志理針對(duì)微生物,尤其是全球環(huán)境變化下微生物生態(tài)功能及其響應(yīng)機(jī)制,以創(chuàng)新微生物生態(tài)學(xué)作為研究手段,從微生物群落多樣性、組成、結(jié)構(gòu),到生態(tài)系統(tǒng)功能和作用機(jī)制的研究,并評(píng)估生物治理技術(shù)的應(yīng)用效果。賀志理是開發(fā)功能基因芯片(GeoChip 2.O、3.O、4.O、5.0)及其相關(guān)分析技術(shù)的主要成員之一,為微生物生態(tài)學(xué)研究提供了新的工具和方法,并獲得美國(guó)工業(yè)界科技最高獎(jiǎng)R&D 100Award(排名第二)。相關(guān)論文2007年發(fā)表在The ISME Journa/后,被Science.Nature Reviews Microbiology、NatureClimate Change等論文引用500多次,成為該期刊創(chuàng)刊10周年時(shí)引用次數(shù)前五的論文。他還利用GeoChip技術(shù)研究了多種生態(tài)系統(tǒng)微生物群落的多樣性、組成、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用,對(duì)研究微生物群落與所處生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系具有劃時(shí)代的意義。

針對(duì)目前日益嚴(yán)重的全球環(huán)境變化問題,賀志理從微生物入手,利用高通量宏基因組技術(shù)來探索其對(duì)全球氣候和環(huán)境變化的響應(yīng)和反饋機(jī)制。他利用長(zhǎng)期的FACE實(shí)驗(yàn)基地和多項(xiàng)宏基因組技術(shù),闡明了土壤微生物群落對(duì)大氣CO濃度升高的響應(yīng)及其可能機(jī)制,研究結(jié)果在Ecology Letters發(fā)表后被Science重點(diǎn)推介:他還利用長(zhǎng)期的O-FACE實(shí)驗(yàn)基地和GeoChip技術(shù),以不同O抗性的小麥根際微生物群落為基礎(chǔ),對(duì)O升高的響應(yīng)機(jī)制也做了系統(tǒng)研究,結(jié)果發(fā)表在The ISME Journal上:他再次突破創(chuàng)新,闡明了大豆和玉米微生物群落對(duì)CO和O的響應(yīng)機(jī)制,為研究全球氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)微生物群落功能過程的響應(yīng)引入了全新的視角。

此外,賀志理還利用所建立的高通量宏基因組技術(shù)和傳統(tǒng)的環(huán)境微生物研究手段相結(jié)合,建立、監(jiān)測(cè)、評(píng)估了一系列環(huán)境污染治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù),并進(jìn)行了不同規(guī)模的應(yīng)用研究,取得了明顯的效益。

明確目標(biāo)爭(zhēng)朝夕

時(shí)間匆匆即逝,在美國(guó)學(xué)習(xí)與工作的經(jīng)歷,一直是賀志理科研旅程中寶貴的財(cái)富。他也在不斷的磨煉中變得更加成熟獨(dú)立,這也讓他能夠更好地投入到后來的科學(xué)研究中。在國(guó)外期間,賀志理也一直在密切關(guān)注國(guó)內(nèi)微生物研究的發(fā)展。2017年3月,他回到了闊別已久的祖國(guó),在中山大學(xué)組建了世界上第一個(gè)環(huán)境微生物組學(xué)研究中心,從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)了教授、副教授、專職科研人員和博士后1O多名,現(xiàn)有博士碩士研究生30名,具有國(guó)際上最新儀器和設(shè)備2DOO多萬元。

該中心具有數(shù)據(jù)科學(xué)、環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)微生物學(xué)和環(huán)境應(yīng)用四個(gè)核心實(shí)驗(yàn)室,旨在研發(fā)微生物組學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)分析工具,考察各類生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落的多樣性、組成、結(jié)構(gòu)、互作和功能,從而揭示微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)功能間的關(guān)系。研究中心的建立,將帶出一支具有國(guó)際水平的環(huán)境微生物研究團(tuán)隊(duì),培養(yǎng)一批高素質(zhì)的研究型人才,提高環(huán)境微生物整體的學(xué)科建設(shè)水平。該中心不但以解決當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域里的熱點(diǎn)問題,還把公眾關(guān)注度較高的環(huán)境問題作為研究目標(biāo)。

在微生物的海洋里邀游,賀志理甘之如飴,為了達(dá)成這些研究目標(biāo),他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)于2018年啟動(dòng)了“使用合成反硝化茵群探索微生物生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性機(jī)制”項(xiàng)目的研究,針對(duì)當(dāng)前合成微生物生態(tài)學(xué)熱點(diǎn),利用反硝化細(xì)菌種類多、分布廣,在環(huán)境中有重要作用的特點(diǎn),賀志理教授團(tuán)隊(duì)首先設(shè)計(jì)出五級(jí)篩選標(biāo)準(zhǔn),用合成微生物生態(tài)學(xué)的方法構(gòu)建遺傳背景清晰的反硝化細(xì)茵群落,并在此基礎(chǔ)上揭示生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能及穩(wěn)定性的關(guān)系及形成與進(jìn)化機(jī)制。同時(shí),該團(tuán)隊(duì)還以河口一近海生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,聚焦微型生物多樣性形成及其維持機(jī)制、微型生物驅(qū)動(dòng)的碳氮硫循環(huán)及其耦合機(jī)制,揭示溫室氣體的產(chǎn)生及其環(huán)境調(diào)控機(jī)制,闡明陸源營(yíng)養(yǎng)和污染物輸入對(duì)河口和海洋環(huán)境的影響及生態(tài)效應(yīng).旨在發(fā)現(xiàn)新的微生物類群、新基因、新代謝途徑.形成對(duì)河口一近海生態(tài)過程的新認(rèn)知和新理論。另外,他致力于顛覆性新技術(shù)——微生物組工程的研發(fā),以期應(yīng)用于人體健康、生態(tài)安全和環(huán)境污染治理等領(lǐng)域。

盡管這些項(xiàng)目還在進(jìn)行中,預(yù)期結(jié)果尚不得而知,但賀志理及團(tuán)隊(duì)成員愿意將青春都奉獻(xiàn)給這些小小的微生物。在他們看來,無論科研之路多么辛苦,多么坎坷,當(dāng)科研做出成果的那一瞬間,先前的艱難就都值得了。那時(shí)他們所能感受到的只有喜悅,這也是科研最吸引他的地方。堅(jiān)守微生物科研夢(mèng),做這條路上勇敢前行的開拓者,是賀志理及其團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持的信念和努力的動(dòng)力。

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