1、【收稿日期 】2011-03-27【作者简介 】成妮妮 ( 1975-) ， 女 ， 讲师 ， 从事食品微生物学研究 ， Email:chengnini lyu edu cn; 郭春雷 ， 通讯作者 ， 男 ， 讲师 ， 从事微生物学分子生态学研究 ， Email: guochunlei lyu edu cn文章编号 : 1005-376X( 2011) 08-0857-02 【综 述 】人体微生物组计划成妮妮 郭春雷( 临沂大学生命科学学院 ， 山东 临沂 276005)【摘要 】 人体微生物组计划又称第二人类基因组计划 。由美国国立卫生研究院立项资助 ， 2007 年正式启动 。计划用 5
2、 年时间耗资 15 亿美元完成 900 个人体微生物基因组测序 。其目标是探索研究人类微生物组的可行性 ;研究人体微生物组变化与疾病健康的关系 ; 同时为其它科学研究提供信息和技术支持 。【关键词 】 人体微生物组计划 ; 美国国立卫生研究院 ; 细菌基因组【中图分类号 】Q933 【文献标识码 】AThe human microbiome projectCHENG Ni-ni， GUO Chun-lei( School of Life Sciences， Linyi University， Linyi 276005， China)【Abstract】 The Human Microbiome
3、 Project ( HMP) ， also known as the second human genome project， was initia-ted by the National Institutes of Health ( NIH) in 2007 HMP was a 5-year project that was funded at $ 150 million andaimed to complete 900 bacterial genome sequences from human microbiome The goals of the HMP are to demonstr
4、ate thefeasibility of characterizing the human microbiome well enough to enable study of the variation in the human microbiome andits influence on disease， while providing both a standardized data resource and technological developments for the scientificcommunity【Key words】 The human microbiome pro
5、ject; NIH; Bacterial genome在人类基因组计划完成之前 ， 科学家估计人类基因组约含有 10 万个基因 。当人类基因组序列公布之后 ， 人们惊奇的发现人的基因组中仅有 2 万个蛋白编码基因 ， 和果蝇的基因组大小不相上下 。很难想象 ， 仅仅 2 万个基因就能承担人类的生命活动 、遗传信息传递的重任 。但是 ， 如果将构成人类基因的范围拓宽 ， 10 万个基因也许还低估了 1。据估计 ， 生活在人体中的微生物细胞数量可能达到 1014， 超过人体细胞数目的 10 倍以上 ， 其编码的基因数量是人类基因组基因数量的100 倍以上 2。如果将人体看作是微生物和人体细胞的整体
6、 ， 那么人类遗传物质就应该是人类基因组和微生物基因组之和 。人体也可以看作是人体细胞和微生物细胞共同组成的“超生物体 ” 1。赵立平认为在人体中存在两个基因组 ， 一个是出生时从父母遗传来的人自身基因组 ， 一个是出生后从环境中获得的微生物组基因组 。两个基因组必须协同作用才能维持认得正常生命活动 3。DAVIES 认为 ， 完成人类基因组测序虽然是了不起的成就 ， 但如果没有彻底了解与人共生的微生物 ， 那么人类基因组计划是不完整的 4。RELMAN 和FALKOW 甚至认为对人体微生物组测序是第二个人类基因组计划 5。1 HMP 提出微生物组 ( Microbiome) 是指微生物的总和
7、 ， 包括在一个特定的环境中所有微生物的遗传物质及其与环境之间的相互作用 ， 一个特定的环境 ， 例如可以是人的胃 ， 或是一份土壤样品 。人体微生物组 ( The Human Microbiome) 是 LEDERBERG在 2001 年首先提出 ， 指生活在人体上的营互生 ， 共生和致病的所有微生物 ， 他认为人体中的微生物基因组可以看作是人类基因组的一部分 6。人体微生物组研究起源于对人体胃肠道微生物的大规模调查研究 。2005 年 11 月在在巴黎召开了与此相关的一个国际性会议 ， 由法国农业科学研究院 ( French National Institute forAgricultur
8、al Research， INAR) 主持召开 ， 会议建议人体内肠道宏基因组学项目 ( Human Intestinal Metagenome Initiative， HI-MI) 应该对人体内肠道微生物组进行更详细 ， 完整的研究 。会议还建议成立国际宏基因组联盟 ( International MetagenomeConsortium) ， 以便世界范围内进行工作协调 ( http: / /human-microbiome org) 。紧接巴黎会议之后 ， 美国国立卫生研究院( NIH) 开始讨论 NIH 资助的人体微生物组计划 ( The HumanMicrobiome Project
9、， HMP) ， 计划对 5 个人体部位 ( 胃肠道 ， 口腔 ， 鼻腔 、女性生殖道和皮肤 ) 的微生物组进行研究 ， 最终人体微生物组计划被确定为美国国立卫生研究院医学研究路线图( NIH Roadmap for Biomedical Research) 的重要组成部分 。人体微生物组计划于 2007 年 12 月 19 日正式启动 ， 计划用 5 年时间耗资 1 5 亿美元完成 900 个人体微生物参考基因组测序 。其目标是探索研究人类微生物组的可行性 ; 研究人类微生物组变化与疾病健康的关系 ; 同时为其他科学研究提供信息和技术支持 ( http: / /nihroadmap nih
10、gov/hmp/) 7。2 NIH HMP 研究内容总体目标 : 从 250 个不同背景 ( 性别 、年龄 、民族 、文化等 )志愿者身上的 5 个身体器官 ( 胃肠道 ， 口腔 ， 鼻腔 、女性生殖道和皮肤 ) 采集样品 ， 同时建立标准的样品采集程序和方法 ; 用新一代高通量测序技术完成至少 900 个人体微生物参考基因组测序工作 ， 并提交到公共数据库中 ; 通过研究确定人体微生物组的变化与人类疾病和健康的关系 ; 为其他相关科学研究提供数据和技术支持 。其最终目标是证明通过检测 ， 控制人体微生物组成变化情况来改善 、提高人类健康水平 7。起始阶段 : 2007 年底 ， 4 家测序中
11、心开始测序工作 : 分别是 The Baylor College of Medicine、The Broad Institute、The JCraig Venter Institute 和 The Washington University School ofMedicine。本阶段的主要任务是 : 从 250 个不同背景的志愿者身上采样 ， 建立志愿者征集与样品采集方法 ， 对所采样品进行16S rRNA 基因测序分析 ， 完成 500 个人体微生物指导基因组测序工作 。至 2010 年 5 月 ， 4 家测序中心已经完成了 356 个微生物基因组的测序工作 ， 并提交到公共数据库中 。其中
12、 178758中国微生态学杂志 2011 年 9 月第 23 卷第 9 期A: 宏基因组学国际会议 ; b: 人体微生物组计划国际联盟成立 ; c: NIH 人体微生物组计划系列会议 ; d: 人体微生物组计划路线图 ; e: 起始测序 ; f: 人体微生物组计划集中测序 ; g: 示范项目引导阶段 ; h: 示范项目后续阶段 ; i: 发展新的计算方法 ; j: 发展技术 ; K: 数据分析及协调中心 ; l: 道德法律社会学相关研究 。图 1 人体微生物组计划时间表 7个微生物基因组序列已经完成基因解析工作 ， 并发表在 2010年 5 月的 科学 杂志上 8。第二阶段 : 在第一阶段的工
13、作基础上 ， 继续完成指导基因组测序 ， 探索新技术新方法工作 。同时开展示范项目研究微生物组变化与特异性疾病之间的关系 。测序中心的任务 : 应用新一代测序技术再完成至少 400个人体微生物指导基因组测序工作 ， 从而使人体微生物指导基因组数量达到 900 个 。加上欧盟资助的人体肠道微生物基因组研究计划 ( MetaHIT) 承担测序的 100 个细菌基因组 2， 使公共数据库中的人体微生物组指导基因组数量达到至少 1000个 。测序中心同时开展对病毒基因组和真核微生物基因组的测序工作 。运用 16S rRNA 基因序列分析和全基因组鸟枪法( WGS) 同时对第一阶段采集的样品进行分析 ，
14、 研究每一个身体部位的微生物组多样性 ， 从而鉴定每一个部位的核心微生物组组成及基因表达情况 。HMP 示范项目 : 2009 年 ， 美国国立卫生研究院立项资助了 15 个示范项目 ， 分别研究人体微生物组中细菌 ， 真菌和病毒的变化与人类疾病健康的关系 。每个项目分别给予 1 年的时间来验证实验的可行性 。2010 年 9 月 ， 美国国立卫生研究院宣布对其中 8 个前景较好的示范项目再资助 4200 万美元进行为期 3 年的后续研究 ( http: / /www hmpdacc org/impact_health php) 。数据分析协调中心 ( DACC) : DACC 是人体微生物组
15、计划的信息中心 ( http: / /hmpdacc org/) 。所有人体微生物组计划相关的信息 ， 以及实验结果 、结论在此汇总并对公众开放 。DACC 网站还包括了所有人体微生物组计划测序的指导菌株信息 ， 包括菌株来源 ， 测序状态等 。3 国际人类微生物组联盟( International Human Microbiome Consortium， IHMC) 。2008 年 9 月人体微生物组计划国际联盟正式成立 ， 成员来自 10 个国家的研究机构 ( http: / /human-microbiome org) 。人体微生物组计划国际联盟将协调世界各地的人体微生物组学研究 ， 避
16、免不必要的重复工作 ， 保证人体微生物组相关研究及时准确的提交数据 。4 展望人体微生物组计划是人类基因组计划理论和实践的延伸 。它是多个学科 ， 多个国家共同参与的综合性科学工程 。随着高并行 DNA 测序技术和高通量质谱技术的发展 ， 微生物学已经进入了一个新时代 ， 从单菌株的分离研究时代进入微生物群落整体研究时代 。人体微生物组计划的研究对象是目前科学上最基本 ， 最复杂 ， 最吸引人的科学问题 。重要的是它还有可能打破医学微生物和环境微生物之间的界限 ， 不仅能够为处理医学问题 ，疾病治疗提供新思路 ， 新方法 ， 还能让人们根据个人生理特点饮食习惯 ， 来控制自己体内微生物组成 ，
17、 从而改善提高健康状况 ， 甚至治疗疾病 。【参考文献 】 1 PETER J T， RUTH E L， MICAH H， et al The human microbiome pro-ject J Nature， 2007， 18( 449) : 804-810 2 QIN J， LI R， JEROEN R， et al A human gut microbial gene catalogueestablished by metagenomic sequencing J Nature， 2010， 4( 464) : 59-65 3 ZHAO L， SHEN J， Whole-body s
18、ystems approaches for gut microbiota-targeted， preventive healthcare J Biotechnol， 2010， doi: 10 1016/jjbiotec201002008 4 DAVIES J In a map for human life， count the microbes， too J Sci-ence， 2001( 291) : 2316 5 RELMAN D A， FALKOW S The meaning and impact of the human ge-nome sequence for microbiolo
19、gy J Trends Microbiol， 2001， 5( 9) :206-208 6 LEDERBERG J， McCRAY A TOme Sweet Omics-a genealogicaltreasuryof words J Scientist， 2001， 15( 7) : 8 7 NIH HMP Working Group， PETERSON J， GARGES S， et al The NIHhuman microbiome project J Genome Res， 2009， 19 ( 12) : 2317-2323 8 The Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium A cat-alog of reference genomes from the human microbiome J Science，2010， 21( 328) : 994-999858Chinese Journal of Microecology， Sep. 2011， Vol. 23 No. 9
