2016年5月13日,美国白宫科学和技术政策办公室(OSTP)与联邦机构、私营基金管理机构等共同宣布启动一项旨在推进微生物组研究及相关技术创新的“国家微生物组计划”,这是两年多来上百位研究人员、商业领袖、政府决策者和游说团体不懈努力的结果。

　　微生物组是由包括细菌、古细菌、真菌、原生生物和病毒等微生物组成的生态系统。微生物的特点是单细胞、极其微小却掌控着地球上关系到我们人类的健康和幸福的重要因子。“国家微生物组计划”正是为了在所有的生态系统、大自然及人造世界里推动最前沿微生物科学的研究与技术创新水平。

　　这一计划开启了研究团体、联邦政府和产业界之间的复杂对话。美国政府已承诺,将拨款1.21亿美元带头启动一系列微生物科学领域新的研究项目。与此同时,大学、产业界及私人基金会等也有望投入共计4亿美元用于推动基层研究。芝加哥大学、阿贡国家实验室和海洋生物实验室已宣布共建一处微生物组中心,将集合30多个科研单位上百名研究人员一同创建一个多学科集成研究项目,一方面要推动基础研究,另一方面则致力于改善教育水平及相关新知识的转化。

　　美国“国家微生物组计划”的一个重要方面,就是聚焦平台技术开发。它是指通过不断研究如何操纵、观察和分析微生物世界的过程中所进行的技术创新。一个具有颠覆性的平台技术的成功例子是高通量DNA测序技术。“人类基因组工程”为提高基因组测序的速度、精度和成本效益做出显著贡献,而这一贡献无疑也将有助于快速推进微生物组科学发展,使得我们能够观察到几乎无形的微生物世界的基因多样性。

　　技术创新通常始于基础科学领域,特别是像大学和研究院这样能允许科学家们有时间、自由地探索知识。同时,以公私合作机制来保障投资,有助于推动创新,并将这些技术提供给更广泛的受众。

　　毫无疑问,微生物组研究的时代已经到来。在“国家微生物组计划”的平台上,不同学科之间能够联合起来,共同努力推动科技创新和基础科学研究。这一计划将刺激学界和产业界,从而会产生经济繁荣效应,同时开发出针对环境和人类健康的解决方案。无疑,大数据将在这一过程中产生巨大影响。一家名为“BioCollective”的机构不仅可以帮助普通民众获取关乎自身健康问题的研究创新成果,同时也能收集人类样本提供给科学研究界。作为“国家微生物组计划”的支持单位之一,“BioCollective”是一种新的商业创新模式,也是参与机构成员能够在向科学家销售微生物组样本过程中创收的一个交易平台。

　　微生物组研究的产业和临床应用前景十分光明。眼下,许多企业为了填补其科技或工业发展过程中的差距,纷纷转向生物学领域。比如,以往炼油产业主要关注化工方向,如今却十分重视通过微生物学来确定其中的微生物及其代谢过程,从而解决一些关键问题。有趣的是,微生物学现在可以帮助像比奥塔这样的石油企业确定新的油源和提高原油产量。因此,目前至少在能源产业内,微生物组研究能够通过减少化石燃料的成本来切实产生一定的经济效益。更重要的是,该研究使得能源产业在微生物识别和基因工程研究基础上,产生更大量的石油产品,为替代现有石油储备而贡献新的来源。

　　除了工业领域,农业也在利用微生物技术来提高农作物的韧力、抵抗力和生产力。不少大型农企和初创公司都已在下一代微生物研究方面投入巨资,积极开发能够预防真菌和线虫感染的技术,甚至改变农作物的特性来提升终端产品的风味和营养价值。另外,运用微生物技术使得农作物能够生长在边际土地上的做法,将为农民生产粮食或生物燃料提供更多土地资源。提升产量则既可以改变这些农作物的收入模式,又能为农民创收,还可以推进农作物多样化发展,从而改善粮食安全等问题。

　　无疑,微生物科学正迎来一个令人激动的时刻。通过不断加大人力物力投资,产业界能够从医疗、生物科技以及环境等领域的技术创新上获得更大发展。随着研究机构与商界和产业界合作的不断加深,许多研究成果就会迅速地完成技术转化,从而服务更多产业领域。目前,我们已经看到在这些领域的经济增长表现,而“国家微生物组计划”的实施将更加促进这一增长。相信在未来10年,通过公私合作,微生物科技领域的研究、开发与转化将不断迈上新的台阶。(作者为美国芝加哥大学微生物组中心主任 杰克·吉尔博特)