肠道菌群,测序只是起点
覃俊杰 | 热心肠智库专家 2017-08-17
时长:18:23
谱元科技创始人兼首席科学家覃俊杰博士,分享他在肠道菌群研究和应用领域的一些亲身经历和心得体会。
覃俊杰
谱元科技创始人兼首席科学家
深圳市谱元基因研究院院长
博士,深圳市谱元基因研究院院长。从2006年开始,从事基于二代测序技术的微生物基因组、宏基因组研究和技术转化。完成的重要项目有:欧洲人肠道菌群宏基因组图谱的构建、2011年德国致病大肠杆菌的快速基因组解析、中国人2型糖尿病与肠道菌群的宏基因组关联分析、临床特定疾病的菌群组成与功能研究等。在宏基因组学领域开发了许多重要的技术工具与方法。
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由G30资助
本演讲由G30企业提供资助,并受到民福社会福利基金会的大力支持和协助。
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图文实录

大家下午好,我叫覃俊杰。

我常说自己非常幸运,在新技术诞生之初,我就进入了肠道菌群的领域。那时我还在读研究生。在这里,我想跟大家分享一下我在肠道菌群研究和应用领域的一些亲身经历和心得体会。

说起细菌,在我小时候,我有些讨厌、甚至是害怕它。

还记得那时候给我的印象是,当我吃了被细菌污染的饭菜之后可能会拉肚子;接触了生病的小朋友之后可能也会被传染;还有在历史课本中所看到的一幅幅诸如黑死病这样瘟疫爆发的图片……种种这些事情都印在我幼小的心灵中。

给我一个印象:细菌都是有害的,我们要灭菌。

但是到我读研究生的时候,我的导师从欧洲带回一个课题给我,这个课题在当时应该是全球第一次采用新的测序技术,对一群生活在人体内的种类很繁多但又知之甚少的细菌群体进行研究。

我当时不禁产生疑问:“原来在我们体内竟然生活着这么一群长期存在的细菌,它们真的都是有害的吗?”

我开始对细菌另眼相看,甚至在我内心里还萌发出一种好奇心,“我要去研究它,这就是肠道菌群”。

说起研究细菌,我们首先会想到显微镜,确实细菌也是因为这个技术才被我们人类所发现。

现在我们的医生还在使用一种技术,这大约是在100多年前所发明的,叫细菌纯培养的技术。因为这个技术,我们医生可以对各种细菌感染来进行一个诊断,并且选出最合适的抗生素来治疗。

在上个世纪末,也是我想介绍的测序技术的诞生,因为它的诞生其实开启了一扇新的大门,使我们可以更加全面地去研究细菌。

这里我打个比方,如果我们把细菌比作池塘里的鱼,那么传统的技术,比如细菌纯培养的技术,它就好比是钓鱼,而采用测序这样新的技术,它就好比是把池塘的鱼全部一网打尽。

所以我认为测序是全面研究和认识肠道菌群的开始。

带我进入肠道菌群研究领域的第一个课题就是来自欧洲的这个项目。这个项目其实完全由欧盟资助,研究的全部是欧洲人的肠道菌群。

但就在这样一个国际合作项目里面,我当时所在的中国团队是非常年轻的一个中国团队,我们做出了这个项目里面第一个非常重大的科研成果。

当时这个成果发表在《自然》杂志上,这也是在自然科学领域非常顶尖的杂志之一,并且我们的成果还作为封面故事来重点地介绍。

这个成果是什么呢?就是我们构建了人体肠道菌群的一个基因图谱,那么这个图谱有什么用呢?

我可以打个比方,就好比在地理大发现时代我们采用了最新的航海技术——环球航行,最终绘制出第一份全面的世界地图一样。

也可以比作我们是对欧洲人的肠道菌群做了一个居民普查,然后在这个普查中,我们发现了有1000种以上的“常住居民”——也就是1000种以上的这个肠道细菌。

同时我们还发现了,有超过330万的菌群的基因,我们知道这些基因,都会行使着非常重要的生物学功能。

当时这个图谱发表之后,我们就在想:“我们有了这么全面的图谱,同时又有很先进的技术,紧接着我们就要去找一种和肠道菌群有关联的疾病,去攻克它,去来试一试我们新技术的威力”。

然后在那时候,美国和欧洲的科学家们都主要关注在肥胖人群,还有炎症性肠病人群的肠道菌群研究上;这时我们把目光转向了中国的2型糖尿病人群。

在那个时候,我们所有存在的科学证据是在小老鼠这种动物模型上,我们确实发现了2型糖尿病的小鼠,它在肠道菌群上有明显的特征。

当我们在去构建图谱的工作时,我们也发现人和小鼠在肠道菌群上有98%都是不同的。

而当时摆在我们面前非常大的一个挑战就是未知性:我们不知道,在我们所研究的中国2型糖尿病人群中,是否真的能找到和糖尿病有关联的这些肠道菌群的特征。

所以当时很长一段时间我一直处在一种焦虑中,因为我不知道除了统计学所给我展现的结果以外,我没办法去证明我们真的找到了和2型糖尿病有关联的肠道菌群。

直到有一天转机出现了,那时是有一个做牙周病微生物研究的老师过来交流,我当时作为微生物方向的负责人,不得不停下手中的工作去参加。

在讨论中我随意问了一句:“您为什么要去研究牙周病的细菌呢?这种疾病发病率很高吗?”

他当时告诉我说,在临床上有一种新的观点——认为牙周病和糖尿病有联系,它们可以互为并发症。

我当时一听就突然想到,在我的统计学的结果中我们确实有看到一种能引起牙周病的细菌,这种细菌在我们一小部分糖尿病人群的肠道菌群中出现了。本来开始我认为口腔里的细菌在肠道里面出现,这是不可能发生的事情,这可能只是一个偶然现象,所以被我忽略了。

但就因为这么一件事情,我原先的焦虑就慢慢消失了,因为我们后面陆续找到了一系列医学的、生物学的证据来证明,我们真的找到了和2型糖尿病有关联的肠道菌群。

例如,后面我们所发现的一系列丁酸产生菌在我们糖尿病的人群里面普遍缺失。

我们这成果也很快发表在《自然》杂志上,并且是在全球首次发明了一种新的技术,可以去研究、可以去发现肠道菌群和这些复杂疾病是什么样的关系。

紧接着,欧洲的团队和美国的团队纷纷采用我们类似的方法去证明,在北欧的2型糖尿病人群里面是什么样的肠道菌群特征;在欧洲的肥胖、在其他的疾病人群里面又有什么样的肠道菌群特征。

但我们自己并没有停止,还要继续地去探索。

我记得最早有一个很生动的例子,当用我们找到的跟中国的2型糖尿病人群所关联的这些菌群特征去给我们团队里面比较年长的老师去做肠道菌群检测时,要知道在检测的过程中间,我们并不知道这些老师是否真的得了2型糖尿病。

但在我们的结果里面果真发现了一位2型糖尿病患者,并且他长期隐瞒了病情,没有告诉大家,而他的肠道菌群出卖了他。

还有一个例子,我们当时把在糖尿病人的肠道菌群中所缺少的一种细菌——我们认为是有益菌,把它进行了分离培养,并且拿它来去喂小老鼠。

普通的小鼠当给它喂了高脂肪的饲料之后,它会很快地就会变胖;而我们把普通小鼠喂了这种我们分离培养的有益菌之后,再喂高脂肪的饲料,它就不变胖。当然这只是一个小鼠实验的结果。

我们后面又去想在人的方面我们是否可以做些事情呢?那时候我们发现有一种减肥手术,它本来是减肥,但是没想到它还有一个额外的效果——可以去帮助降血糖。

所以我们找到了德国的一家医院,他们在开展这种减肥手术。我们对手术前后的病人的肠道菌群都进行了检测。结果发现:检测前这些病人有明显的糖尿病菌群的特征;然后手术之后这种特征消失了,都往有益的肠道菌群方向在发展。

除了这以外,我们最近也有在做一些有降血糖效果的中医和中药的一些方法的研究。我们也发现通过中医和中药的一些干预确实肠道菌群也在往好的方面发展。

就在前年,欧洲的一个团队发表文章说:“我们之前一直在用的降血糖的药物——二甲双胍其实可以改变肠道菌群,并且能把肠道菌群中具备2型糖尿病的特征改变成是一个健康的特征。”

这些种种证据都来说明肠道菌群和2型糖尿病的发生、发展有着非常密切的关系。当然关于这个工作我们还在不断地进行中。

近年来,科学家们纷纷在用大数据机器学习的方法来试图建立饮食、肠道菌群还有血糖三者之间的一个关系。

我们想通过每个人的肠道菌群的组成来预测在不同的饮食的情况下TA的血糖究竟会怎么变化。

我个人作为在这个领域早期的探路者之一是非常乐观的,也很看好这个方向。我相信在不远的将来肠道菌群一定会对我们的饮食习惯、生活方式,还有疾病治疗手段产生深刻的影响。

正是基于这样的信念,在三年前,我选择将肠道菌群的技术推向产业化应用进而来造福人类。

“谱元”由此诞生了。

在我的理想里,我希望能以最先进的技术来围绕肠道菌群打造一个数字化的平台。

这个平台不止有数据,还先要聚焦在我们的数据该怎么产出,要具备什么样的标准,我们的数据该怎么去解读,我们该怎么去解释这么复杂的肠道菌群,我们的数据该怎么去使用……我们应该对每一种人体的肠道细菌都要去建立档案,去积累这个知识。

当我的理想实现后,我们可以大胆假设一下:在那会儿,肠道菌群的产业化应用会对我们的生活带来什么样的改变呢?首先我认为改变会出现在临床。

像我们当前医院里面所进行的一些感染性疾病的检测;还有我刚才提到像2型糖尿病这样属于慢性疾病的检测;我们现在也发现消化系统的疾病、免疫系统的疾病、神经系统的疾病等都和肠道菌群有了密不可分的联系,甚至还有现在所发现的肿瘤治疗……

所有这些临床的应用都将因为肠道菌群而带来更加精准的一个诊断和治疗。

另外一个改变我认为会出现在保健品,尤其是以益生菌和益生元为代表的保健品。它们会因为肠道菌群而得到更加普遍的、更加合理的一个使用。

第三个改变会出现在我们的健康管理。它会和肠道菌群相结合,会逐步地去改变我们的饮食和生活方式,进而会形成一种新的养生文化;并且我预见很有可能传统的中医科学和现代的西方科学会在这一点发生融合。

我们还可以想的更远一些,比如说几十年、上百年以后,我相信因为肠道菌群在那个时候——当人们再来提起2型糖尿病的时候,就会觉得这是一种什么疾病?

就像我们现在来想黑死病或者瘟疫一样,这样的疾病将会出现在历史的教科书里。因为在这些疾病发生之前,就已经因为肠道菌群的诊断和干预被扼杀在摇篮里了。

第四个可能会出现的,我们会有更加新型的可穿戴设备。并不是像手环一样戴在身上,而是直接吃进肚子里。在我们的消化道、在我们的肠道里,它能实时地去监控你的肠道菌群、监控你肠道里面对你生命健康非常重要的一些物质。

第五个可能会出现的是我们的家居。那个时候我们的厨房将是非常智能的厨房,它会个性化地给我们来配餐,来告诉我们应该补充什么样的益生菌、补充什么样的益生元。

那个时候,我们的卫生间应该具备很大一部分当前医院检验科的功能。我们的所有的检测可能只在自己家里、在自己卫生间里去完成。就好比我们的肠道菌群检测可能就在我们的马桶上非常自动地、非常友好地完成了。

第六个改变我认为在那个时候会出现一种新的机构——叫肠道菌群保养中心。当你的肠道菌群出了很严重的问题,可以在这里进行菌群移植,进行微生态胶囊的一些处理,它好比是对你的肠道菌群进行了一次重置、进行了一次初始化。

打个比方,好比我们的电脑系统,当它中了很多的病毒实在无可救药的时候,我们可以给它重装一个操作系统。

还会发生的改变是个人的健康预报。在那个时候我们拿出手机来关注的不止是天气预报,还要关注我们的健康预报,会把肠道菌群的信息整合进去,再结合各个维度的健康数据来综合对你的健康进行预报。

当你熬夜时、当你抽烟喝酒的时候或当你应酬胡吃海喝的时候,它会给你一个预警,并且给你一些个性化的调理方式。如果实在调理不好,那就送到前面的肠道菌群保养中心去重新安装“操作系统”吧。

最后还有一点,在那个时候肠道菌群的价值在哪里呢?我认为它的价值不会继续在防病和治病上,因为这已经很成熟了。

那个时候我们再来去研究肠道菌群,我们应该研究它如何使人更加健康长寿,如何使人的精神更加的愉悦,如何使人的大脑更加的聪慧。

因为肠道菌群的代谢产物是一个巨大的宝库,这里面我们可以发现很多对人的生活更加有用的一些东西。

最后,我们常说多少年前恐龙统治了地球,其实我认为这是对微小生物的一个偏见,细菌才是我们这个星球上最早一批“居民”。

35亿年前细菌就统治了地球,直到现在——在我们人类社会如此发达的时候,我也想说我们其实生活在细菌的世界中,生活在微生物的世界中。

在我的人生梦想中,我希望从我们这个时代开始,我们可以让肠道菌群的理念深入人心,深入到饮食、生活、健康、医疗等各个具体的应用中,就像抗生素所带来的疾病治疗的改变一样真正去改变人类社会。

所以这也是我这次分享的一个主题,我认为“肠道菌群,测序只是起点”,真的只是一个开始,未来非常值得我们去期待。

谢谢大家,这就是我想给大家分享的思想,谢谢!

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