在地球生态系统和人类健康中，微生物组的作用超乎想象。加强基础研究与应用相结合，推进技术创新和产业升级，将创造未来新的经济增长点。

我们认知的微生物不到1%

微生物对我们而言并不陌生。我们的祖先发明了酿造工艺，利用微生物的发酵功能，让生活更加丰富多彩。酱香醋润，酒醇豆腐香，都是微生物作用的结果。从传统酿造到现代发酵技术，我们自以为已经了解微生物，比如如何将糖转化为酒和醋。我们甚至能够操控和改造微生物，产生特殊代谢产物，提高产量或抑制合成，为人类服务：例如，青霉素等抗生素通过改造生产菌种，产量成千上万倍提高，拯救了无数生命。

但事实上，我们对微生物了解甚少，甚至不知道周围有什么微生物。一撮花园土壤中有几千种微生物；地球上的微生物细胞比天上的星星还多；我们目前认知的微生物不到1%；肠道中的微生物细胞是人体细胞的10倍！这些微生物的基因组之和是人类基因组的100倍！微生物影响并超越我们的生老病死：人死后，微生物却能永恒生存。除了近年来少量关于糖尿病与肠道微生物关系的研究外，我们完全不清楚肠道微生物（以及呼吸道、体表微生物等）在人体内的作用，它们的喜怒哀乐与我们的生老病死有何关联。

微生物组是指一个生态系统中全部微生物资源及生命信息，包括它们与环境中生物和非生物因子的关系。早在1975年，科学家就用类似概念探讨白蚁肠道微生物区系，但受限于技术手段，未形成重大科学计划。2005年以来，许多国家启动了微生物组计划，如美国的人体微生物组计划和地球微生物组计划，加拿大的微生物组研究项目，以及日本的人体元基因组研究项目。2015年10月，美国科学家在《科学》杂志发文呼吁“联合微生物组研究计划”；同时，中国科学家会同美、德科学家在《自然》上提出实施“国际微生物组计划”。美国随后宣布启动新的“国家微生物组计划”，引发新一轮研究和开发热潮。

微生物组世界：1+1>2

为什么微生物组引起如此巨大反响？1928年7月，亚历山大·弗莱明发现青霉菌抑制金黄色葡萄球菌生长，揭开了抗生素时代。青霉素改变了二战进程，挽救了无数生命，显著提高了人类寿命。一种微生物拯救了成千上万个体，一群微生物则能拯救未来人类的生存。

地球上的微生物物种粗略估计在百万数量级之上，目前发现和描述的只有数万种，绝大多数功能有待挖掘。微生物生活在海洋和陆地的每一寸空间，组成海洋和陆地微生物组，参与物质元素生物地球化学循环，影响全球气候变化；微生物与农作物（根际、叶表、植物体内）构成农作物微生物组，影响作物营养吸收、病害发生和产量；微生物降解污染物，消除黑臭，保障污水处理厂高效运行，净化水体；微生物还是污染土壤生物修复的主力军，农药、化工污染物、除草剂等主要通过微生物降解消除。环境微生物组将为生态文明建设和环境质量提高提供资源和技术保障。

微生物组在地球生态系统和人类健康中的作用超乎想象，不仅帮助人类克服生存挑战，还提供未来生存之道。微生物之间互相协作，使生态系统更稳定、更有效，赋予微生物组超越单个微生物的强大功能。例如，多环芳香烃是环境中重要污染物，单一微生物可降解，但多个微生物一起时，降解效率和系统稳定性大大提高。

我国传统发酵工艺多利用混合微生物菌群，例如年产值超过5000亿元的制酒行业，在数百年历史中有益微生物群不断富集，形成各种风格的白酒酿造技艺。尽管科学上尚无准确解释，但业界共识是不同微生物群落相互作用是产生不同风格白酒的重要基础。酿酒微生物场所提供多种微生物资源，可发掘高效纤维素降解霉菌、高乙醇合成酵母、高效一碳化合物固定细菌等。作为新兴产业的生物农药和生物肥料近年来蓬勃发展，从2000年市场份额0.2%增长到2009年3.7%，2010年全球生物农药产值超过20亿美元，市场占有率约4%。深入解剖土壤和农作物微生物组，可有效促进传统发酵行业和新兴生物产业健康发展。

抓住弯道超车的机遇

截至2016年，有资料可查的国际微生物组研究项目有13项与人类健康相关，其中8项正在实施，5项已完成。美国、加拿大、爱尔兰和法国是主要参与国家，至少2项由美国独立开展，最早的人类微生物组计划（HMP）也是美国开展的。中国积极参与了人类肠道宏基因组计划（MetaHIT）和国际微生物组联盟（IHMC）计划。

除上述13项人体微生物组项目外，国际上还启动了9个环境微生物组研究计划，包括海洋微生物组、土壤微生物组和地球微生物组（EMP）。EMP计划旨在全方位分析地球上全部微生物群落的多样性和功能，对全球典型环境样本（土壤、海洋、空气、淡水生态系统等）进行宏基因组测序，中国参与了EMP计划。中国科学家曾独立推进微生物组相关研究计划，如本世纪初中国科学院微生物所推动的“微生物地球”研究计划；2014年中国科学院组织启动了土壤微生物先导专项；目前国家自然科学基金委“水圈微生物”研究计划正在论证。中国科学家已在人体微生物组和酿造微生物组方面取得很好成绩。抓住机遇，做好组织，在未来新一轮微生物科技发展中，中国完全有可能发挥国际主导作用。

从微生物组提出和国际科技竞争态势看，微生物组研究呈现四大趋势：应用导向更加明确，范围更加广泛，由先前微生物资源调查和侧重人体微生物组向综合考虑健康、农业、生态环境等方向转变；更加注重技术发展和学科交叉汇聚；更加需要项目组织机制创新；对大科学计划和全球化合作的重要性更加明显，为世界各国从科技和政治角度参与国际事务提供无限舞台。

在当前国际形势和国家需求下，启动我国独立自主的微生物组研究计划势在必行。如何立足国情和研究基础，实现基础研究和应用研究有机结合，服务技术创新和产业升级联动发展，是我国进行微生物组计划组织和布局的重要选择依据。基于此，对发展我国微生物组有以下三点建议：

一、以我国在微生物资源收集和保藏的优势、研究和开发的良好基础，组织全国专家进行战略研究，规划微生物组研发路线图，明确从微生物组研究入手，解决我国面临的人类健康、环境保护和农业可持续发展等重大挑战的技术途径，开展以应用为导向的微生物组资源和技术开发。

二、以人体肠道、四大口粮作物、污染水体和土壤治理、传统发酵等为核心对象，快速部署人体微生物组、农作物微生物组、环境微生物组和传统发酵微生物组的研究，加强基础和应用基础研究、技术创新和产业发展的全链条布局；依靠我国在微生物资源研究、测序技术、微生物数据综合分析能力等方面的优势，启动涵盖人体、农业、环境、传统发酵、新技术等内容的“中国微生物组”计划。

三、建立国家微生物组数据中心，实现大数据集成与应用：数据资源是微生物组研究的关键，建议在微生物组计划设计之初就设计好完善的数据集成和共享机制，建立国家微生物组数据中心，实现数据资源的有效集成和深度挖掘。

微生物在地球上无处不在，从滚烫的热泉到800米冰层以下的南极暗湖，都存在着大量微生物。微生物作为地球上分布最广泛、生物量最大、生物多样性最丰富的生命形式，推动地球化学物质循环，影响人类健康乃至整个生态系统，蕴藏着极为丰富的物种资源和基因资源。我们期待微生物组能够打开未知微生物世界的大门，为应对人类面临的巨大挑战，如人类健康、环境保护、农业可持续发展等，以及解决深空探索和外星移民等未来人类生存空间问题，提供重要解决方案。