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今年是基因测序走上历史舞台的第四十年（1977年，由Sanger等发明的双脱氧链末端终止法和 Maxam和 Gilbert发明的化学降解法两项技术的推出，正式拉开了基因测序的序幕）。从第一个人类组基因组的破译开始，基因测序开始逐渐占领科研高地，而随后，百倍于人体基因的微生物及它们与人体错综复杂的关系引领了更为广发的关注。也因此，从2003年人体基因组计划宣告完成起，微生物组组学计划就随之提上了研讨日程，并在2007年底正式宣告启动第一个微生物组计划—人类微生物组计划（HMP）。
今年也是第一个微生物组计划发起后的第十年。十年间全球各国陆续展开的微生物组计划林林总总有数十个，研究涵盖人体、生活环境、地球生态、农业、畜牧与营养等多个方向，研究内容从单一微生物到微生物群落比较、微生物功能和代谢通路及与宿主的协同作用等，并逐渐建立微生物组研究的基础思路和研究范式。
国际上的微生物组计划主要分为两大类：人体微生物和人所身在其中的环境中的微生物。后面我将会按照系列给大家盘点各国的微生物组计划。先说人体，再讲环境。
HOT RECOMMEND 欢迎加入生信者言交流群， 和小伙伴们一起交流，入群请联系微信：genegogo007 这一篇我们说说美国的各项人体微生物组计划,下一篇盘点欧洲在人体微生物组中的贡献。 与基因组学研究一样，在微生物组的研究中美国仍然扮演了先驱者的角色。 HMP | 2007-2012 | 美国 | 已完成 人体微生物组计划（Human Microbiome Project, HMP）是2003年完成的人类基因组计划的延伸，也是第一个真正意义上的微生物组计划。在2007年底宣布发起时，HMP的目标之一是为至少900种在人体中驻扎的细菌成功绘制出参照基因组序列。HMP一期的工作中一共产出了14.23Tb数据，得到了3000株微生物的基因组信息。当然，这其实只是冰山一角，但是对于盲人摸象的微生物组科研工作者而言，有着非常重要的意义：探索出疾病与人体微生物变化关系的研究范例、获得健康人不同部位的核心微生物组、推动开发出微生物组专业分析工具和方法、建立人体微生物数据分析协调中心(DACC)和资源存储库。
就在今年9月，发表于Nature上的一篇文章【PMID:28953883】公布了人类微生物组计划1期的第二波数据--来自265人的不同部位（包括人的肠道、皮肤、口腔和生殖道）和多个时间点的1631个样本，宏基因组测序中共预测得到778万个基因，刷新了对个体微生物组特征的新认知，给出了很多有意思的结果，比如明确拟杆/厚壁菌门比值不能代表菌群特异性，提出不同部位的菌株有亚种分化的特异性，单一基因组中存在系统发育多样性不足的物种等等更为细化的微生物组学研究方向。 HMP官网： https://www./hmp/ iHMP | 2013-至今 | 美国 | 进行中 在HMP启动时，我们就知道，和人类基因组计划一样，HMP只是一个起点，人们需要更多的数据，解释更为具体的问题。于是，就有了人体微生物组计划第二期（iHMP）。
第二阶段的研究对象锁定三类特殊疾病人群，怀孕和早产群体、炎症性肠病患者和II型糖尿病患者。目标是利用包括宏基因组、宏转录组、宿主基因组等、微生物培养等多组学、多维度技术，对三个特殊队列人群的微生物组和宿主进行分析，建立包含微生物组和宿主基因组与功能特性的纵向数据集，并应用这些数据集来评估和构建模型，试图解析宿主-微生物的相互作用。
两期的人类微生物组计划已经启动10年,累计投入资金2.15亿美元,为今天微生物组研究的迅猛发展奠定了基础。 iHMP官网： https://www./ihmp/
MBQC | 2013-2015 | 美国 | 已完成 不难预见，人类微生物群落很大可能会成为个性化健康和精准医学最重要的新工具之一。在实现从基础研究到临床的转换时，评估人类相关微生物群落的技术和计算方法就必须进行标准化和质量控制。于是，微生物组质量控制计划（The Microbiome Quality Control project, MBQC）的启动也就有着十分重要的意义了。
MBQC主要是探索人体菌群样本的扩增子测序的标准化和质量控制标准，包括标准化取样、样品处理（核酸提取、PCR扩增、HiSeq/MiSeq测序）、生物信息分析的基础流程。基线数据的评估由16个前处理实验室和9个生物信息研究室共同完成，涵盖16,500个22种不同类型的样本，数据已在NCBI SRA上开放下载（SRA BioProject SRP047083）。 MBQC官网： http://www./
NMI | 2016-至今 | 美国 | 进行中 除了上述HMP和MBQC计划以外，NIH最受关注的微生物组计划莫过于2016年5月在白宫宣布启动的美国国家微生物组计划（National MicrobiomeInitiative, NMI）了，NMI计划联合了政府部门、私营科研机构和社会力量，政府官方计划拨款1.2亿，民间投入资本在4亿以上，启动资金就已超过5亿之巨。NIM是一个有野心的计划，在这个计划里，不只是人体样本，包括动植物、地球生态系统和太空等多环境样本，都将被网罗以进行微生物组多组学研究、多生态微生物组比较研究、相关微生物组数据与样品库的建设等一系列微生物组深度科研与转化。 NMI最为核心的三个目标是：支持跨学科研究，解决不同生态系统微生物的基本问题；开发检测和分析微生物组的工具；通过公民科学、公众参与，扩大微生物组的社会认知，培训更多的微生物组相关研究人员。在官方公布的研究内容中，包括人类与农业相关微生物组研究与工具开发、地球及太空微生物描述和探索、1型糖尿病等疾病的微生物组特征研究、建设与启动微生物组数据和样品库、开放微生物组公共数据接口 、微生物组学分析知识普及和行业人员教育等。 与前面的几个微生物组计划不同，NMI是来自官方和政府的首度发声，也意味着微生物组的标准化、平台化、产业化的路线已经开始试水。
AGP | 2013-至今 | 美国 | 进行中 美国肠道计划（American Gut Project, AGP）是一项专门针对于人体肠道菌群的计划，发起人是资深微生物组专家、微生物生信分析神器QIIME作者也是HMP发起人之一Dr.Rob Knight。AGP的微生物分析流程和参考数据可以在bitbucket（https:///biobakery/american_gut）和github（https://github.com/biocore/American-Gut）开放获得。
在之前的微生物组研究和计划中，科学家们已经充分认识到肠道菌群的重要性。但是公众对之认识和还比较少，更没有参与度可言。也因此，与美国的其他微生物组计划不同，AGP的亮点主要在于，首先是只针对于肠道菌群多样性的研究，目标明确，更为重要的是，打包了检测试剂盒，通过“$99了解自己的肠道菌群状态”实现全民参与（MOBIO赞助部分免费名额），让每个人了解自己的肠道菌群状态，扩展公众对肠道菌群的认知。AGP的研究目标是获得健康、亚健康、不同疾病时期下肠道菌群的基本特征，找到疾病发生与肠道菌群之间的关联，了解如何相应的调控和改善肠道状态。 AGP官网： http:///
MMP | 2015-至今 | 美国 | 进行中 除了NMI，走在科研前沿的大学和研究机构也闻风而动。由密歇根大学医学院发起的密歇根微生物组计划（The Michigan Microbiome Project, MMP）就是一个很好的例子。继在HMP中承担部分菌群生信分析工作后，科研工作者们发现了肠道菌群与代谢类疾病，包括内分泌异常和肥胖等，有非常紧密的联系。 在MMP中，密歇根大学和Howard HughesMedical Institute以及宝洁公司一起投入350万美元，通过几个健康人群队列的肠道菌群测序和体脂率检测， 试图阐明肠道微生物组对人体健康尤其是体重健康管理中的作用。 MMP官网： http://microbe.med./about/research/michigan-microbiome-project
MIP | 2017-至今 | 美国 | 进行中 以人类微生物组为代表的一系列微生物组计划逐渐让人们意识到人体微生物群落在疾病研究中的重要性，但多是针对“有什么？有多少？”的基因水平的基础描述。如果想真的想搞清人类微生物群落中各种细菌所扮演的角色，就需要进一步研究这些细菌产生了哪些蛋白质，它们在基因组中又是怎么编码的。 蛋白质的物理结构决定了它的功能，所以首先要确定的是由每个细菌基因编码的蛋白质分子的物理结构。而一旦确定了蛋白质功能，进一步探索细菌蛋白如何相互反应、确定哪些微生物中的哪种蛋白质在什么疾病中起作用、调控相应蛋白作用的药物研发都将不再是天方夜谭。 这也就是MIP的研究目标。今年8月，MIT、哈佛大学和马萨诸塞州总医院的 Dr. Ramnik Xavier，前文提及的加州大学圣地亚哥分校的Dr. Rob Knight和Simons Foundation’s FlatironInstitute的Dr. Rich Bonneau宣布共同发起微生物组免疫计划（Microbiome Immunity Project, MIP）。 微生物组由大约300万个独特的细菌基因组成，这项研究的工作量之巨可想而知。传统实验法基本不可行，其他的微生物组学技术更无法起到参考作用，需要无比强大的计算能力以准确的预测如此之多未知的蛋白质结构。MIP计划利用世界社区网格World Community Grid，整合来自世界各地的志愿者捐赠的计算能力来构建一套完整的人体微生物组蛋白结构集，通过与世界各地的科学家共享计算能力和数据结果，进一步推动I型糖尿病、克罗恩病、溃疡性结肠炎乃至整个人体微生物组的研究。 MIP官网： https://www./research/mip1/overview.do
总结 可以看到，一直走在基因组测序技术前沿的美国的各微生物组计划们是领先而系统的，从第一个人类微生物组计划HMP的推出，到后续的iHMP、MBQC、NMI、AGP、MIP等等，可以看到美国在微生物组探索之路上脚步非常快。 单纯从研究角度看，HMP一期最初主要是用扩增子测序进行群落的基础描述，最近发表的第二波数据就以深入探测功能的宏基因组测序为主要研究手段了，二期计划iHMP则注重包括代谢组学等新兴的多组学技术的应用，同时看到了宿主与菌群密不可分的关系，提出建设宿主-微生物纵向数据集。在今年启动的MIP中，更跳出基因组研究的框框，提出人体微生物组全蛋白结构集的建设目标，整体的研究前瞻性很强。
同时，美国也很注重数据的整合，在基准数据评估、标准化流程建设、数据库和参考集构建上都颇见成效。比如说，在HMP以扩增子测序为主的群落描述研究逐渐成熟后，马上有了探索并发布标准化分析流程的MBQC，以及打包试剂盒推向大众的AGP。此外，还有上面提到的正在进行中的人体微生物组全蛋白结构计划MIP、人体口腔微生物数据库 (HOMD，http://www./) 等。
除此之外，也还有推动行业人才培养的NMI、MMP等计划，可谓是从基础研究、工具集成、标准化体系建设和产业转化环环相扣了。迄今涵盖面最广的微生物组计划--NMI体现了美国政府在微生物组研究和转化中的推动作用，同时民间资本、公众的参与力度都比较高，因此，美国的人体微生物组在无论研究还是产业转化上，都称得上是不折不扣的领航者了。
然而，随着测序的全球化发展和成本的不断降低，百花齐放的微生物组研究中，美国注定不能一家独大，下一期我们来聊聊欧洲的微生物组计划们。 ／End. |
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