读2025世界前沿技术发展报告52微生物组学(上)

1. 微生物组学

1.1. 微生物组学是研究生物体内外微生物群落结构、功能和动态的科学领域，包括人体微生物组和环境微生物组，是继基因组学之后兴起的生命科学与生物技术领域的重要科学组分

1.2. 分子生物学技术、宏基因组、宏转录组等组学技术的日益进步，以及人工智能等数字技术的深度融合，加速了微生物多样性研究，为全面解析微生物组的结构和功能提供了极大便利，将为人类面临的健康、能源、粮食、环境等重大问题带来革命性的解决办法

2. 开启微生物组学项目

2.1. 世界主要发达国家开启微生物组学项目，关注微生物在环境监测方面的应用和样本保藏

2.2. 微生物具有探测和转换信号的能力及自我供电、环境适应性强等特点，可作为新型互补性传感器

2.3. 依靠在地面或水中的分布式传感器网络和遥感平台收集信息，而越来越多的研究表明，微生物（如细菌、真菌或微藻）​，为探测不同类型的输入信号提供了新的希望，包括化学物质（如有毒或放射性材料、重金属污染物）和物理现象（如光、电流、磁场）​

2.4. 微生物可以产生化学和物理输出信号，以回应对这些输入信号的感应，可用作其他传感方法的补充，进一步提高监测能力，同时减少能量消耗和负担

• 2.4.1. 瑞典开发出类似卫星导航系统的新工具“微生物组地理种群结构”​（Microbiome Geographic Population Structure，mGPS）​，可以通过人工智能技术定位微生物样本的地理来源，从而追溯到确切的水体、国家和城市，为医学、流行病学和法医学开辟了新的可能性

• 2.4.2. 美国开发按需水质检测系统，提供微生物和金属检测能力，以减少短期和长期健康风险

• 2.4.3. 美国开发高通量、自动化实验试验台和先进的计算技术，用于准确预测大肠杆菌等微生物系统在不同情况下的行为

2.5. 微生物取证和归因可用于鉴定生物犯罪、生物恐怖主义或生物战。在国际恐怖主义扩散加剧、传染性疾病肆虐、生物技术滥用误用等现实背景下，国家微生物取证能力将加强国家应对潜在生物危害释放的准备工作，并对其使用起到威慑作用

• 2.5.1. 中国军事医学科学院从中国一座二战时期实验室遗址的土壤中分离出了炭疽分枝杆菌。表型和基因组分析证实了这一发现，凸显了微生物法医在生物威胁调查中的重要价值

• 2.5.2. 美英合作开发微生物取证和归因的新工具和方法，以增强未来健康和经济抵御能力，共同应对日益增长的多样化生物威胁

• 2.5.3. 美国兰德公司发布《生物武器使用的归因》​（Attributing Biological Weapons Use）报告，强调通过投资微生物取证、微生物法医等技术手段，加强国防部调查蓄意生物事件的能力

• 2.5.4. 英国促成了在人体、动物和植物病原体基因组学方面新的跨政府合作

• 2.5.5. 英国旨在为UKMFC提供新技术或方法，包括提高检测基因测序数据异常或发现生物工程证据的计算工具、允许识别和/或计算分析其他组学特征以实现新型微生物法医能力的技术

2.6. 微生物组是连接人类、动物和环境的重要机制，与疾病风险之间有着紧密关联

• 2.6.1. 在城市化背景下，自然环境衰退，城市居民逐渐失去与自然和生物多样性的联系，人类肠道微生物种类的多样性下降，继而引发过敏、自身免疫系统性疾病和慢性炎症等与免疫相关的疾病

2.7. 微生物资源既是生物资源的重要组成部分，也是国家重要的战略性资源

• 2.7.1. 俄罗斯设立在库尔恰托夫研究所（Kurchatov Institute）​，负责微生物遗传资源收藏的形成、保存和使用，制定有价值的微生物遗传资源样本的国家目录并开展相关的科学研究

3. 抗微生物药物耐药性

3.1. 抗微生物药物耐药性是当下最紧迫的微生物安全威胁，或将引发全球性危机

3.2. 抗微生物药物耐药性（Antimicrobial Resistance，AMR）是指微生物对抗生素、抗病毒药物、抗真菌药物和抗寄生虫药物等抗微生物药物产生抗体，导致药物不能实现对疾病的有效控制，这增加了疾病传播、重症甚至致死风险，被世界卫生组织列为严重威胁人类安全的公共卫生问题之一

3.3. 耐药性病原微生物是威胁人类生命健康的最主要威胁之一，给人类的生命财产造成了重大损失

3.4. 抗微生物药物耐药性还对经济、食品安全和社会发展造成了严重影响

• 3.4.1. 宣言呼吁筹集1亿美元的催化资金，实现到2030年至少60%的国家能够投资抗微生物药物耐药性国家行动计划的目标

• 3.4.2. 欧盟和加拿大启动了《欧盟-加拿大战略伙伴关系协定》​（EU-Canada Strategic Partnership Agreement）下的双边卫生政策对话，重点关注抗微生物药物耐药性等三个优先领域的合作

3.5. 抗微生物药物耐药性由多种因素造成，如抗微生物药物的过度使用和滥用、农业微生物药物的使用、医疗和社区中感染控制不力、气候危机及全球贸易和旅行的增加等

• 3.5.1. 多重耐药菌的不断增加和扩散使标准化治疗收效甚微，致使普通感染也可能成为致命威胁

• 3.5.2. 启动抗微生物药物耐药性诊断倡议，旨在将诊断工作推向全球抗微生物药物耐药性应对措施的前沿，帮助各国加强实验室能力，加强常规监测，支持抗微生物药物管理和感染预防与控制，实现公平获取常见细菌和真菌病原体等的高质量检测

• 3.5.3. 上海交通大学微生物代谢国家重点实验室开发出低成本、易操作、高灵敏度和强特异性的细菌全细胞生物传感器，可用于细菌耐药性药物的高通量筛选，动态响应范围最高可达887倍、检测时间仅需2小时，为检测体液或高度污染等环境样本的抗生素残留提供了工具

• 3.5.4. 英国可同时识别、跟踪和限制医院中常见的多种超级细菌的传播，能够比以前更快、更有效地预防和管理医院耐药细菌感染

3.6. 部分嗜极微生物，即生活在各种极端恶劣环境下的微生物，已经显示出良好的抗病原和抗炎活性

• 3.6.1. 西班牙筛选出了具有高抗性的微生物，不仅对公共卫生至关重要，还将推进相关生物技术的应用，如筛选工业生产中需要的耐极端环境的细菌