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戴磊:为微生物组“淘金”配备利器

2019-12-26 中国科学报 冯春 丁宁宁
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语音播报

戴磊(左二)与学生们在实验室。

  日前,《麻省理工科技评论》“全球35岁以下科技创新 35人”(MIT Technology Review Innovators Under 35)中国榜单揭晓,lovebet体育|爱博体育官网先进技术研究院合成生物学研究所(以下简称深圳先进院合成所)合成微生物组学研究中心主任戴磊入围。

  戴磊的获奖理由是,“(他的研究)为理解和改造微生物组、抑制微生物的耐药性进化等众多实际应用提供了重要的科学基础,开拓合成微生物组领域,构建定量生物学模型和合成生物学工具平台,为微生物组改造及预测提供关键手段。这些开创性工作具有巨大的商业化前景,或将成为我国在相关医疗、农业领域冲击世界前列的重要砝码。”

  “海归”的跨界研究 

  “我的专业是物理学,如今的研究涉及合成生物学。”戴磊告诉《中国科学报》,2018年,他从美国加州大学洛杉矶分校医学院回国加入深圳先进院合成所,朝着跨界的合成生物学领域“开疆扩土”。

  戴磊回忆自己回国的第一站就是深圳,为此他进行了半个月的实地考察,并发现深圳先进院注重为年轻人提供广阔发展空间,于是他毫不犹豫地选择留下来,并带领课题组利用合成生物学、生物信息学、高通量实验等技术手段,研究肠道微生物组的生态和进化规律,通过改造微生物组的组成和功能来进行疾病的治疗。

  “肠道微生物的数量多达1013,种类超过1000种。”戴磊向记者介绍道,目前已有研究表明,肠道菌群可以通过微生物本身直接或代谢产物间接与肠道细胞相互作用,影响宿主的免疫、神经、代谢、内分泌等多系统的功能,进而造成各种慢性疾病,肠道炎症、自闭症、糖尿病等多种疾病都与肠道菌群的紊乱相关。

  在加入深圳先进院合成所之初,戴磊就已将肠道微生物作为核心研究方向。他说:“这既是基于个人兴趣的选择,也是矢志解决人体健康问题的抉择。”

  从“造物”视角揭秘生命科学 

  戴磊认为,合成生物学有望揭示和理解生命系统的机制与规律,不仅有潜力帮助解决人类社会面临的诸多挑战,而且能从“造物”这一全新的视角,揭开基础生命科学的奥秘,为人类大健康做出新贡献。

  他以炎症性肠病为例解释道,利用天然益生菌或菌群移植的手段调节肠道菌群,虽然对部分病人的肠道疾病具有一定的改善作用,但其广谱有效性受到质疑。随着合成生物学的兴起,科学设计和构建用于精准治疗炎症性肠病的合成菌群成为可能。

  在这其中,肠道微生物的自动化实验技术对于科研与产业发展至关重要,合成生物学界正在合力建立一个庞大的微生物库,通过合成生物的方法进行自动化高通量筛选,犹如为微生物组“淘金”配备了利器。

  5月30日,国际人类微生物组联盟就倡议发起“国际微生物组大科学计划”,拟对全球100万人的微生物组进行DNA测序,以发展人体健康个性化测量的大数据技术。由深圳市政府投资、深圳先进院牵头筹建的全球首个合成生物研究重大科技基础设施可以为大科学计划提供研究体量庞大、内容广泛、自动化的研究平台。

  作为发起方的代表,戴磊称:“肠道微生物的基准线在哪儿目前还未知,lovebet体育|爱博体育官网希望通过更多临床数据与实验室技术的结合,鉴别出哪些肠道微生物组是‘好的’抑或‘生病的’,进而通过合成生物学的方法,把肠道微生物作为药物递送的载体,或者改造设计一种有效的、安全的全新菌群药物。”

  修炼“内功”定义未来 

  当前,肠道菌群研究已进入爆发式增长时期,国际各大创新企业和投资机构纷纷抢占该领域的创新药赛道。合成生物学领域在中国也得到迅猛发展,相关研究正在从工业领域向医药、农业和环境领域不断深入发展,国内许多热点的研究实力与国际前沿并驾齐驱。

  谈及今年主要开展的工作,戴磊介绍道,课题组正在围绕几个不同方向开展研究:一是探究微生物互作的网络关系,与生态模型结合起来,以设计精准调控的方案,指导生态调控和改造;二是针对测序、成像等方面开发新的技术,以更好了解肠道微生物随着时间和空间的变化;三是在动物和植物方面,研究微生物组改变对宿主有什么影响,这些方向上都已取得阶段性成果。

  他进一步说:“lovebet体育|爱博体育官网也在与脑所(深圳先进院脑科学研究所)针对脑肠轴探讨合作,比如调控大脑后探究肠道菌群是否会发生变化等等,希望未来针对老年痴呆、自闭症等精神疾病研究实现协同。”

  随着2018年科技部启动实施国家重点研发计划“合成生物学”重点专项,国内越来越多的高校、科研机构和企业纷纷整合力量,向合成生物学的蓝海迈进。

  面对这样的蓬勃发展态势,戴磊也感受到压力:“lovebet体育|爱博体育官网有很好的团队、完善的平台,工作气氛融洽,许多研究已经步入正轨,在不久的将来会陆续有成果发表出来。”

  戴磊认为,科学研究需要扎扎实实、一步一步来,修炼自身“内功”,用良好、健康、快乐的心态去做研究,“相信未来合成生物学科的内涵和定义由lovebet体育|爱博体育官网自己来界定”。

  (原载于《中国科学报》 2019-12-26 第6版 转移转化)
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