将有关我们体内各种微生物的新发现转化为多种疾病的治疗方法

麻省理工学院的一个研究人员小组正致力于将有关人体中数万亿种微生物的新发现转化为多种疾病的治疗方法。

一群研究人员正努力将有关体内数万亿种微生物的新发现转化为多种疾病的治疗方法。

微生物组包含生活在我们每个人内外的数万亿个微生物。从历史上看，一些研究人员一直猜测它在人类健康中的作用，但是在最近十年左右，基因测序技术已经阐明了这种微生物星系，足以进行详细研究。

随着研究人员揭示我们的身体与微生物群之间复杂的相互作用，他们开始意识到该领域在治疗疾病和促进健康方面的潜力。

例如，与肠道微生物变化相对应的疾病越来越多，其中包括2型糖尿病，炎症性肠病，阿尔茨海默氏病和各种癌症。

生物工程学教授埃里克·阿尔姆（Eric Alm）表示：“在几乎所有被调查的疾病背景下，我们都发现了不同类型的微生物群落，在健康和患病患者之间都存在着差异。”“（这些发现的）希望是其中一些差异是因果关系的，干预改变微生物组将有助于治疗其中一些疾病。”

Alm的实验室与麻省理工学院和哈佛大学广泛研究人员的合作者一起，进行了一些早期研究，以表征肠道微生物组并显示其与人类健康的关系。从那时起，微生物组研究迅猛发展，吸引了来自遥远领域的研究人员，并推动了新的发现。新兴企业现在正在努力开发基于微生物组的疗法，非营利组织也应运而生，以确保将这些基础科学进展转化为有益于最大数量人群的疗法。

OpenBiome的共同创始人马克·史密斯（Mark Smith）博士14说：“该领域的第一章，以及我们的历史，一直在验证这种方式。”该公司负责为医院处理粪便捐赠，为与肠道感染作斗争的患者进行粪便移植。史密斯目前还是创业公司Finch Therapeutics的首席执行官，该公司正在开发基于微生物组的治疗方法。“直到现在，这都与微生物组的前景有关。现在，我觉得我们已经兑现了第一个诺言。下一步是弄清楚这有多大。”

跨学科的基础

麻省理工学院在微生物组研究中的突出作用部分是由于它在最初似乎无关的领域中的领导地位。数十年来，麻省理工学院在土木与环境工程系的帕森斯实验室的工作以及包括研究所教授彭尼·奇斯霍尔姆在内的科学家的带领下，为微生物生态学做出了重要贡献。

使用复杂的统计技术研究不同生态系统中生物之间关系的生态学家设备齐全，可以研究微生物组中不同细菌菌株的行为。

并不是说生态学家（或其他任何人）起初要对涉及人类微生物组的研究很多，这实际上是进入2000年代的研究人员的黑匣子。但是人类基因组计划导致了更快，更便宜的大规模基因测序方法，包括Alm和客座教授Martin Polz在内的一组研究人员在2008年左右开始使用这些技术来解码环境细菌的基因组。

作为人类微生物组计划的一部分，这些技术首先针对肠道微生物组中的细菌，该计划始于2007年，涉及MIT和Broad Institute的研究小组。

Alm首先由已故的生物工程教授David Schauer从事微生物组研究，这是波士顿儿童医院一项研究项目的一部分。加快速度并不需要太多时间：Alm说，可以在一个下午阅读当时明确引用微生物组的论文数量。

这项合作包括Broad研究所的核心研究所成员Ramnik Xavier，导致了肠道微生物组的首次大规模基因组测序，以诊断炎症性肠病。该研究部分由尼尔和安娜·拉斯穆森家庭基金会资助。

该研究提供了微生物组的诊断潜力的一瞥。它还强调了将来自各个领域的研究人员召集在一起进行更深入研究的必要性。

采用跨学科的方法很重要，因为在将下一代测序技术应用于微生物组之后，仍然需要大量的计算生物学和统计方法来解释所得的数据，毕竟微生物组包含的基因比人类多基因组。微生物学研究生博士学位计划是早期微生物学合作的催化剂，该计划招募了微生物学学生进入麻省理工学院，并将其介绍给整个研究所的研究小组。

随着来自不同部门和实验室的研究人员之间微生物学合作的增加，麻省理工学院的长期成员，多个部门的访问委员会成员尼尔·拉斯穆森意识到，仍然需要将微生物学研究转化为力量的另一个组成部分。对人类健康。

“尼尔想在[波士顿]地区找到所有与微生物组有关的疾病的临床研究人员，并将他们与MIT的[生物工程师，数学家和生态学家]之类的人配对，他们可能对炎症性肠病一无所知或微生物群系，但具有解决该领域重大问题所需的专业知识。” Alm说。

2014年，这种见识促使拉斯穆森基金会（Rasmussen Foundation）支持建立了微生物学信息学和治疗学中心（CMIT），该中心是该国最早的大学微生物学研究中心之一。CMIT设在麻省理工学院的医学工程与科学研究所（IMES）。

麻省理工学院的Hermann L. F. von Helmholtz职业发展教授塔米·利伯曼（Tami Lieberman）拥有生态学背景，他说CMIT是她于2018年加入麻省理工学院的重要原因。利伯曼（Lieberman）已经开发出新的基因组方法来研究细菌如何在健康和患病的个体中发生突变，并特别关注皮肤微生物组。

化学家劳拉·基斯林（Laura Kiessling）因对我们对细胞表面相互作用的理解做出的贡献而受到认可，他也很快加入了CMIT。诺华化学教授基斯林（Kiessling）已发现与影响免疫功能的微生物机制有关的发现。利伯曼（Lieberman）和基斯林（Kiessling）都是布罗德研究所（Broad Institute）的成员。

今天，由Alm和Xavier共同领导的CMIT，除了支持该地区的研究小组外，还促进了来自全国各地医院的研究人员和临床医生之间的合作。这项工作已导致数百项正在进行的临床试验，有望进一步阐明微生物组与多种疾病的联系。

履行微生物组的承诺

研究人员还不知道什么特定的细菌菌株可以改善患有微生物组相关疾病的人的健康。但是他们确实知道，粪便移植物可以携带来自健康供体的全部肠道细菌，可以帮助患有某些疾病的患者。

非营利组织OpenBiome由麻省理工学院（MIT）的一个小组（包括Smith和Alm）创立，于2012年成立，旨在通过筛查捐赠者的粪便收集，然后将样品加工，存储和运送到医院，来帮助扩大粪便移植的获取范围。如今，OpenBiome已与1,000多家医院合作，并且在该领域的早期成功表明，基本的微生物组研究与临床试验（如CMIT的临床试验）相结合，可以迅速导致新的治疗方法。

Alm解释说：“您从疾病开始，并且如果存在微生物组，则可以开始一项小型试验，以了解粪便移植是否可以立即帮助患者。”“如果这成为一种有效的治疗方法，那么在您推广该方法时，您可以进行基因组研究，以找出如何使其变得更好的方法。因此，与开发小分子药物相比，您可以更快地将治疗剂转化为患者。”

麻省理工学院发起的另一个非营利项目是全球微生物组保护，它正在从世界上非工业化生活方式的人们那里收集粪便样本，这些人的胆汁具有不同的细菌组成，因此具有增进我们对宿主-微生物组相互作用的理解的潜力。

麻省理工学院校友创立的许多私人公司也试图利用非微生物来创造新的疗法，其中包括马克·史密斯（Mark Smith）建立的芬奇疗法（Finch Therapeutics）。协奏曲生物科学，由Jared Kehe博士’20和Bernardo Cervantes博士’20共同创立； BiomX，由副教授Tim Lu创立；以及Synlogic，由MIT的泰米尔医学工程和科学教授Lu和Jim Collins创立。

CMIT的Lieberman解释说：“有机会更精确地改变微生物组。”“但是，有很多基础科学工作要做，以便有针对性地调整微生物组。一旦我们知道如何做到这一点，微生物组的治疗潜力就将是无限的。”