12月14日,一则“重量级”消息在中科院深圳先进院的微信群组里引发广泛关注:深圳先进院合成生物学研究所(以下简称“合成所”)合成微生物组学研究中心主任戴磊研究员作为“先锋者”代表跻身《澳门皇冠体育》“全球35岁以下科技创新 35人”(MIT Technology Review Innovators Under 35)中国榜单。这也是该年度榜单中来自中科院研究院所的唯一入选者。
戴磊
戴磊的获奖理由这样写道:“(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。”
面对外界热切的评价和祝贺,戴磊谦虚地说此次入选是自己的“幸运”,借此机会能够让更多人关注和了解合成所和合成生物学领域的发展,是一件属于大家的好事。但深入了解就会发现,在谦虚背后,他的研究成果用“国际领先”来评价也不为过:围绕种群生态学、微生物进化、生物物理等学科,他以第一作者或通讯作者在Science、Nature、PNAS、eLife等国际顶尖的学术期刊发表多篇论文;戴磊博士阶段所做的工作发现了可以预测微生物群落在不同稳态之间转换的新方法,这对于理解生态系统的稳定性具有重要意义,也正是由于在生物与物理的交叉领域的开创性研究,这项工作曾被“美国物理学会”评为全美最佳博士论文;在博士后阶段,戴磊运用基于测序的高通量筛选技术,在微生物定向进化领域取得了突破性的成果。
“全球35岁以下科技创新 35人”中国榜单颁奖典礼(右一为戴磊)
跨界海归“相中”肠道微生物
在国外学习和工作了10年的戴磊并非生物学出身,而是以物理背景,朝着跨界的合成生物学领域“开疆扩土”。2018年,他从美国加州大学洛杉矶分校医学院回国,加入合成所。
戴磊回忆自己回国前的第一站就是来到深圳,为此他进行了半个月的实地考察。“一是看深圳先进院的研究方向,二是看自己能否胜任这一工作岗位。”他说,深圳年轻人很多,具有朝气蓬勃的创新活力,而且生活环境也很好,加上合成所前沿交叉的开放平台为年轻人提供了广阔的发展空间,所以他毫不犹豫地留了下来,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。
戴磊向小编科普称,健康人的肠道内寄居着种类众多的微生物群落,统称为肠道菌群。肠道微生物的数量多达10的13次方,种类超过1000种。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,比如肠道炎症、自闭症、糖尿病等多种疾病都与肠道菌群的紊乱相关。在加入合成所之初,戴磊就已将肠道微生物作为核心研究方向,既是基于个人兴趣的选择,也是矢志解决重要的人体健康问题。
在肠道微生物组世界中“淘金”
合成生物学旨在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的贡献。
以炎症性肠病为例,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。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。
今年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大设施可以为大科学计划提供研究体量庞大、内容广泛,机械自动化的研究平台。“肠道微生物的基准线在哪目前还是未知,我们希望通过更多临床数据与实验室技术的结合,能够鉴别出哪些肠道微生物组是‘好的’抑或‘生病的’,进而才能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,或者改造设计一个有效的、安全的全新菌群药物”,戴磊作为发起方代表之一解释道。
谈及今年主要开展的工作,戴磊介绍,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。“我们也在与脑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。”
修炼“内功”做好合成生物学“大文章”
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。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、科研机构和企业也纷纷整合力量,向合成生物学的蓝海迈进。
面对这样的蓬勃发展态势,是否会感到压力倍增呢?面对这样的问题戴磊笑称:“压力倒是还好,我们有很好的团队,很完善的平台,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。主要是能做的事情实在太多了,真的会感觉时间不够用,回国后锻炼身体的频率也下降了,不过我也在积极调整中,尽量保持每周一次健身房,闲暇时间读一些人文社科类的书籍,比如我最近就在读傅高义的《澳门皇冠体育》。”
对于未来,戴磊信心满满:“近十年来,中国合成生物学发展迅速、随着科技投入越来越多,科研条件和产业环境也越来越好,为科研人员创造了良好条件。我们将整合合成生物学、肠道微生物组、自动化实验、动物疾病模型等技术手段,攻关重要肠道微生物的功能强化和肠道菌群的人工构建,利用人工合成菌群对消化系统疾病等重大慢性疾病进行干预和治疗。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将由我们自己来界定。”
了解更多:
从 1999 年开始,每一年《澳门皇冠体育》都会选出一批 35 岁以下最具有创新性与影响力的科学家、科研工作者、科技创业者,其中就包括马克·扎克伯格、拉里·佩奇、谢尔盖·布林等响当当的人物。可以说,在每个人物身后,都蕴涵着开启一个全新时代的可能。2017 年推出的《澳门皇冠体育》中国区“35 岁以下科技创新 35 人”,则得以让更多中国科学家、科研工作者、科技创业家被认识、理解、支持,进而得以聚集更多的能量,改变世界的未来。