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编者按：
微生物组是一个复杂的微生物群落，其中的微生物成员之间存在复杂的相互作用。为了解析微生物组的复杂性，当前涌现出了越来越多的新技术和新手段。
今天，我们特别编译发表在 Nature Method 杂志上题为“Engineers embrace microbiome messiness”的文章。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
【sculpt怎么读 sculpt】① 复杂的微生物组
微生物组是活跃的、不断进化的、复杂的微生物群落，它们在空间上和时间上都是动态变化的<1> 。哥伦比亚大学欧文医学中心的研究员 Harris Wang 说，为了应对这种复杂性，他的实验室的理念是“坦然接纳自然环境中的混乱”，因为这有助于研发出能够适应这种复杂变化的工程技术。
哈佛大学 Wyss 生物启发工程研究所所长 Don Ingber 说：“微生物组在健康和疾病中的重要作用已经使医学发生了改变，但是，目前我们对微生物组功能的所有认知都是基于基因组。”
劳伦斯伯克利国家实验室的研究员 Trent Northen，目前负责主持美国能源部联合基因组研究所的几个研究项目。Northen 说：“大多数对于微生物基因功能的认知来自于对微生物单独分离研究，但是，众所周知，微生物在自然界很少单独存在。也许正是因为研究人员对单一菌株的关注导致了对很多微生物基因功能缺乏理解，因此，我们迫切地需要用更生态学的方式来理解群落中工程菌的基因、代谢产物和代谢通路。
微生物组工程可以帮助实验室验证和改进他们对微生物组的理解，它可以帮助我们应对诸如肠易激综合征（IBS）等情况，提供环境微生物修复方案或更好地探寻微生物在生态系统中的角色。实验室虽然不是专业的微生物组设计工作室，但通过优化推进建模和探索微生物群落可以使我们朝着这个目标迈进。”

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⑨ 共同啃下硬骨头
这是一个令人感到头痛的问题：对复杂的微生物系统进行建模是十分困难的，但是如果没有模型，研究就变得很困难。
Northen 认为对“微生物群落的最佳猜测”涉及到循环往复验证整个模型的建立过程（构建-测试-发现漏洞-思考改进-建立新群落）。
他说：“研究同一系统的越多，专业研究的多样性越多，我们对其认知就会越快。模型构建者需要明确他们的目标以及他们系统的适用范围。我们正在建立‘模式’生态系统，而不是‘自然’生态系统。这些模型必须具有可控制性和可重复性，这样科学家们才能够有效地确定因果机制，从而得出观点和适用模型。另外，模型的有效性和普遍性必须在自然生态系统中建立。”
在比较实验室之间的工程微生物组时，‘天然’系统可以作为基准。那么，具体应该如何选择最靠谱的模型呢？Ingber 说：“这很简单，谁能更好地模仿人体生理学和临床结果，谁就可以取胜。”
O’Malley 说：“有很多可以向大自然学习的东西。工程师倾向于过度简化模型系统，这可能不利于我们进行微生物组工程设计。我们需要思考的远比我们现在做的复杂得多。”
为了应对微生物组的复杂性，微生物组研究人员需要开放合作。
Ronda 说：“研究不同微生物组的实验室使用的研究方法不同，但都存在共同之处。微生物组学工程方法需要被推广，进而可以应用于土壤、植物根际、肠道等微生物组中。不同领域之间其实存在着很多共通之处。”
在 Wrighton 的合作项目中， Wrighton 发现了共通的模式、共同的问题以及共享的资源。她说：“现在，这个领域是开放的。”
参考文献：
1. Baym, M. et al. Science 353, 1147–1151 (2016).
2. Borton, M. A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115, E6585–E6594 (2018).
3. Zengler, K. et al. Nat. Methods https://doi.org/10.1038/s41592-019-0465-0 (2019).
4. Solomon, K. V. et al. Science 351, 1192–1195 (2016).
5. Jalili-Firoozinezhad, S. et al. Nat. Biomed. Eng. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0397-0 (2019).
6. Fredens, J. et al. Nature 569, 514–518 (2019).
7. Ronda, C. et al. Nat. Methods 2, 167–170 (2019).
8. Munck, C. et al. Preprint at https://www.biorxiv.org/ content/10.1101/492751v1 (2019).
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-019-0460-5
作者｜Vivien Marx
编译｜张砚宁

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