12月24日，由中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會(huì)和《中國醫(yī)藥生物技術(shù)》雜志共同主辦的“2016年中國醫(yī)藥生物技術(shù)十大進(jìn)展評(píng)選”揭曉。青島能源所單細(xì)胞研究中心研發(fā)的“微生物組大數(shù)據(jù)搜索引擎”（Microbiome Search Engine; MSE）入選。
該評(píng)選分為推薦申報(bào)、公眾評(píng)選、專家審評(píng)和新聞發(fā)布4個(gè)環(huán)節(jié)。為了體現(xiàn)評(píng)選的專業(yè)性和權(quán)威性，21個(gè)候選項(xiàng)目被提交至相關(guān)領(lǐng)域的10名院士進(jìn)行專家函審，根據(jù)項(xiàng)目是否具有技術(shù)創(chuàng)新性突出、經(jīng)濟(jì)效益或社會(huì)效益顯著、推動(dòng)行業(yè)科技進(jìn)步作用明顯等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不記名投票，最終確定本年度的中國醫(yī)藥生物技術(shù)十大進(jìn)展。
在自然界中，微生物組（又稱“菌群”）無所不在，塑造著我們這一星球的過去、現(xiàn)在和未來。在人體中，菌群與生俱來、又與我們相伴終身，和人體健康息息相關(guān)。因此，對(duì)海量微生物組“大數(shù)據(jù)”的搜索、挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)，有助于認(rèn)識(shí)微生物組與疾病或生態(tài)災(zāi)害的關(guān)系，從而服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)的精準(zhǔn)健康、精準(zhǔn)護(hù)理與精準(zhǔn)營養(yǎng)。
然而，根據(jù)人類已經(jīng)積累的海量微生物組數(shù)據(jù)，尋找“結(jié)構(gòu)”或“功能”類似的菌群樣本，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知功能菌群的解讀和挖掘，以及對(duì)整個(gè)已知微生物組數(shù)據(jù)空間的全局性思考，一直是微生物組業(yè)界的關(guān)鍵瓶頸之一。由于微生物組數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和異質(zhì)性，如此“溫故而知新”卻長期以來卻如同“大海撈針”般艱難。
為了實(shí)現(xiàn)以菌群為單位的“溫故而知新”，MSE首先建立了針對(duì)元基因組數(shù)據(jù)的超高速比對(duì)算法和數(shù)字索引機(jī)制，為海量的樣本列出基于菌群結(jié)構(gòu)或功能相似性的“目錄”，并根據(jù)這一“目錄”從浩瀚的微生物組大數(shù)據(jù)海洋中迅速自動(dòng)選取與未知樣本最為相似的匹配,從而推斷菌群的功能。同時(shí)，MSE還通過機(jī)器學(xué)習(xí)等手段,自動(dòng)建立基于菌群的疾病與生態(tài)災(zāi)害的診斷與預(yù)測模型,從而計(jì)算一系列“微生物組診斷與預(yù)警指數(shù)”，以判別菌群針對(duì)特定疾病的狀態(tài)和風(fēng)險(xiǎn)。
例如，基于和中山大學(xué)附屬口腔醫(yī)院、寶潔公司、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院的合作，單細(xì)胞中心發(fā)明與驗(yàn)證了MIC（兒童齲病預(yù)警指數(shù)）、MIG（牙齦炎診斷指數(shù)）等一系列微生物組診斷和預(yù)警方法，提出“口腔菌群年齡”可用于監(jiān)測和預(yù)警兒童齲齒風(fēng)險(xiǎn)。這一系列工作發(fā)表于Cell Host & Microbe、ISME J等期刊，從而在國內(nèi)外率先建立了基于人體共生菌群的口腔健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。目前正通過全國和國際范圍內(nèi)的口腔菌群大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)地考察人種、年齡、地域、生活習(xí)慣等因素對(duì)于這一健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的影響，推動(dòng)基于口腔菌群的精準(zhǔn)預(yù)防和精準(zhǔn)護(hù)理。
作為一種共性的微生物組大數(shù)據(jù)挖掘工具，MSE正通過中科院科技促進(jìn)發(fā)展局資助的中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS）“生物高通量檢測分析”項(xiàng)目，支撐著寶潔公司、中糧集團(tuán)等近十個(gè)世界五百強(qiáng)企業(yè)和國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)腸道、口腔、皮膚、海洋、土壤、工業(yè)生物反應(yīng)器等生態(tài)系統(tǒng)的精準(zhǔn)診斷、個(gè)體化護(hù)理與生態(tài)修復(fù)。同時(shí)，MSE正成為“微生物組數(shù)據(jù)科學(xué)”的一個(gè)使能工具，服務(wù)于國內(nèi)外同行針對(duì)已知微生物組數(shù)據(jù)空間的全局性思考與系統(tǒng)性挖掘。
MSE是單細(xì)胞中心生物信息團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人蘇曉泉與中心主任徐健等主持研發(fā)的，獲得了科技部863、國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金領(lǐng)軍人才前瞻性研究專題等的前期支持。
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