每一次呼吸、每一顿饭、每一次环境接触都在我们的身体里留下了分子指纹——一个隐藏的记录，记录了我们一生中的各种暴露。在本周的《科学》杂志上，暴露组学领域的领先研究人员解释了如何利用尖端技术解锁这一生物档案，开启疾病预防和个性化医疗的新时代。科学家们制定了一个路线图，以克服技术和后勤挑战，充分发挥该领域的潜力。
暴露组学探讨了环境因素的复杂相互作用——从水和食物中的污染物到社会和心理压力源——如何塑造我们的生物学特征。通过研究这些综合暴露，研究人员可以揭示它们如何共同影响健康，从新陈代谢和心脏功能到脑健康和疾病风险。
这篇观点文章由班伯里暴露组学联盟领导——这是一个跨学科的科学家小组，他们在2023年聚集在冷泉港的班伯里中心，定义了这一快速发展的领域的核心原则。哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院的Gary Miller博士是该联盟的主要组织者。
Miller是哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院的研究和创新副院长以及环境卫生科学教授，他共同领导了NIH资助的全国暴露组学协调中心NEXUS。他还领导了ARPA-H资助的IndiPHARM项目，该项目利用暴露组学预测药物相互作用并提高药物效果。
暴露组学的实际应用
这个新兴领域已经证明了其变革潜力。研究人员通过分析分子证据，确定了一种特定的工业溶剂是工厂工人中肾脏疾病集群的罪魁祸首。在另一项研究中，科学家将卫星污染地图与居民位置信息结合起来，揭示了空气中的颗粒物如何使大脑提前老化。通过对数千种循环分子的分析，科学家们发现TMAO（一种肠道微生物代谢物，在食用红肉和乳制品时产生）是之前被忽视的心脏病发作风险的重要因素。
这些发现得益于尖端技术和工具，如实时跟踪化学暴露的可穿戴传感器、精确到街区的卫星污染图像，以及能够检测到万亿分之一浓度化合物的超灵敏质谱仪。
更广泛的健康视角
虽然基因提供了我们的生物学蓝图，但它只解释了一小部分慢性疾病的风险。暴露组则捕捉到了所有发生在我们身上的事情，从工业化学品到社会压力源。与传统研究单独检查单一暴露不同，暴露组学整合了先进工具，以理解环境、社会和心理因素如何共同与我们的生物学相互作用。
这种方法与其它“组学”科学协同工作。当与基因组学、蛋白质组学和代谢组学结合时，暴露组学首次创建了健康决定因素的完整图景。作者设想未来所有主要疾病研究都将常规纳入暴露组分析。
系统地分析这些复杂的相互作用可以改进药物开发，揭示隐藏的疾病驱动因素，并解决健康差异问题。这种方法架起了精准医学和公共卫生之间的桥梁。
未来发展之路
Miller及其同事概述了推进暴露组学的关键优先事项。这些包括开发更敏感的技术，如可穿戴或微创工具来测量个体的暴露组；创建一个人类暴露组参考，以便在人口规模上进行分析和背景化；以及实施标准化协议，以实现对复杂数据集的人工智能驱动分析。该领域还必须解决数据隐私等伦理考虑，并更加关注社会健康决定因素，作者写道。
新成立的美国和欧洲暴露组学中心现在为全球合作提供了基础设施，标准化方法、协调数据，并培训研究人员所需的跨学科技能，以推进这一领域。这些中心构成了暴露组学未来进展的关键支柱。
“我们现在正在建立第一个系统框架，以测量所有暴露——从化学到社会——在整个生命周期中如何与生物学相互作用。我们的目标是创造有助于更健康生活的可行策略。”Miller说。
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