摘要
微生物组科学彻底改变了现代生物学，将研究焦点从病原体转向有益微生物在健康、代谢和生态系统中的核心作用。宏基因组学等基因组技术的进步迅速扩展了我们对微生物多样性和功能的认知。尽管取得这些进展，全球微生物组研究仍集中在高资源地区，限制了加勒比等地区的多元化视角。本文讨论波多黎各首个微生物组科学中心的建立，该中心通过加强合作为本地研究人员提供先进工具、培训和基础设施，弥补这一差距。该中心提出了本地活动整合的新颖性、服务和理念，旨在提升区域科学水平，并重点阐述其如何为改善公共卫生和环境健康作出贡献。
1. 引言
微生物组研究的快速发展从根本上重塑了现代生物学，深刻影响着健康与疾病的研究范式。微生物学家已从研究孤立的致病菌转向探索整个微生物组，尤其关注有益微生物及其宿主内的相互作用。测序技术的普及性和经济性显著加速了这些进展。
越来越多的研究表明，包括人类在内的动物宿主共同进化着微生物群落，统称为微生物组。这些微生物组包含细菌、古菌、真菌和病毒，定植于上皮表面和体内腔隙。尽管细菌是地球上最早的生命形式且研究广泛，其具体功能和对健康与疾病的影响仍不明确。
大量研究表明，有益微生物在维持几乎所有生物体健康中发挥关键作用。微生物细胞的数量至少与人体细胞相当，而微生物基因数量远超人体基因，构成了"全息生物体"。这些微生物组调控着能量调节、健康维持和养分循环等关键过程。宏基因组学的进步极大地深化了对微生物多样性的理解，远远超越了传统的基因中心方法。然而，微生物组研究和培训主要在北美和欧洲等经济发达地区开展，其他地区的微生物组研究不足限制了全球科学视角的多样性。
2. 微生物组：人类健康与环境健康的交汇点
微生物与宿主的局部和系统性相互作用塑造了免疫调节、发育信号传导、能量代谢和上皮完整性维持等关键生物学过程。维持健康取决于微生物组在特定生态位中的区隔化。大规模研究已揭示了人体各部位的细菌群落特征，其中肠道微生物组研究最为深入。人类微生物组计划（HMP）和MetaHIT项目开创了首个全面的人体微生物基因目录。数据显示，每个身体部位都存在高度特化的微生物群落，尽管存在特定功能差异，许多核心生物学功能（如营养合成和免疫调节）在各部位保持保守。
地理位置在塑造人类微生物组中起关键作用，因为微生物群落适应当地人群的环境、饮食、文化和遗传背景。例如，研究发现微生物组的功能和健康影响随地理起源而异。孟加拉国婴儿的本地菌株在模拟饮食条件下表现出比美国菌株更强的适应性。这表明特定区域的微生物干预措施在其他地区可能效果有限，突显了区域研究领导的重要性。值得注意的是，来自非洲的1800个新宏基因组数据显著丰富了全球微生物多样性。
3. 微生物组中心在促进区域科学发展中的作用
尽管加勒比地区具有丰富的生物多样性和独特的公共卫生挑战，但该地区的微生物组研究在全球科学文献中严重不足。仅少量研究来自加勒比机构，主要集中在波多黎各大学。测序技术获取困难、生物信息学培训短缺和数据分析资金不足严重制约了本地研究能力。波多黎各作为区域领先者，但资源依然有限。这种差距凸显了在加勒比地区建立专门微生物组研究中心的紧迫性，该中心将构建基础设施、培养区域专业知识，确保本地科学家不仅是参与者，更是微生物组发现的领导者。
4. 微生物组研究基础设施的强化
该中心将提供集中支持，包括扩增子测序（如16S rRNA）和宏基因组构建服务。配备自动化核酸提取和文库制备系统，支持土壤、水体、植物、动物和人体样本的高通量测序。同时建立首个生物信息学中心，提供先进计算资源和专家支持，开发用户指南和标准操作程序（SOP），确保不同经验水平的用户都能使用。该设施将作为共享资源，连接波多黎各全岛研究人员，并链接国家和国际合作伙伴。
5. 多中心资助的战略整合
波多黎各拥有活跃的科研生态系统，受益于多个NIH和NSF项目。PR-CMS将整合到现有基础设施中，包括数据科学核心、高通量计算设施和测序与基因分型设施。通过与COBRE神经可塑性中心、癌症健康公平中心等机构合作，形成跨学科研究网络。此外，与CARIB-CARES气候与健康项目及NSF E-RISE项目的合作，将推动环境微生物组和农业适应性研究。
6. 对健康促进、环境研究和公共卫生的影响
该中心将通过高分辨率研究揭示影响慢性病、传染病和生态失衡的微生物机制。这些发现将指导开发针对加勒比地区需求的治疗方案、诊断工具和公共卫生干预措施。通过先进测序和生物信息学设施，本地研究者将生成改善不同生态系统和社区健康的新见解。该中心还将研究抗菌素耐药性和气候相关健康差异问题。
7. 结论
微生物与宿主的相互作用影响着免疫、发育和代谢，特定生态位的微生物组（尤其是肠道）提供由环境、生活方式和遗传因素塑造的功能。微生物组科学纳入"同一健康"理念强调了人类、动物和生态系统健康的互联性，凸显区域研究中心的重要性。
波多黎各微生物组科学中心的启动标志着该地区在全球微生物组研究中的领导地位。作为加勒比地区首个此类中心，其研究将解决关键的健康和环境问题，为全球提供科学价值，同时实现本地影响。通过整合先进生物信息学能力和国内外合作，该中心将推动基于证据的生态系统韧性策略和人类健康研究。
【全文结束】
