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微生物體系統生物學

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2017512Elizabeth A. Witherden等人在『Using systems biology approaches to elucidate cause and effect in host–microbiome interactions』文章中闡述目前微生物體研究在技術、計算、生物資訊分析上的侷限,因此提出應以系統生物學進行研究以確定關鍵微生物的相互作用和因果關係[2]。近日Beatriz Pen ̃ alver Bernabe ́ , Lauren Cralle Jack A Gilbert2018213日發表一篇名為『人類微生物體系統生物學(Systems biology of the human microbiome)』的文章,亦提出如何以系統化整合多技術多學科方式加速微生物體研究的進展[3]。

multi-omics microbiome data


文章中
Jack Gilbert 等人表示微生物體研究目前已進入到multi-omics時代,因此提出研究所應考量的重點,例如如何選擇研究群體、樣品數量、實驗設計、採樣方法、運送方式、保存條件等。目前微生物體研究已從單單做16S/18S/ITS rRNA amplicon sequencing僅能從物種相對豐度做樣品組成與分組差異研究,進入到利用shotgun metagenomics sequencing提供更高地分類解析度做基因功能性分析; 並且可進一步以metatranscriptomics完成差異基因功能研究,以及metabolomicsmeta-proteomics識別微生物產物及酵素生成等,尤其代謝產物通常與宿主的許多特徵有高度關聯性,例如短鏈脂肪酸顯著影響發炎反應、體內激素的平衡與粒線體運作。

Gilbert Table1


在未來,必須以系統生物學的思考方式進行綜合研究,亦即
Systems Microbiome Medicine (系統微生物醫學),以發展基於微生物體的檢測技術與治療手段,例如以精準益生菌或益菌生重建體內平衡與宿主健康。但目前仍需要多方努力,尤以開發各種檢測預測技術所需的數學模型與統計方法,因此需要更多跨學科跨領域的合作,例如微生物學家、遺傳學家、數學家、統計學家、工程技術專家、計算生物學家、營養學家、免疫學家、神經學家與內分泌學家等,希望能藉由系統化整合各學科的研究專長將微生物體從基礎研究帶入到臨床應用。


參考文獻
[1] Wu, H., Tremaroli, V., & Bäckhed, F. (2015). Linking Microbiota to Human Diseases: A Systems Biology Perspective. Trends in Endocrinology and Metabolism: TEM, 26(12), 758-770.

[2] Witherden, E. A., Moyes, D. L., Bruce, K. D., Ehrlich, S. D., & Shoaie, S. (2017). Using systems biology approaches to elucidate cause and effect in host-microbiome interactions. Current Opinion in Systems Biology, 3, 141-146.

[3] Bernabé, B. P., Cralle, L., & Gilbert, J. A. (2018). ScienceDirect Systems biology of the human microbiome. Current Opinion in Biotechnology, 51, 146-153.

圖爾思生物科技 / NGS事業部
郭育倫 文案

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