寄情微生物 不负科研梦——记中山大学教授贺志理领衔的环境微生物组学研究中心

□ 倪海波

贺志理

早在2007年，人体微生物组计划（HMP）就提出以健康人群来描绘人体微生物的全景图，同时也提出了微生物在健康与疾病中扮演了什么角色的关键问题。2016年，美国正式宣布启动“国家微生物组计划”（NMI），重点关注人体健康、资源、环境和农业相关的生态系统微生物组的功能，开发平台技术，提升公众对微生物组的认识。2019年，人类微生物组整合计划（iHMP）回答了微生物组与早产、炎症性肠病及驱糖尿病等的关系，阐明了微生物组与这些生理或病理的关联性和可能机理。许多人会问：NMI计划会给我们带来什么？其实，正如人体微生物组关乎人类健康一样，环境微生物组与生态系统健康密不可分，如果将所有环境微生物和人体微生物都弄清楚，将是人类认识生命历史上的“大爆炸”事件。

NMI计划的提出，引起了众多专家学者的关注，其中包括研究微生物生态学和环境微生物学10多年的贺志理教授。在他看来，微生物无处不在，也无所不能，其本身就是一个巨大的知识库，研究微生物组学将对人体健康、资源、农业、环境等全球生态系统产生积极的影响。

揭秘微生物

贺志理研究微生物从2003年在美国橡树岭国家实验室进行博士后工作才开始，此前他曾从事过植物科学研究和计算机与信息科学工作。自从接触到微生物以后，他仿佛在科研上找到了自己的真爱。近年来，贺志理针对微生物，尤其是全球环境变化下微生物生态功能及其响应机制，以创新微生物生态学作为研究手段，从微生物群落多样性、组成、结构，到生态系统功能和作用机制的研究，并评估生物治理技术的应用效果。贺志理是开发功能基因芯片（GeoChip 2.0、3.0、4.0、5.0）及其相关分析技术的主要成员之一，为微生物生态学研究提供了新的工具和方法，并获得美国工业界科技最高奖R&D 100 Award（排名第二）。相关论文2007年发表在The ISME Journal后，被Science、Nature Reviews Microbiology、Nature Climate Change等论文引用500多次，成为该期刊创刊10周年时引用次数前五的论文。他还利用GeoChip技术研究了多种生态系统微生物群落的多样性、组成、结构、功能和相互作用，对研究微生物群落与所处生态系统的相互关系具有划时代的意义。

针对目前日益严重的全球环境变化问题，贺志理从微生物入手，利用高通量宏基因组技术来探索其对全球气候和环境变化的响应和反馈机制。他利用长期的FACE实验基地和多项宏基因组技术，阐明了土壤微生物群落对大气CO2浓度升高的响应及其可能机制，研究结果在Ecology Letters发表后被Science重点推介; 他还利用长期的O3-FACE实验基地和GeoChip技术，以不同O3抗性的小麦根际微生物群落为基础，对O3升高的响应机制也做了系统研究，结果发表在The ISME Journal上; 他再次突破创新，阐明了大豆和玉米微生物群落对CO2和O3的响应机制，为研究全球气候变化对农业生态系统微生物群落功能过程的响应引入了全新的视角。

此外，贺志理还利用所建立的高通量宏基因组技术和传统的环境微生物研究手段相结合，建立、监测、评估了一系列环境污染治理和生态修复技术，并进行了不同规模的应用研究，取得了明显的效益。

微生物生态室

团队合影

明确目标争朝夕

时间匆匆即逝，在美国学习与工作的经历，一直是贺志理科研旅程中宝贵的财富。他也在不断的磨炼中变得更加成熟独立，这也让他能够更好地投入到后来的科学研究中。在国外期间，贺志理也一直在密切关注国内微生物研究的发展。2017年3月，他回到了阔别已久的祖国，在中山大学组建了世界上第一个环境微生物组学研究中心，从国内外引进了教授、副教授、专职科研人员和博士后10多名，现有博士硕士研究生30名，具有国际上最新仪器和设备2000多万元。

该中心具有数据科学、环境微生物生态学、系统微生物学和环境应用四个核心实验室，旨在研发微生物组学技术和生物信息学分析工具，考察各类生态系统中微生物群落的多样性、组成、结构、互作和功能，从而揭示微生物群落结构和生态系统功能间的关系。研究中心的建立，将带出一支具有国际水平的环境微生物研究团队，培养一批高素质的研究型人才，提高环境微生物整体的学科建设水平。该中心不但以解决当前环境领域里的热点问题，还把公众关注度较高的环境问题作为研究目标。

在微生物的海洋里遨游，贺志理甘之如饴，为了达成这些研究目标，他所带领的团队于2018年启动了“使用合成反硝化菌群探索微生物生态系统稳定性机制”项目的研究，针对当前合成微生物生态学热点，利用反硝化细菌种类多、分布广，在环境中有重要作用的特点，贺志理教授团队首先设计出五级筛选标准，用合成微生物生态学的方法构建遗传背景清晰的反硝化细菌群落，并在此基础上揭示生物多样性、生态系统功能及稳定性的关系及形成与进化机制。同时，该团队还以河口-近海生态系统为研究对象，聚焦微型生物多样性形成及其维持机制、微型生物驱动的碳氮硫循环及其耦合机制，揭示温室气体的产生及其环境调控机制，阐明陆源营养和污染物输入对河口和海洋环境的影响及生态效应，旨在发现新的微生物类群、新基因、新代谢途径，形成对河口-近海生态过程的新认知和新理论。另外，他致力于颠覆性新技术——微生物组工程的研发，以期应用于人体健康、生态安全和环境污染治理等领域。

尽管这些项目还在进行中，预期结果尚不得而知，但贺志理及团队成员愿意将青春都奉献给这些小小的微生物。在他们看来，无论科研之路多么辛苦，多么坎坷，当科研做出成果的那一瞬间，先前的艰难就都值得了。那时他们所能感受到的只有喜悦，这也是科研最吸引他的地方。坚守微生物科研梦，做这条路上勇敢前行的开拓者，是贺志理及其团队一直坚持的信念和努力的动力。