Nature Microbiology | 微生物组创新，实现可持续发展的未来！

联合国可持续发展目标（SDGs）已纳入包括欧洲绿色协议在内的全球生物经济战略。近日，国际权威学术期刊Nature Microbiology 发表了奥地利国家技术研究院Angela Sessitsch教授作为通讯作者与多个国际单位合作的评论文章，题为Microbiome innovations for a sustainable future，将重点介绍基于微生物组的创新如何为与SDGs衔接的政策做出贡献，并指出微生物组科学领域的国际合作对成功至关重要。

2015年，联合国大会通过了17项可持续发展目标（SDGs），旨在改善世界各地人民的生活。制定了一项为期15年的全球可持续发展计划，其中SDGs构成了该计划的支柱。许多国家通过采取国家生物经济战略来实现SDGs并设定缓解气候变化的目标，从而将SDGs纳入政府政策。生物经济战略包含可持续性和循环性原则，例如利用包括作物、森林、鱼类、动物和微生物在内的可再生生物资源生产粮食、材料和能源。此类战略旨在确保初级生产的可持续增长，并使经济体减少对化石燃料和其他非可持续性资源的依赖，而更多地依赖可再生和可再利用的资源，包括废弃物。生物经济战略已与SDGs的目标相融合，因为生物经济解决方案是保护自然资源和生物多样性并遵循循环概念的可持续生产的关键。

为了响应SDGs和2015年联合国气候变化大会（COP21），欧洲联盟（EU）实施了《生物经济战略》，并实施了雄心勃勃的欧盟《绿色协议》。后者的目标是到2050年将温室气体（GHG）的净排放量减少到零，同时确保欧洲经济的繁荣和公民的福祉。支持这些战略的一项重要政策是2016年启动的《2030年粮食议程》。这项政策提供了一个框架，可将粮食系统转变为具有复原力的系统，以确保每个人都能获得负担得起的健康食物。粮食系统需要在安全的地球边界内为人们的健康、我们的气候、地球和社区带来共同的利益。其他非欧洲国家也采用了类似的策略和政策。国际生物经济论坛（IBF）成立于2017年，旨在推动就共享科学研究和政策制定方面的国际合作，以发展成功的全球生物经济。IBF成员包括欧盟、加拿大、美国、阿根廷、南非、印度、新西兰和中国。促进可持续生物经济的政策在IBF的议程中占据重要位置。IBF的四个工作组之一专注于微生物组技术在食品系统中的应用，以及如何通过国际合作扩大微生物技术的应用范围，以提供更有效的长期影响并在全球范围内促进可持续的生物经济。微生物组被确定为实现真实和循环的生物经济具有横向重要性。

微生物组是一种微生物群落，包括病毒、细菌、古细菌、单细胞真核生物和真菌，是特定栖息地的特征（Microbiome | 德国慕尼黑亥姆霍兹中心重新定义微生物组：旧概念和新挑战！（附视频））。微生物组在维持地球生命方面具有至关重要的作用。例如，海洋微生物组产生我们呼吸的大部分氧气，并且在固碳和养分循环中起着不可或缺的作用。土壤微生物组固定氮（N₂）和甲烷（CH₄），从而实现施肥和缓解温室气体的作用（生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？微生物和碳循环；微生物和氮循环；“少肥多产”不是梦；Nature Communications | 微生物多样性驱动土壤碳利用）。人体肠道微生物组与人类健康有着明显的联系。同样，动植物微生物组在动植物健康中也起着重要作用（Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。

人们对环境和食品系统中微生物组的相互联系的日益了解（图1和2）表明，微生物组创新具有改善可持续食品、饲料和生物燃料生产的潜力，同时也支撑了循环性原则（深度解读：如何操控植物微生物组改善农业？Nature Reviews Microbiology | 专家点评：作物微生物组与可持续农业）。例如，应用天然或工程微生物组将有机和废料降解为食物和纤维链中的养分，可能使燃料行业更加可持续。在应用植物微生物组以增加作物产量并改善作物的耐盐和耐旱性方面也取得了进展（Nature Food | 苏黎世大学研究揭示增加土壤微生物多样性是提高作物产量的关键！）。土壤微生物组可用作土壤生物肥料，可减少氮的淋失。由于应用基因组学技术了解食品微生物组的组成和功能，食品微生物组在发酵食品（如面包、巧克力、啤酒、酸奶、开菲尔和泡菜）的生产和保存中的作用正在复兴。预期将环境微生物组用于有毒污染物和废物的生物修复和降解，将加速循环生物经济的发展。

图1：微生物组服务

图2：以乳制品为例的微生物组连通性和影响途径

在由微生物组科学家和政策制定者组成的国际评估协会的角色中，我们认为微生物组的应用可以为解决全球挑战提供解决方案，例如食品安全、食品和营养安全、健康与福祉、废物管理以及气候变化适应以及减轻。这种应用将大大有助于实现全球生物经济战略的目标和SDGs。

许多组织已经认识到应用微生物组技术支持成熟的生物经济发展和实现气候减缓目标的潜力。世界经济论坛在其最近的报告中描述了微生物组技术如何使初级生产增加多达2.5亿吨，同时又减少多达3千万吨二氧化碳当量的温室气体排放，主要是通过减少使用无机肥料。微生物组技术与基因组学、基因编辑和合成生物学一起被认为是加速食品系统中生物创新的关键（Trends in Biotechnology | 微生物组工程：可持续农业中的植物微生物合成生物学）：它们是在未来十年内可以完全改变SDGs的同时可以改变食品系统的12种有前途的技术之一。联合国粮食及农业组织（粮农组织）也认识到微生物组在增强健康、气候和可持续粮食系统方面的潜力。粮农组织强调了土壤微生物组在粮食生产、粮食安全和环境可持续性方面的关键作用。粮农组织进一步指出，使用水生微生物组应用可确保通过水产养殖为食物提供替代蛋白质来源。改善鱼类健康的益生菌或改善水质的微生物产品是实现这一目标的两种方法。粮农组织与科学家和决策者合作，促进微生物组管理，这是政策决定的一部分。“微生物世界”也被确定为“地平线欧洲”将采取的十种行动途径之一，以寻找解决《2030年食品》优先事项的方法。

在实现我们概述的任何目标之前，我们需要更多的研究。尽管有微生物组应用程序的前途，但由于需要充分了解其功能所在的系统，因此应缓和开发它们的冲动。尽管对微生物组的研究仍在继续，但食品系统中很少有生化途径或相互作用的特征（图2）。需要采用多学科方法来实现安全可靠的微生物组创新。研究工作需要使微生物组相关知识从描述到功能理解，并应解决食物链中某一部分（例如初级生产）对另一部分（例如人类/肠道健康）的潜在影响。这将需要遗传学、微生物学、生态学、土壤健康、动物健康、植物健康和人类健康领域的研究人员之间的合作，并应得到能够进行数据管理，标准化和生物信息学以及微生物组生物库的基础设施的支持（Trends in Microbiology | 科学家强调构建微生物组生物库基础设施的必要性）。数据共享至关重要。

与微生物组有关的专业知识领域被整合到新的微生物组中心。需要长期投资以确保了解价值链并将应用程序推向市场。来自不同大陆和生活条件的多个合作伙伴和利益相关者的国际合作对于在寻找全球挑战的解决方案的背景下了解微生物组至关重要。强有力的国际合作将需要调整全球研究议程和资金，以实现公平，公正的全球伙伴关系和知识共享。为此，欧洲项目MicrobiomeSupport与众多全球利益相关者合作，为食品系统微生物组设计了共享的战略研究和创新议程，该议程已于2020年秋季开放供磋商。通过IBF完成。

另一个要求是建立对微生物组创新的公众信任。为此，有必要通过教育提高公众意识。研究人员、创新者、政策制定者、监管机构、行业参与者、技术用户（包括农民）和公众之间需要进行沟通，以确保创新商品化和采用。制定有关如何以负责任的方式将新的微生物组应用引入生产系统的道德和监管准则，将增加公众接受的可能性。粮食系统是全球性的，因此科学家和创新者需要有关法律要求的明确信息，这些法律要求旨在公正、公平地分享使用微生物组的自然遗传资源所产生的惠益。在这方面，有必要在提供国的国家法律中做到透明，并在国际一级做到明确。一个很好的例子是《生物多样性公约》，该公约的设立是为了保护生物多样性，确保可持续利用生物多样性（各组成部分）并实现使用这些资源的惠益分享。需要开发，注册和引入由复杂评估协会组成的微生物组产品的新法规或适应法规。

微生物组改善和支持食品系统以及生物经济的巨大潜力才刚刚被人们所理解，微生物组创新直到最近才开始进入市场。微生物组可以提供丰富的生物活性化合物和活性，对农业、环境以及动物和人类健康有益。通过投资、协作、法规变更和公众宣传来抓住微生物创新的机会，将大大增加实现SDGs的可能性。

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