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【盘点】我国肠道微生物产业布局

首页 » 产业 » 行业 2019-12-16 转化医学网 赞(2)
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导读
人体是由自身细胞及共生的大量微生物细胞所共同组成的复杂共生生命体。人体肠道微生物数量庞大、种类繁多,被称为“第二基因组”。在人体微生物组学中,96-99%的微生物聚集在胃肠道,肠道微生物与机体健康有着极为密切的联系。本文,我们整理了肠道微生物行业的产业现状,包括肠道微生物的应用场景、产业化政策以及国内专注于或重点布局在肠道微生物业务的企业。不足之处,欢迎留言补充。

人体是由自身细胞及共生的大量微生物细胞所共同组成的复杂共生生命体。人体肠道微生物数量庞大、种类繁多,被称为“第二基因组”。在人体微生物组学中,96-99%的微生物聚集在胃肠道,肠道微生物与机体健康有着极为密切的联系。

本文,我们整理了肠道微生物行业的产业现状,包括肠道微生物的应用场景、产业化政策以及国内专注于或重点布局在肠道微生物业务的企业。不足之处,欢迎留言补充。

了解肠道微生物

肠道微生物指动物肠道中存在的数量庞大的微生物,这群微生物依靠动物的肠道生活,同时帮助寄主完成多种生理生化功能。肠道不仅是人体消化吸收的重要场所,同时也是最大的免疫器官,在维持正常免疫防御功能中发挥着极其重要的作用。

人体肠道为微生物提供了良好的栖息环境,成人肠道内的微生物数量高达10^14个,接近人体体细胞数量的10倍;质量达到1.2kg,接近人体肝脏的质量;其包含的基因数目约是人体自身的100倍,具有人体自身不具备的代谢功能。

近年来,肠道微生物研究已成为生物学领域的研究热点之一。微生物组研究技术迅猛发展,使得进一步了解肠道微生物与人类集体的系统发育以及健康的关系成为可能。

早在1886年,科学家开始发现大肠杆菌及其对消化的作用。1907年,Metchnikoff提出著名的“梅氏假说”,认为“酸奶长寿”,乳酸菌能抑制肠道腐败菌生长。1965年,Dubos等发表了大鼠胃部冷冻组织显微图像,图中显示许多杆状或球状的细菌附着于胃黏膜上,第一次获得了肠道微生物存在于胃肠道黏膜中的显微图像。随后逐步出现了对肠道微生物与人体健康关系的初步探索。1992年,Bocci提出肠道微生物菌群有着如同虚拟器官一样的代谢功能,认为其是“被忽略的人体器官”,研究者们逐步意识到肠道微生物作为一个整体对宿主肠道的重要性。

20世纪末,分子生物学理论逐渐丰富,许多基于分子生物学理论的研究手段应运而生并进入飞速发展时期,更多的分子研究手段被应用至肠道微生物的研究,为进一步探索其组成、功能提供了可能。近年来,随着全球微生物组计划的实施以及宏基因组学、宏转录组学等技术的发展,肠道微生物的研究也越来越深入。

应用场景

01 肠道微生物与消化代谢

肠道是消化吸收的重要场所,肠道微生物对这一过程起着重要的调节作用。在盲肠和上行结肠中,碳水化合物发酵,微生物快速增长;而在横结肠和下行结肠中氨基酸发酵,微生物增长速度变缓。肠道微生物的基因组中存在许多编码碳水化合物活性酶的基因等,可帮助宿主消化糖类。作为机体代谢的重要参与者,肠道微生物不仅能合成多种人体生长发育所必需的维生素(如双歧杆菌、乳酸杆菌可以合成维生素B1、B2、B6 和B12,以及维生素K和叶酸等),还能促进矿物元素的吸收,帮助消化代谢。

02 肠道微生物与疾病

肠道微生物除了具有调节消化代谢的作用,还与糖尿病、心血管疾病、肥胖症、肾结石等多种疾病紧密关联。

动脉粥样硬化患者,柯林斯氏菌丰富,并且发现患者肠道中的细菌更容易合成肽聚糖,激活中性粒细胞以及促进促炎因子的释放。对心力衰竭患者的肠道微生物经行检测,发现其肠道内的细菌(尤其是革兰氏阴性菌)以及真菌(尤其是念珠均属)的量远远超过常人,肠道内的渗透性增加,促进了心力衰竭的进程。

研究人员还发现肠道微生物的群落结构与肥胖症相关,肥胖症会导致微生物多样性降低。肥胖者的肠道菌群恢复到健康状态可改善与肥胖相关的病症并帮助维持健康的体重。科学家在具有相同遗传背景的、喂食低脂肪食物的无菌小鼠中移植了肥胖者肠道菌群,相比于未移植的对照小鼠,移植后的小鼠出现了肥胖症,相对应的,移植了瘦人肠道菌群的小鼠变瘦。如果把肥胖小鼠的肠道菌群移植给瘦小鼠,原先的瘦小鼠也会出现肥胖,同时携带肥胖者与瘦人菌群的小鼠,体重的增加以及和肥胖相关代谢表型的形成受到了抑制。

草酸杆菌的定植与草酸钙形成结石的风险降低表现出70% 的关联度。草酸杆菌可在肠道中代谢草酸盐。缺乏草酸杆菌可能会导致结肠吸收草酸盐增加,造成尿中草酸盐积累,容易导致结石的形成。

03 肠道微生物与免疫

早期B细胞发育可发生在肠固有层,受到共生微生物和肠免疫球蛋白库细胞外信号的调节。实验表明,当无菌小鼠接触了微生物菌群,微生物在体内定植,肠固有层中特异性表达Igλ 和Igk 的B 细胞的比例将会增加,从而影响B 细胞的发育。表达Foxp3 转录因子的CD4 + T 调节性T 细胞( Tregs) 对维持免疫内环境的稳定具有关键作用。肠道微生物群的孢子形成组分,特别是梭菌属的IV 和XIVa 簇可提供富含转化生长因子-β 的环境,影响结肠中Foxp3+ Tregs 的数量及其功能。常规饲养的小鼠早期以口服方式接种梭菌,成年后会表现出对大肠炎和全身性免疫球蛋白E 反应的抗性,这有可能成为治疗自身免疫病和过敏反应的新方法。

04 肠道微生物与精神疾病

肠道正常微生物作为重要的环境因素影响着大脑的发育和功能。

自闭症:对大量自闭症患者的研究发现,其常伴有胃肠道症状,如腹泻、便秘、呕吐等;自闭症患儿肠道微生物的多样性以及丰度减少,减少程度与自闭症严重程度显著相关。

帕金森病(PD):PD患者伴随有肠道功能紊乱的症状,如便秘和营养不良等,20%~29%的PD患者在出现运动症状的20年前就有便秘症状。PD患者粪便中具有抗炎作用的丁酸盐细菌,如劳特氏菌属、粪球菌属和罗斯氏菌属显著减少,与促炎作用有关的细菌相应增加。

产业化情况

近年来,国家出台了一系列重大政策,积极推进生物产业的发展,而肠道微生物作为生物产业的热点之一,得到了一定的发展。

产业化政策

2016年,国务院颁发了《 “十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,开展“生物技术惠民工程”,积极推进肿瘤早期筛查及用药指导等应用示范。发展和应用新型生物治疗技术,推动新型个体化生物治疗标准化、规范化,推动食品合成生物工程技术、食品生物高效转化技术、肠道微生物宏基因组学等关键技术创新与精准营养食品创制。

同年,启动国家十三五重点研发计划《益生菌健康功能与基于肠道微生物组学的食品营养代谢机理研究》,项目总经费5000万。该项目汇集17家本领域具有良好研究基础和条件的单位:中国人民解放军总医院、中国科学院微生物研究、东北农业大学、新乡医学院、浙江大学、华中农业大学、华中科技大学、江南大学、中国药科大学、苏州海路生物技术有限公司等。

2017年12月,中国科学院启动重点部署项目“人体与环境健康的微生物组共性技术研究”暨“中国科学院微生物组计划”,由中国科学院微生物所牵头,中科院上海生命科学研究院、生物物理所、昆明动物所、生态环境研究中心、青岛生物能源与过程所以及协和医院在内的14家单位共同参与,投入科研经费3000万元,聚焦研究人体肠道微生物组、家养动物肠道微生物组、活性污泥微生物组的功能网络解析与调节机制,创建微生物组功能解析技术与计算方法学,以及建设中国微生物组数据库与资源库。

另外,国家863计划、自然科学基金和各省部委也对肠道微生态研究工作给予大力支持。

相关企业

国内肠道微生物产业发展方向包括疾病的诊断、治疗、健康检测、保健品和药物研发、检测、诊断以及治疗的应用。

目前我国专注或重点布局在肠道微生物组的企业有15家左右,大多布局在检测方面。还有包括深圳未知君生物科技、慕恩生物等微生物组学大数据、微生物资源发掘等公司。相关公司以中小企业为主,尚未有龙头企业出现,代表企业有量化健康、锐翌生物、谱元科技、弘睿康、诺辉健康、海路生物等。其中,未知君、锐翌生物和诺辉健康在今年分别进行了新一轮的融资。

1.量化健康

量化健康是一家微生物检测解决方案提供商,基于二代高通量测序系统,生产抗素应激水平量化检测、能量量化检测等监测产品,主要应用于科研以及健康领域机构,同时公司还为用户提供人体微生物种库及线性富集技术服务。

2016年6月20日,量化健康与基因测序新秀云健康达成合作,联合开发和推广针对精准健康管理的一系列肠道菌群基因检测产品。

2. 锐翌生物

锐翌生物将微生物宏基因组测序作为其特色服务,直接对某一特定环境中微生物基因组进行分析,从而避免了有些微生物不可培养的问题。通过数学统计的方法,统计和计算样品中的各个微生物的种类和丰度以及基因的种类和丰度,从而找到某些微生物和人类健康状况(或其他研究性状)之间的关联。宏基因组是对16S测序的补充与升华,已成为一门研究热点。

2016年4月,其旗下公司锐翌基因与国内三代测序龙头公司武汉未来组生物科技有限公司达成合作协议,双方将利用各自优势,开发基于最新三代测序平台--Sequel的宏基因组测序和分析流程,共同拓展三代测序技术在宏基因组学研究领域的应用。

3. 谱元科技

谱元科技专注于微生物检测,是由一群热衷技术的生物极客创立的高科技公司。2016年2月公司估值近2亿,已完成首轮融资。打造了一个微生物检测与数据分析平台,建立并保持国际领先的微生物基因大数据采集及数据挖掘、深度分析能力。

4. 微基生物

微基生物的研究对象涉及健康、农牧业、环境等,包括土壤、粪便、水体、肠道、发酵物、人体微生物等各类样本,提供肠道微生物多样性分析的整体科研服务,采用高通量测序、PCR-DGGE、实时荧光定量PCR等方法,对样本中的DNA进行序列测定,并通过生信统计分析,对大量数据进行处理,揭示肠道中微生物的种类以及它们之间的相对丰度和进化关系,探讨微生物多样性,研究肠道微生物与环境间的相关关系。

微基生物拥有Illumina MiSeq、Ion PGM、Roche 454高通量测序分析,PacBio第三代高通量测序分析,PCR-DGGE 变性梯度凝胶分析,实时荧光定量PCR和克隆文库等检测平台。

5. 诺辉健康

诺辉健康2013年成立,致力于研究中国人群高发癌症的早期居家筛查和检测服务,诺辉健康结合基因检测和分子诊断技术,通过互联网应用健康人群大样本数据平台和深度学习技术,构建以早癌筛查为核心的居家健康自助管理体系。其主要产品有常卫清、常卫友、噗嗤管等。

6. 弘睿康

以0-3岁母婴人群的微生物检测作为目前的主打产品。其检测结果包括婴幼儿的菌群发育指数、免疫力水平、营养吸收水平、腹泻风脸、常见复杂疾病等维度,并给出干预方案建议,指导用户选择合适的喂养策略以及益生菌、益生元等补充产品。此外,弘睿康还与国内其他公司合作,打造了皮肤微生态精准护肤等产品。

7. 普瑞森基因

利用目前国际上最先进的高通量测序和分子诊断技术,结合自主研发的微生物基因大数据分析平台和疾病数据模型,提供多种肠道微生态检测服务和专业的微生物数据分析服务。将利用自身的检测数据建立中华民族特有的肠道微生物基因数据库和疾病模型,以期为国内制药和分子诊断等领域的研发工作提供数据支持。

8. 卡尤迪医学检验实验室

卡尤迪医学检验实验室(北京)有限公司为国家卫生和计划生育委员会批准设立的第三方医学检验机构。公司微生物组为优势学科领域,检测项目覆盖个性化用药、肿瘤、感染、传染性疾病等多个学科领域,无创、快速分子诊断技术平台为特色,提供优质的诊疗一体化解决方案。

9. 幕恩生物

致力于通微生物分离和培养技术,发现、保存、鉴定新的具有开发价值的微生物多样性资源,旨建立全球最大的标准化微生物资源中心。建立起了领先的微生物发掘技术平台一一从微生物多样性的获取、微生物高效筛选、发酵与生产优化到微生物剂型开发。

10. 微健康基因科技

构建了全球领先的中国儿童肠道菌群数据库,并为婴幼童提供科学精准的肠道偉康检和预测服务。检测产品肠健贝已投入市场。

11. 海路生物

主要业务集中于粪便标本前处理自动化、快速检测自动化等领域。

12. 派森诺生物

致力于为健康医学、生命科学等领域提供分子生物学技术服务及大数据挖掘与分析服务。

13. 奕景生物

2018年底有两款微生态组治疗药物相继在美国和加拿大获准进入 I 期临床试验。这两款药物分别针对肥胖患者和采用免疫检查点抑制剂 (ICI) 的肿瘤患者,希望通过开创性地运用肠道微生态疗法,为肿瘤和肥胖疾病带来新的治疗手段和药物。

14. 未知君

未知君是我国第一家专注于肠道微生态的AI制药公司,将“人工智能+生物信息分析技术”,与肠道微生态技术相结合,从而提升新药研发效率和成功率。

15. 知易生物

专注二代益生菌与活菌药物的研究与开发。

在微生物产业的热潮中,一些政策细则仍然不够完善,阻碍了肠道微生物产业的发展,使得肠道微生物前景不明朗。在国内,粪菌移植和活菌药物暂时还没有明确的规定,NMPA对于肠道微生物治疗的态度也不明确。粪菌移植的使用历史虽然可追溯到至少公元四世纪的中国,但是目前暂无明确的管理条例,只作为一种医疗技术而不是药物,不需通过药监局批准进行临床试验。

目前关于微生物产业的格局国内外还是有比较大的差异的。国外公司主要布局治疗,而国内公司主要布局检测的局面。但是微生物要真正实现产业化的发展,需要更多层次的布局。

参考来源:

《人体肠道微生物组学与健康大产业》

staki M,Pither J,Banmeister P,et a1.Cardiorespiratoryfitness as apredictor of intestinal microbial diversityand distinct metagenomic functions.Microbiome,2016,4(1):42.

KOETH,R.A., WANG,Z., LEVISON,B.S.,et al. Intestinal microbiota metabolism of l-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis[J]. Nature medicine,2013,5(5):576-585.

https://mp.weixin.qq.com/s/9g6qTC3wCUgTVaX_ueaexw

FEI, N., ZHAO, L.. An opportunistic pathogen isolated from the gut of an obese human causes obesity in germfree mice[J]. The ISME journal emultidisciplinary journal of microbial ecology,2013,4(4):880-884.

https://mp.weixin.qq.com/s/LpLSldSHasJEGqcU_S0ONw

(转化医学网360zhyx.com)

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