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地球微生物體計畫(Earth Microbiome Project)與美國人腸道微生物計劃(American Gut Project)的共同主持人、加州大學聖地牙哥分校(UCSD)教授Rob Knight(攝影/羅翊方)
Rob Knight：萬能微生物體！可追蹤新冠、診斷癌症、影響阿茲海默症
Rob Knight指出，人類擁有約2萬個基因，但人體內的微生物基因體高達200萬至2000萬，我們常忽略了佔人體內的99%的微生物基因體；在地球微生物體計畫、美國人腸道微生物計畫以及讓公民科學家一同參與腸道微生物計畫The Microsetta Initiative等計畫的推動之下，目前已經收到數百萬樣本，下一步將繪製出人類飲食和腸道微生物體的圖譜。
Rob Knight聯合杜克大學、加州理工學院啟動阿茲海默症腸道微生物體計畫(AGMP)，希望探索腦腸軸線的機制，並建構阿茲海默症與微生物交互作用圖譜、微生物代謝體數據庫，也將研究麥得飲食(Mediterranean-DASH diet intervention for neurodegenerative Delay, MIND)介入對於大腦健康與認知功能的影響；以及生酮低碳水化合物飲食和低脂飲食對於輕度認知障礙的影響。
Rob Knight表示，在新冠疫情期間，他也透過測試校園中廢水的微生物，可提早檢測到85%的新冠確診患者。除追蹤新冠外，Rob Knight還利用線上癌症基因體圖譜(TCGA)資料庫，進行首次以AI分析血液中微生物DNA/RNA序列來鑑別癌症的大規模系統性研究，發現不僅細菌和病毒，甚至真菌也可作為診斷癌症的生物標記(biomarker)。
Rob Knight指出，在TCGA線上資料庫中，共計有33種癌症、來自1.1萬名患者的樣本，包括來自原發/復發/轉移腫瘤、鄰近正常組織和血液中，樣本所含有的DNA和RNA序列，並運用AI演算法分辨不同種類、不同期別的癌症，以及正常組織和腫瘤的差異。
結果發現，在分辨無罹癌者和罹癌者的測試中，AI模組成功識別出89.8%的前列腺患者、88%的肺癌患者、80%的黑色素瘤患者，其整體正確診斷率約為71%；接著甚至發現透過微生物的游離DNA (cell-free DNA, cfDNA)進行癌症診斷，比運用人體細胞的游離DNA進行癌症診斷還要準確。
香港中文大學教授于君(攝影/羅翊方)
于君：解析大腸癌與微生物體 非侵入性早期檢測已上市
于君表示，大腸癌(colorectal cancer, CRC)患者和健康人的腸道微生物體有顯著差異，而且大腸癌患者的糞便，透過糞便移植(FMT)給小鼠會促進大腸癌發展。
其中，研究發現厭氧消化鏈球菌(P. anaerobius)、具核梭桿菌(F. nucleatum)、脆弱擬桿菌(B. fragilis)、微小微單胞菌(P. micra)等細菌確實有致癌作用。
細究其機制，厭氧消化鏈球菌的表面蛋白會貼附在宿主上皮細胞的表面受體，活化PI3K-Akt訊號途徑，使細胞分泌促發炎細胞因子，促進上皮細胞增殖，以及產生抑制免疫反應的腫瘤微環境。
此外，研究也發現，微生物體和宿主癌組織的遺傳型態有交互作用。當同一個腫瘤的不同切片位點，其KRAS基因突變、微衛星不穩定性(microsatellite instability, MSI)不同時，微生物體的組成也會不同；而微生物體也會影響宿主DNA的表觀遺傳修飾，例如使抑癌基因的啟動子甲基化。
那有什麼因素會影響腸道微生物體呢？于君指出，其團隊發現，高脂飲食和吸煙都會導致腸道微生物體和腸道代謝變得不健康，造成腸黏膜屏障損傷，是會增加大腸癌風險的因素。
在臨床應用方面，于君發現有些細菌可透過增加IFN-γ+ CD8+ T細胞，來增加免疫檢查點抑制劑(例如抗PD-1抗體)的療效，有些細菌則是透過分泌具有功能性的蛋白質，而達到保護腸道、抑制癌症的效果。
于君分享，微生物體也可能影響某些藥物的作用，像是球形芽孢桿菌(L. sphaericus)會顯著降解阿斯匹靈，導致藥效降低，微生物體應成為用藥的考量之一。
最後，于君表示，團隊也找出可作為大腸癌生物標記的微生物體「M3」，並將該項成果獨家授權給香港生技公司GenieBiome(精進微生物科技)，開發成可偵測到小瘜肉的非入侵性早期大腸癌風險檢測，已在香港上市。
(報導/李林璦、劉馨香)
