1.
肠道微生物和人类疾病健康存在密切关系
作为“人体的第二套基因组”，微生物群是生活在特定环境中的微生物的集合，体内、皮肤、口腔、阴道等都存在着不同的微生物群，其中肠道微生物群最为广泛，细胞高达10万亿到万亿，其中，肠道细菌数量与人体细胞数量相似；肠道细菌的基因数量约是人体基因组中基因数量的倍；可成药靶点1万以上，远大于人体靶点。
随着宏基因组测序与生物信息学的发展和人类微生物组计划的实施，越来越多的数据表明，肠道内的微生物与宿主之间存在着密不可分的关系。肠道菌群在出生后3-6岁已成熟稳定，主要存在于小肠和结肠，由于饮食，遗传学，卫生水平，所用药物和环境的变化，肠道微生物的组成会发生质和量的变化。目前已知它在人类的消化，代谢，免疫等方面都起着至关重要的作用，很多疾病的产生都源于肠道功能的紊乱，肠道功能紊乱包括肠道菌群、肠道免疫、肠道代谢等的紊乱，从而引发全身各系统的疾病。
图：肠道菌群与人类疾病的发生息息相关
肠道微生物参与疾病治疗最初是直接通过粪便移植的方式来进行的，这种方法是将健康人群的肠道微生物菌群移植到非健康人群中来进行疾病治疗。最早记录利用粪便治疗肠炎和腹泻的方法是中国东晋时期的《肘后备急方》一书。国外最早的记录是年，美国科罗拉多大学医学院外科医生Eiseman利用健康人群粪便治愈肠炎患者。尽管利用健康患者粪便治疗疾病的方式出现已久，但由于粪便移植治疗不具有靶向性，并且其作用机制尚不明确，粪便中的病毒和杂菌较多，使得治疗效果因人而异，因此也限制了该治疗方式的推广。
2.
合成生物学为肠道微生物改造提供“工具”
合成生物学（SyntheticBiology）诞生于21世纪，近年来进入了高速发展的时期。核心思想是通过工程学的方法改造生命（细胞等）或从源头开始构建一套生命系统，以帮助人类实现治疗疾病、生产产品、治理环境等目标。它对生命的“改造”分为两大部分：“信息设计”和“添加生物元件、装置和系统”。
多学科交叉是合成生物学的基本特点，与基础学科和单一技术不同，合成生物学更像是一个“工具”，它从利用生物技术构建功能性生命体（细胞）出发，散射到不同的应用版图。发展至今，相关技术的发展也逐渐由科研探索驱动开始转向工程能力驱动。
图：合成生物学的概念解读及应用方向
合成生物学利用基因的合成、编辑以及调控等手段，结合工程学来定向改造细菌，构建新的人工系统。合成生物学为肠道微生物改造提供“工具”，同时通过设计基因线路构建以肠道微生物为载体，靶向分泌表达治疗因子的工程菌，以及能够响应环境并且对其进行调控的“智能微生物”。肠道菌群种类丰富，但大部分还有待研究，因此需要构建合适的系统以及工具对其进行编辑和改造。目前大多数改造对象为益生菌，如乳酸菌和大肠杆菌nissle。
其中，基因编辑技术决定了改造的质量和效率。年，HerbertBoyer和StanleyCohen创造了第一个转基因生物，人类开始应用基因工程。年代，基因编辑开始应用，包括ZFN，TALEN等，由于受到编辑效率低的限制，细菌的改造仅限于实验室应用。年，Charpentier和Doudna发现CRISPR/Cas9基因编辑技术。这项获得年Science年度最佳技术突破，年诺贝尔奖的技术，对生命科学产生了革命性的影响。它使研究人员可以高精度地改变动物，植物和微生物的DNA。它正在为新的疾病治疗方法做出贡献，并可能使治愈遗传性疾病的梦想成真。在载体领域，它已经被用于改造病毒，细菌等。
图：改造肠道微生物对疾病进行诊断与治疗
3.
肠道微生物：百亿市场蓄势待发
根据TransparencyMarketResearch的调研分析，人体微生物市场主要为诊断和治疗两个方向，预测年到年的复合年均增长率9.2%。据广证恒生预测，微生物治疗领域的全球市场空间在年有望达到亿美元，并在未来保持持续增长。肠道微生物治疗领域的研究方向包括粪菌移植、代谢产物、配方菌、单一菌株、肠道工程菌等。
粪菌移植（FMT）：一种直接改变受体肠道菌群以使组成正常化并获得治疗益处的方法，包括通过鼻胃管或灌肠途径，将由健康人的粪便制成的细菌悬液移植进患者肠道内。FMT的最早记录可追溯到四世纪的中国，当时人类粪便被称为黄汤，用于严重腹泻患者。年，麻省理工学院的一组研究人员成立了OpenBiome，这是美国第一家公共粪便银行，年美国食品药品监督管理局批准FMT治疗复发性和难治性艰难梭菌感染。这种治疗方法有广泛的临床实践基础，已逐步规模化。ClinicalTrials显示目前已完成和正在进行的研究达到项。其中，FMT对于艰难梭菌引起的严重肠道感染的治疗已被广泛验证有效。代表公司有FinchTherapeutics，未知君等。
FinchTherapeutics，依托OpenBiome的粪菌库，是目前全球最领先的FMT药物公司，CP得到了显著的II期临床结果；采用机器学习算法挖掘FMT临床数据集，寻找对特定临床有效的菌株。
代谢产物：菌群代谢产物包括小分子、微生物自身的结构性蛋白或者脂类。代谢产物成分明确，摆脱供体的依赖，可以实现工艺控制和规模化生产，但依赖微生物-宿主作用机制的研究。代表公司有EnteromeBioscience，SecondGenome等。
Enterome，通过生物信息学技术寻找微生物源性的蛋白和多肽；On
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