张艳聪：探寻微小的“暗物质”

　　

近日，张艳聪加入基因组所（大鹏湾实验室）食品科学研究中心，获聘研究员、博士生导师。长期从事微生物组数据挖掘与解析，擅长多组学数据整合与计算生物学分析，在Nature、Nature Medicine等国际权威期刊发表SCI论文20余篇。此前，她在美国麻省理工学院-哈佛大学博得研究所（Broad Institute）担任研究科学家（Research Scientist），曾获哈佛医学院华人科学家杰出研究奖。

在人体中，存在着一类微小的“暗物质”，

它们体型微小，却数量庞大，

它们分布在人体的各个角落，但最喜欢的，还是肠道，

它们不仅影响我们的健康，还潜移默化控制着我们的喜怒哀乐。

它们，就是微生物。

据统计，人体中存在万亿个微生物，约是人体细胞总数的10倍左右，除大家熟知的大肠杆菌、螺旋杆菌外，还有几百种未知的微生物菌种，因为它们功能未知、影响未知，故被称为微生物中的“暗物质”。

张艳聪的工作就是发现并解析这些微小的“暗物质”，并探究它们与身体、环境之间的关系和影响。

让我们跟随她一起，走进微生物的世界。

隐秘的角落：身体里的“菌群王国”

我们的身体里生活着数万亿微生物，它们组成了一个隐秘的“菌群王国”。

菌群不仅能够帮助我们消化食物、合成维生素，更与人体进行着24小时“化学对话”。

“有趣的是，这个‘菌群王国’既受宿主基因调控，又对环境变化极其敏感。增加膳食纤维摄入、使用抗生素，都会重塑菌群构成。”张艳聪说。

菌群是如何影响人体健康的？又会受哪些因素影响？

带着这些疑问，2018年，张艳聪加入“人类微生物组计划”的发起人、哈佛大学Curtis Huttenhower教授团队，解析菌群及其产物的功能，探索微生物组与宿主健康的密切关系。

“我们常说『we are what we eat』（人如其食），”她解释道，“实则是『we are what our microbiome eat』（人如微生物组食）。我们每天吃下的食物，都在给体内微生物‘发工资’，比如爱吃烧烤的人肠道中有更多分解油脂的菌群，这些菌群疯狂繁殖，在肠道里称王，导致你想吃更多的烧烤。通过调整饮食结构，我们或许可以‘策反’菌群来改善健康。”张艳聪说。

2022年，张艳聪以独立一作在《自然（Nature）》上发表研究论文，揭示了肠道微生物基因对炎症性肠病的影响，并开发了一款能够高效鉴别微生物基因功能潜力的分析工具“MetaWIBELE”。

“这项研究为基于微生物组的靶向治疗提供了崭新的潜在干预靶点。”张艳聪说。

同年，张艳聪获得哈佛医学院华人科学家杰出研究奖。

张艳聪在哈佛大学

肠道菌群与个性化营养方案

每个人的肠道菌群都不同，即便是同卵双胞胎的菌群结构也存在较大差异。

“通过研究菌群、宿主和饮食之间的互动，理解个体的菌群特点，解析其在食品营养与消化中的关键作用，可以为每个个体定制专属的营养方案，帮助改善健康、预防疾病”，张艳聪说。

什么是个性化营养方案？

简单点说，就是为每个人“量身定做”一套“吃什么、怎么吃”的饮食方案。

个性化营养这一概念的提出最早可以追溯到21世纪初，作为一个新兴领域，它使用机器学习和多组学技术来分析人们吃什么并预测吃后的反应。

“基于微生物组技术，我们可以针对不同个体的肠道菌群差异，定制个性化的营养干预方案，开发个性化食品，帮助改善动物或人类的健康状况。”张艳聪介绍道。

这与传统中医提倡用的食疗有异曲同工之效，不过更加精准、更科学。

为什么选择基因组所？

2017年从北京师范大学博士毕业后，张艳聪赴美国麻省理工学院-哈佛大学博得研究所（Broad Institute）开展博士后工作，2022年，晋升为博得研究所研究科学家（Research Scientist），2025年，她决定回国发展。

为什么选择基因组所？

“主要有3个原因”，张艳聪说。

理由一：跨学科平台优势

“肠道微生物组学研究涉及多学科交叉融合，包括生物信息、生态学、食品科学等。”张艳聪说，“基因组所的跨学科平台，特别是将基因组学、人工智能与食品科学结合的创新平台，为其探索菌群与营养交互作用提供了技术支撑，通过跨学科合作，能够推动肠道菌群与食品营养的研究，开发出更营养、更安全、更健康的食品，为农业和食品产业提供创新解决方案。”

理由二：丰富的实验资源

“基因组所动物基因组研究中心有丰富的动物遗传资源，比如生猪。”张艳聪说，“传统实验大多局限于小白鼠，与实际应用场景差别较大，通过对家禽的肠道菌群进行分析，可以帮助改善动物健康状况，进而提升食品的营养效能。”

理由三：成果转化优势

“基因组所不仅注重基础研究，还提供了成果落地的空间和资源，在这里，我可以将肠道菌群的研究与个性化营养结合，开发个性化的饮食方案，结合特色的农业食品，研究不同肠道菌群对食物消化和营养吸收的影响，为不同人群或动物推出专属的功能性食品。”张艳聪说。

对于未来，张艳聪还有很多畅想。

在这里，她将视野跳出“微小”之外，寻找更多的可能。

对问题的探索还在继续，未来，“微生物”与“农业”会碰撞出什么样的火花？

我们拭目以待。

张艳聪课题组简介

张艳聪，研究员，博士生导师。长期从事微生物组数据挖掘与解析，擅长多组学数据整合与计算生物学分析。近五年来，在Nature、Nature Medicine等国际权威期刊发表SCI论文20余篇，其中以独立一作发表在Nature（2022）的研究为解析微生物组分子“暗物质”建立了一种全新的研究策略，2022获得哈佛医学院华人科学家杰出研究奖。

团队研究方向

1. 开发微生物多组学分析算法，解析微生物及其代谢产物在微生态系统中的功能。

2. 挖掘关键功能的微生物标志物，阐释其在宿主健康与生态环境中的重要作用。

3. 解析菌群-宿主-饮食环境的互作机制，探索基于微生物组的精准营养方案。

代表论文

1. Yancong Zhang, Amrisha Bhosle, Sena Bae, Lauren J. McIver, Emma K. Accorsi, Kelsey N. Thompson, Cesar Arze, Ya Wang, Ayshwarya Subramanian, Damian R. Plichta, Ali Rahnavard, Afrah Shafquat, Ramnik J. Xavier, Hera Vlamakis, Wendy S. Garrett, Andy Krueger, Curtis Huttenhower*, Eric A. Franzosa*. Discovery of bioactive microbial gene products in inflammatory bowel disease. Nature, 2022, 606: 754-760.

2. Yancong Zhang, Kelsey N. Thompson, Curtis Huttenhower, Eric A. Franzosa. Statistical approaches for differential expression analysis in metatranscriptomics. Bioinformatics, 2021, 37(Suppl_1): i34-i41.

3. Yancong Zhang#, Kelsey N. Thompson#, Tobyn Branck, Yan Yan, Long H. Nguyen, Eric A. Franzosa*, Curtis Huttenhower*. Metatranscriptomics for the human microbiome and microbial community functional profiling. Annual Review of Biomedical Data Science, 2021, 4: 279-311.

4. Donggi Paik#, Lina Yao#, Yancong Zhang, Sena Bae, Gabriel D. D’Agostino, Minghao Zhang, Eunha Kim, Eric A. Franzosa, Julian Avila-Pacheco, Jordan E. Bisanz, Christopher K. Rakowski, Hera Vlamakis, Ramnik J. Xavier, Peter J. Turnbaugh, Randy S. Longman, Michael R. Krout, Clary B. Clish, Fraydoon Rastinejad, Curtis Huttenhower, Jun R. Huh*, A. Sloan Devlin*. Human gut bacteria produce TH17-modulating bile acid metabolites. Nature, 2022, 603: 907–912.

5. Raaj S. Mehta#, Jared R. Mayers#, Yancong Zhang, Amrisha Bhosle, Nathaniel R. Glasser, Long H. Nguyen, Wenjie Ma, Sena Bae, Tobyn Branck, Kijun Song, Luke Sebastian, Julian Avila Pacheco, Hyuk-Soo Seo, Clary Clish, Sirano Dhe-Paganon, Ashwin N. Ananthakrishnan, Eric A. Franzosa, Emily P. Balskus*, Andrew T. Chan*, Curtis Huttenhower*. Gut microbial metabolism of 5-ASA diminishes its clinical efficacy in inflammatory bowel disease. Nature Medicine, 2023, 29.3: 700-709.

6. Amrisha Bhosle, Sena Bae, Yancong Zhang, Eunyoung Chun, Julian Avila-Pacheco, Ludwig Geistlinger, Gleb Pishchany, Jonathan N Glickman, Monia Michaud, Levi Waldron, Clary B Clish, Ramnik J Xavier, Hera Vlamakis, Eric A Franzosa*, Wendy S Garrett*, and Curtis Huttenhower*. Integrated annotation prioritizes metabolites with bioactivity in inflammatory bowel disease. Molecular Systems Biology, 2024, 0: 1-24.

7. Yancong Zhang, Kui Lin. Phylogeny inference of closely related bacterial genomes: combining the features of both overlapping genes and collinear genomic regions. Evolutionary Bioinformatics, 2015, 11: EBO-S33491.

8. Yancong Zhang, Yan Zhang, Bi-Ru Zhu, Bo-Wen Zhang, Chuan Ni, Da-Yong Zhang, Ying Huang, Erli Pang, Kui Lin. Genome sequences of two closely related strains of Escherichia coli K-12 GM4792. Standards in Genomic Sciences, 2015, 10.1: 1-9.

9. Sun-Yang Park, Chitong Rao, Katharine Z. Coyte, Gavin A. Kuziel, Yancong Zhang, Wentao Huang, Eric A. Franzosa, Jing-Ke Weng, Curtis Huttenhower, Seth Rakoff-Nahoum. Strain-level fitness in the gut microbiome is an emergent property of glycans and a single metabolite. Cell, 2022, 185.3: 513-529.

10. Wei Li*, Saiyu Hang*, Yuan Fang, Sena Bae, Yancong Zhang, Minghao Zhang, Gang Wang, Megan D. McCurry, Munhyung Bae, Donggi Paik, Eric A. Franzosa, Fraydoon Rastinejad, Curtis Huttenhower, Lina Yao#, A. Sloan Devlin#, Jun R. Huh#. A bacterial bile acid metabolite modulates Treg activity through the nuclear hormone receptor NR4A1. Cell Host & Microbe, 2021, 29.9: 1366-1377.

招聘信息

博士后2-3名：https://www.agis.org.cn/rczp/bshzp/3e47020f789a4394976a2fbe7a094100.htm

科研助理1-2名：https://www.agis.org.cn/rczp/kyzlzp/656d39e6c10c480eb1213bae574bc91b.htm