NRM：工程微生物組的通用原則和最佳實踐摘要Abstract專業詞彙正文 Main設計微生物組（Designing microbiomes）圖1 |微生物組工程的設計-構建-測試-學習循環自上而下的設計（Top-down design）自下而上的設計（Bottom-up design）圖2 |自上而下和自下而上設計微生物組的方法。整合設計（Integrated design）實用的設計步驟（Practical design steps）構建微生物組（Building microbiomes）通過自組裝構建（Building by self-assembly）整合方法（Integrating 圖3 |構建自組裝和合成微生物組方框1 |設計-構建-測試-學習循環，以創建具有所需功能的合成微生物組圖4 | 測試微生物組功能方框2 | 測量微生物組功能的工具箱圖5 |微生物組工程基本原理的學習方框3 | 微生物組工程的新興原理：生態位建模的案例展望 Outlook
微生物組工程的真正進展將需要多個DBTL回合來捕獲必要的生態學原理，以精確的方式操縱微生物組，並獲得可預測的結果（圖1）。例如，將在以前的DBTL循環中發現的物種間電子轉移直接納入代謝模型和生物反應器結構，例如通過添加導電材料可以優化廢物的沼氣生產效率，或者設計工程大腸桿菌來控制先前發現的自我誘導物的水平，可以在生物失調的條件下使腸道微生物組朝著更健康的方向發展。然而，開發快速週轉的新知識和工具將需要下一代基礎設施，用於數據收集、數據共享和知識集成。為了加快進度，開發學習階段所需的預測能力是一個優先事項。實驗室生態系統模型結合自動化技術的進步，如液體處理機器人、微流體和數據分析流程，將為以嚴格和可重複的方式測試多種設計提供一個起點。從這一過程中獲取新知識，並將信息整合到隨後的DBTL循環中，將加速微生物組工程的發展，創造新穎的生物技術和實踐，用於醫學、農業、製造業和環境中微生物組的管理。
在這些領域推進微生物工程的例子包括
闡明噬菌體與代謝產物交叉餵養在控制瘤胃碳代謝中的作用，利用未開發的厭氧真菌-細菌聯合體提高生物量轉化為有價值的生物製品，創造微流控細胞分選技術，從高多樣性的樣品中自動分選穩定同位素標記的細胞，用於隨後的多組學分析或培養，開發原位宏基因組工程工具，將新功能引入原生環境中的微生物。為了推進DBTL方法，具有實驗（例如培養、分子遺傳學或生物化學）、計算（例，代謝建模、機器學習或生物信息學）、自動化（例如機器人學或微流體學）和實踐（例如專業工程師或醫生）等專業知識的跨學科研究團隊是必不可少的。鑑於我們對微生物生態學的初步理解，微生物組工程的未來之路似乎很漫長；然而，圍繞DBTL循環構建研究和技術開發為推進微生物組工程和提供解決緊迫社會和環境問題的創新解決方案提供了一個有希望的途徑。Lawson, C.E., Harcombe, W.R., Hatzenpichler, R., Lindemann, S.R., Löffler, F.E., O’Malley, M.A., García Martín, H., Pfleger, B.F., Raskin, L., Venturelli, O.S., Weissbrodt, D.G., Noguera, D.R., and McMahon, K.D. (2019). Common principles and best practices for engineering microbiomes. Nature Reviews Microbiology 17, 725-741.
https://www.nature.com/articles/s41579-019-0255-9
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