菌群医学生态学（Medical Ecology of Human Microbiomes）或简称医学生态学是有一定的相对独立性，但更多地是高度交叉的学科。该学科所涉及的理论和研究方法主要横跨了医学微生物学、计算生物信息学、和理论生态学三大领域，其研究成果旨在应用于生物医学（和临床医学）研究和实践，特别是个性化精准医疗之中。该学科的研究重点之一是揭示并量化“人体菌群与疾病间关系”，更具体来说是“菌群生态与疾病的关系”。人体菌群几乎参与了宿主机体功能的方方面面，包括消化代谢、免疫防御、神经发育、生殖健康等。作为由百万微生物所组成的生态系统，菌群生态系统的变化与宿主的健康状况必然是密不可分的。因此，对菌群与疾病间关系的一系列研究不但是为了构建医学生态学的理论框架，更重要的是可以从生态学角度探索菌群相关疾病的发病机制。
目前，计算生物与医学生态学科组已从群落个体水平多样性、物种组成、异质性、网络结构及群落形成机制等方面探究了人体菌群与疾病的关系。这些研究发现，菌群与疾病间的关系并非是统一的，只有在大约1/3的情形下菌群多样性与疾病存在显著相关的。通俗来讲便是，一些疾病的发生与菌群的变化间并不存在显著的相关关系，而另一些则存在显著相关，并且这些相关关系体现在菌群不同的生态变化上。例如，疾病发生与菌群个体水平多样性的变化显著相关的情形有1/3，与菌群复杂网络结构变化显著相关的情形有1/2-2/3。
近日，该学科组在Computational and Structural Biotechnology Journal最新发表的论文“Population-level diversity-disease relationship (p-DDR) in the human microbiome associated diseases”进一步拓宽了现有对人体菌群与疾病关系的认识。菌群多样性-疾病关系（Diversity-disease relationship, DDR）是研究人类菌群相关疾病生态的基础，基本上每项这类研究都会比较健康个体组和患病个体组菌群多样性（例如物种丰度、Shannon指数等）的差异。因为多样性指数是以个体受试者为基础进行计算的，所以大多数研究所得到的也是个体水平的DDR。如前文所述，该学科组先前的研究发现个体水平的DDR仅在1/3的情形下是显著的。最新发表的这项研究则将健康/患病群体的菌群视为一个整体，即一个种群，探究种群特征变化与疾病的关系。因此，也实现了将DDR的研究从个体水平到群体或种群水平（Population-level DDR，p-DDR）的扩展。具体来说，该研究重点通过种群潜在生物多样性（Dmax）、种群多样性变化尺度、以及个体与种群多样性比值这三个参数定量了种群水平上的DDR。研究发现，除了在5.4%的情形中Dmax与疾病发生存在显著关系外，其余种群水平多样性参数的改变均与疾病的发生无显著关系。由此可见，在种群水平，疾病能够影响的可能只有人体菌群的潜在生物多样性，而对种群水平的多样性变化尺度和个体与种群多样性比值并无太明显的影响。
从一个更为阔广的视角，医学生态学（Medical Ecology）与宏观生态学分支之一“疾病生态学”(Disease Ecology)既有各自不同的范畴，同时都从理论生态学汲取大量“营养”。前者的范畴为人类疾病的生态关系和机制，后者以研究野生动物疾病为使命。显然，对于野生动物疾病，人类所关心的核心问题其实就是是否有交叉感染到人类的可能性，也就是所谓的Spillover机率！而研究Spillover最直接的课题其实就是研究野生动物与环境间的生态关系。因此疾病生态学自然成为了研究野生动物疾病最重要的内容。疾病生态学最重要研究成果之一当推关于生物多样性与疾病关系(Diversity-disease relationship: DDR)的“稀释效应假设（Dilution effects hypothesis)”和“放大效应假设(Amplification effects hypothesis)”。 前者预测生物多样性的提升有利于减缓野生动物疾病对人类的负担，而后者预测生物多样性的提高反而可能加重野生动物疾病对人类的负担。换句话说，生物多样性破坏会影响野生动物疾病对人类造成的压力（例如Spillover或者“跨界传播”机率），但究竟是有利还是不利、两种假设给出了截然不同的答案。疾病生态学半个多世纪的研究对这一核心议题并未达成共识，但多数研究似乎支持“稀释效应假设”, 也就是生物多样性破坏会导致野生动物疾病传播（包括跨界传播)的风险。
需要指出的是在一些疾病生态学文献中，虽然有学者提到过“稀释／放大效应假设”在人类菌群相关疾病领域中的应用，但这些提法其实是错误的。因为两个领域虽然都研究“多样性—疾病关系(DDR), 但所研究的生态系统非常不同。疾病生态学中研究多样性指的是野生动物宿主（例如蝙蝠、穿山甲、森林啮齿动物）或者传播媒介（例如蚊子）的多样性，而人类菌群医学生态学所研究的是人体体内（或体表皮肤）菌群多样性。医学生态学中DDR一般不涉及中间媒介，宿主也只有人类。当然，遗传多样性会影响人类疾病，但目前医学生态和疾病生态所涉及的多样性均指“生态多样性”。尽管存在这些在研究范畴上的较为本质的差别，计算生物与医学生态学下一步研究计划包括试图在医学生态学与疾病生态学之间建立“桥梁”，而最易实现突破的题材或许就是“病毒生态学”。病毒生态研究相对落后，但重要的人畜共患病、特别是跨界传播的多数都是病毒。学科组关于病毒生态的最新一项研究即为“人类病毒组多样性变化模型”（参见另一篇关于博士生肖琬蒙研究的新闻稿）。
近两年，计算生物与医学生态学学科组加快了完善医学生态学理论框架和研究方法的努力。此篇最新发表的论文是该理论框架下有关人体菌群与疾病关系研究的第七篇代表作：其重点是群体水平的多样性—疾病关系（p-DDR）。为了系统全面的论述和示范医学生态学的理论和技术，此七篇论文基本上采用了同一组学界先前已经发表的数据。七篇论文篇均SCI影响因子达7.9分（有关其余六篇的介绍请参考新闻报道：“人类菌群医学生态学理论框架初见雏形”以及“菌群医学生态学：用生态之眼看医学”）。这些论文发表于微生物生态(ISME Journal)、生态学 (Ecological Monographs)、以及综合类（Advanced Science，iScience）领域的旗舰或重要学术期刊。学科组的博士研究生李文迪为本工作的第一作者（该文为李文迪在该刊第二篇研究论文，也是她作为第一作者发表的第7篇学术论文); 马占山研究员为该文的通讯作者。 该研究得到了国家自然科学基金、遗传资源与进化国家重点实验室、以及中科院动物遗传与进化交叉创新卓越中心的大力支持。
论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S2001-0370(21)00144-6
相关链接：http://www.kiz.ac.cn/xwzx/kydt/202006/t20200612_5605144.html
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2018/10/340330.shtm
