以往我们进行微生物研究，总会从微生物的DNA、RNA、蛋白或代谢物某一个层面出发，分别探讨样品中微生物的组成和功能（DNA/RNA）、转录表达情况（蛋白）及正在参与或已经发生的代谢反应（小分子化合物）。单一的微生物组研究常见检测方法见图1。
图1常见微生物组研究检测方法
然而单一层面的研究很难深入阐述清楚引起某种变化的具体潜在机制，多组学研究思路应运而生。
多组学研究内容
多组学，通常是对同一个研究内容采用两种或两种以上的组学技术手段进行研究，如将基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等各组学的数据加以整合分析并深入挖掘其生物学意义。
以微生物基因组测序为例，16S测序或宏基因组测序只是辅助研究、帮助我们揭示科学问题的一种手段，只能告诉我们样品里面的微生物组成、基因和代谢通路组成情况；如果想要进行更为深入的机制探讨，往往需要结合代谢组学、转录组学、基因蛋白表达量检测、细胞学实验、生理生化实验等其他技术手段，使实验结果和测序结果互为验证和补充。
多组学研究思路
不同分组的多组学差异研究
研究思路
●选择不同处理方式下（疾病组、对照组、疾病组的不同干预方式等）的特征研究对象，收集对应样本（粪便、唾液、粘膜/组织、血液等）进行16S/宏基因组测序或代谢组学检测，并记录相应的表征及临床指标；研究不同处理方式对微生物群落结构及代谢物组成的影响（优势物种或差异物种、差异代谢物），探讨不同处理方式/临床指标与差异物种/代谢物之间的相关性。
●基于研究得到的关键物种/代谢物，结合已有文献中的结论，指出某种关键物种或代谢物的增加/减少可能增加疾病的发生发展，或者某种干预方式可能缓解疾病进程，促进疾病治愈等；
●如进行宏基因组或16S/代谢组学检测分析，亦可筛选出某一/几条关键代谢通路，查找出相应代谢通路中关键的基因或蛋白，采用其他辅助技术检测，深度剖析不同处理方式引起的机制变化等。
图2不同分组的多组学差异研究技术路线
应用案例1：GutmicrobiotafromcolorectalcancerpatientsenhancestheprogressionofintestinaladenomainApcmin/+mice
研究内容
图3采用多组学研究技术手段，探讨肠道菌群促进肠腺瘤发生发展的潜在机制研究思路
此研究采用16SrRNA基因测序、转录组测序、代谢组学检测、分子生物学检测（qPCR和westernblot）和病理学分析等多组学研究技术手段，揭示了肠道菌群促进肠腺瘤发生发展的潜在机制，主要表现在移植CRC患者肠道菌群会导致Apcmin/+小鼠肠道中致病菌丰度增加而产生短链脂肪酸物种丰度降低，影响小鼠肠屏障功能并诱导慢性低度炎症，促进Wnt代谢通路的活化和肿瘤细胞增殖等方面。
参考文献：LiL,LiX,ZhongW,etal.GutmicrobiotafromcolorectalcancerpatientsenhancestheprogressionofintestinaladenomainApcmin/+mice[J].EBioMedicine.Oct;48:-.
模式动物验证研究
研究思路（在上述思路基础上）
?基于不同处理方式下的分组差异研究结果，针对不同处理方式引起微生物结构发生显著变化的关键物种，采用qPCR技术验证不同处理组样品中该物种的相对含量变化；
?基于不同处理方式下的分组差异研究结果，选择另一独立验证集（规模与训练集相似或略小）进行相同的检测，进一步验证训练集得到的研究结论（常应用于临床）；
?基于不同处理方式下的分组差异研究结果，在动物层面进行验证：
①单菌/单一化合物：基于上述研究结果，找到引起疾病/疾病缓解的关键物种/代谢物，购买已商品化的单菌/标准品，或者通过样品筛选、分离、培养等方式得到的物种/代谢物，采用口服/灌胃/注射等方式移植无菌/抗生素处理过/造模的动物体内；通过采集动物样本、表型及临床指标数据等，验证移植物种/代谢物至动物体内，是否会引起疾病发生或缓解疾病等。
②粪菌移植：移植疾病组/疾病干预疗效好的粪便样本至抗生素处理过/造模动物体内，通过采集动物样本、表型及临床指标数据等，探讨粪菌移植是否会引起疾病发生或达到缓解疾病的目的，以深层次研究肠道菌群在疾病发生/缓解过程中发挥的重要作用。
图4验证类研究的常见技术路线（3种）
应用案例2：AMetagenomicStudyoftheGutMicrobiomeinBehcet’sDisease
研究内容
图S/宏基因组测序和动物水平粪菌移植实验共同揭示白塞病与肠道菌群的关系研究思路
此研究首先通过16SrRNA基因测序和宏基因组测序，检测疾病与微生物的关系，发现BD和健康人的肠道菌群和口腔菌群都存在显著差异，其中一些条件致病菌和SRB在BD患者的肠道中富集，同时BPB和产甲烷菌在健康者的肠道富集，且基于宏基因组MGS的结果，在菌株水平上构建了BD的疾病监测模型；然后再利用小鼠水平上的粪菌移植干预验证，发现人肠道MGS的分析结果与小鼠菌群移植的结果一致，分析结果吻合度高；且利用EAU小鼠模型确定了BD患者粪便菌群可以加重EAU小鼠的眼炎症状，并采用RT-PCR确定了BD受体小鼠中的IL-17和IFN-γ细胞因子的表达增加。
参考文献：ZiY,NiZ,ChunyanW,etal.AmetagenomicstudyofthegutmicrobiomeinBehcet’sdisease[J].Microbiome,,6(1):.
模式动物和临床验证研究
研究思路
在前两种思路基础上，结合课题研究背景进行更为细致/严谨的实验，得到对临床/后续研究具有指导性的结论。
★训练集的独立群体验证，通过宏基因组和代谢组学检测，共同锁定两组研究人群（疾病组/对照组等）差异的代谢通路、关键物种及代谢物等；★基于训练集和验证集宏基因组测序和代谢组学检测得到的一致性结果，在动物水平上进行验证；此验证可以基于移植物种/代谢物的性质（活菌、灭活单菌、缓冲液）进行不同层面的探讨；
★若在安全许可范围内，可基于动物层面的研究，将实验深入到临床应用研究，进一步验证想要得到的结论。
★基于已有研究结果，将确定的关键物种/代谢物和特定细胞进行共培养等，通过荧光标记示踪加入关键物种/代谢物，特定细胞的代谢途径及基因/蛋白表达量的变化等，深入探讨具体机制。
案例3：Gutmicrobiomeandserummetabolomealterationsinobesityandafterweight-lossintervention
研究内容
图6宏基因组测序、代谢组学检测和多层面验证实验共同指出肠道菌群干预靶向治疗肥胖相关技术内容
本文首先利用宏基因组和代谢组学检测技术，研究了肥胖人群与正常人群的肠道菌群及血清代谢物差异，并利用另一队列（验证组）进行了验证，确定了正常人群肠道富集的微生物及血清中富集的代谢物，并预测了肥胖人群富集谷氨酰胺—谷氨酸的代谢途径，而减少了谷氨酸—γ-氨基丁酸（GABA）的代谢途径；然后以其中的多形拟杆菌Bacteroidesthetaiotaomicron为代表，进行了小鼠模型验证实验，再次证实了肥胖与肠道菌群的关系，肥胖和肠道菌群变化的作用是相互的：肥胖会改变菌群，菌群也会改变肥胖；最后借助胃切除术干预的肥胖人群和小鼠体外移植多形拟杆菌进行验证，均达到了减肥的目的，并伴随着相关肠道微生物和血清代谢物的改变，指出通过肠道菌群干预来靶向治疗肥胖是可能实现的。
参考文献：Gutmicrobiomeandserummetabolomealterationsinobesityandafterweight-lossintervention[J].NatureMedicine,.
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