【朱瑞新|朱瑞新：12分钟讲透如何迈向因果并精准干预菌群( 三 )|系统|现象|研】_

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刘老师团队提出了一种新的菌种互作推理方法，该方法不需要假设特定的种群动力学模型，比如 LV 方程，就实现了从稳态丰度数据中推断出微生物的相互作用。但是该方法得到的“因果”关系仍完全是基于拟合得到，并未显式地包含因果判断步骤。
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为了显式包含因果判断步骤，我们团队从现有的先验知识出发，严格按照因果模型构建四部曲：建模、识别、估计和反驳，来推断微生物之间的真实互作关系。据我所知，这是第一个真正基于因果推理重构微生物互作的方法。
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接下来，我们进入第二点：精准干预与基石菌种。前面我们讨论了物种互作是肠道微生态这个复杂系统的研究关键，而精准干预则是我们研究物种互作的目标。
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那么，精准干预的靶点在哪里呢？这里我要引入“基石菌种”的概念。基石物种是指与其生物量不成比例，当它们移入或移出时，对生态系统造成影响最广的物种。这个概念最早是由罗伯特·潘恩在 1966 年提出。美国黄石公园狼的故事很好地说明了基石物种在生态群落里的独特地位。
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目前，已有实验研究报道了基石菌种在疾病中的重要作用。比如在慢性牙周炎发病中，牙龈卟啉单胞菌被认为是基石菌种，该菌通过对一些中间群体和效应群体的调节，实现对群落结构和功能产生影响，并最终引发慢性牙周炎。
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基石菌种就是基石物种，这里我们梳理了与其相关的几个概念。这些概念都可以从基础物种出发来理解。
“基础物种”是生态学上的重要术语，可以简单理解成是维持生态的骨架物种。赵立平老师这两年经常提及的“大树细菌”就是这个意思。
按理来说，基础物种就是一个不错的干预靶点。但是这个术语太抽象，在实际分析过程中并不好操作。为此，最早就有人直接将“优势物种” ，也即丰度高的物种当作基础物种。后来，由于网络拓扑分析流行，网络上的各种 hub 节点对应的“关键物种”取代了优势物种。很显然，优势物种和关键物种，都没有很好地表征基础物种的内涵。
直到近期，刘洋彧老师利用动力学模拟找到“驱动物种” ，实现了系统的不同状态转变。这个驱动物种可以看作是基础物种中具有可操控性的物种。而我们这里强调的基石物种又可以理解成驱动物种的导火线物种。当然，基石菌种的概念也相对抽象。
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因此，当前基石菌种的计算方法和前面介绍的关键物种计算一样，仍是通过计算网络拓扑的 hub 节点获得，其内涵没有得到很好的体现。

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为了真实反映出基石菌种的概念，我们在基于因果推理重构的菌群互作网络基础上，进一步开发了基于 LV 方程的动态干预模拟算法来实现基石菌种的鉴定。
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