微生物是普遍存在于自然界中且具有重要意義的生命體，以微生物群落的形式存在。一個(gè)微生物群落包含幾十到數(shù)千種微生物，這些微生物相互協(xié)作以適應(yīng)環(huán)境的變化；同時(shí)，它們的生命活動也會對環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。微生物組研究以這些微生物為基礎(chǔ)，研究對象包括微生物群落中所有的遺傳物質(zhì)、相關(guān)環(huán)境參數(shù)和代謝產(chǎn)物，以及它們之間的復(fù)雜關(guān)系和動態(tài)變化特征等，研究過程具有極高的復(fù)雜性。
近年來，隨著人們對微生物越來越深入的了解，有關(guān)微生物群落的基礎(chǔ)研究及其在健康、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用研究的重要性愈發(fā)凸顯，各國也越來越重視微生物組研究的發(fā)展。2016年，美國啟動了"國家微生物組計(jì)劃(NationalMicrobiome Initiative,NMI),此項(xiàng)研究計(jì)劃投資1億多美元。我國也在醞釀啟動微生物組研究計(jì)劃，并于2016年在《十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)"腸道微生物宏基因組學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與精準(zhǔn)營養(yǎng)食品創(chuàng)制,科技部在2017年將微生物組研究列為重大顛覆性技術(shù)之一。
微生物組的生物信息學(xué)分析主要依賴于微生物組學(xué)相關(guān)的海量測序數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘方法。隨著高通量測序技術(shù)和下一代信息技術(shù)的日臻完善，微生物組研究日新月異，已經(jīng)涵蓋從群落結(jié)構(gòu)到群落功能、從基因挖掘到規(guī)律發(fā)掘、從免疫到營養(yǎng)、從人體健康到環(huán)境監(jiān)控等各類基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方向。因此，微生物組學(xué)已經(jīng)從傳統(tǒng)意義上的生物學(xué)分支學(xué)科，轉(zhuǎn)變?yōu)樯�物學(xué)、生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多學(xué)科交叉的綜合類學(xué)科。
在微生物組數(shù)據(jù)整合與深入分析時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)非常適用。首先，微生物組數(shù)據(jù)具備大數(shù)據(jù)的4V特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)量大(volume);②類型繁多(variety);③速度快、時(shí)效高(velocity);④價(jià)值密度低(value)。其次，微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)需要深入挖掘。從龐大的數(shù)據(jù)中提取未知、隱含且具備潛在價(jià)值的信息是一個(gè)艱難的過程，但微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)的挖掘最終將直接服務(wù)于臨床診斷、預(yù)測和潛在治療方案的提出，具有明顯的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值和意義。
然而，目前國內(nèi)微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘方面的相關(guān)書籍十分欠缺，特別是有關(guān)利用人工智能技術(shù)挖掘微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)的圖書基本屬于空白。這種現(xiàn)狀與國內(nèi)微生物組研究如火如荼的趨勢形成了鮮明對比，甚至影響了國內(nèi)微生物組研究，尤其是在數(shù)據(jù)分析和挖掘方面的進(jìn)展。行業(yè)內(nèi)亟須一本介紹微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)術(shù)專著，服務(wù)于微生物組研究相關(guān)的廣大師生和科研人員，以及對微生物組感興趣的大眾讀者。
本書包括微生物組數(shù)據(jù)整理和整合、微生物組數(shù)據(jù)挖掘方法、微生物組數(shù)據(jù)挖掘案例等多個(gè)部分。筆者團(tuán)隊(duì)組織多方力量，較為全面地介紹了21世紀(jì)前20年微生物組研究中有關(guān)數(shù)據(jù)分析挖掘和轉(zhuǎn)化應(yīng)用方面的知識與進(jìn)展。
其中，第1章主要由寧康和楊朋碩組織整理，第2章主要由查毓國組織整理，第3章主要由計(jì)磊組織整理，第4章主要由李玉雪組織整理。最后，寧康在第5章就微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘的發(fā)展趨勢和應(yīng)用潛力進(jìn)行了展望和總結(jié)。本書附錄提供了微生物基因組基礎(chǔ)知識、基因功能注釋、微生物組研究重大里程碑事件等內(nèi)容，有助于讀者獲取當(dāng)前微生物組大數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的全方位信息。
本書理論聯(lián)系實(shí)際，較為全面和深入地介紹了微生物組學(xué)，特別是微生物組學(xué)大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘方面的知識與研究進(jìn)展。希望通過閱讀本書，讀者能夠較為全面地掌握微生物組學(xué)相關(guān)大數(shù)據(jù)挖掘分析的方法，并能夠通過實(shí)例指導(dǎo)自己的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與分析。
需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)今微生物組學(xué)研究成果層出不窮，建議讀者主動閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，這樣既可以加深對微生物組學(xué)的理解，更好地學(xué)習(xí)相關(guān)新技術(shù)和新發(fā)現(xiàn)；又有助于不斷提高業(yè)務(wù)水平，提升自己的微生物組研究洞察力和研究效率。
最后，祝大家在微生物組學(xué)習(xí)和研究的過程中，享受學(xué)習(xí)知識和探究科學(xué)的樂趣，同時(shí)取得更好的成果!讓我們一起推動微生物組研究領(lǐng)域不斷進(jìn)步!