创新背景

肥胖已经成为一种全球流行病，但目前尚未找到有效的治疗方法。科学家发现肠道系统中的细菌组成与肥胖有一定的关联，需要不断探索肥胖者的肠道系统，找出其中的原理机制。

创新过程

肥胖患者肠道细胞的变化引起科学家们的好奇，他们试图通过研究肥胖者的肠道微生物，进而了解与肥胖相关的生理机制。人类的肠道中有1000多种微生物，南丹麦大学的研究人员组成团队，想要详细了解微生物组，开发了一个利用数学模型了解微生物的项目，名为微生物群落诱导代谢疾病的数学建模（MATOMIC），通过开发数学模型来探究肠道细菌如何影响健康。

从某种意义上说，没有任何实验室方法可以同时测量在一个人微生物组中发现的每个细菌中单个酶、蛋白质和分子之间发生的所有相互作用。人类肠道系统中的1000多种微生物意味着个体微生物数量超过1000的六次方，在物理上和实际上根本无法在实验室中检查整个微生物组。生物学和化学实验一般会在实验室进行，当面对庞大的个体微生物数量时，实验室方法无法支撑研究时就需要数学和计算机科学。研究使用计算化学，利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质，例如总能量、偶极矩、四极矩、振动频率、反应活性等，解释一些具体的化学问题。

MATOMIC创建数学模型并模拟肠道系统，绘制肠道中的微生物之间可能发生的所有化学反应和相互作用。一些反应对其他反应有积极影响，一些反应则抑制其他反应，交互数量非常多。

研究人员表示，项目希望在原子水平上创建数学模型和肠道系统模型，通过开发新的算法和工具，可以测试化学反应和网络。

创新关键点

利用数学和计算机科学助力研究肠道微生物组相互反应作用，为虚拟模型的开发和验证以及肠道微生物研究做出贡献。