空間地圖提供了腸道菌群的新視圖

腸道內(nèi)存在哪些微生物，它們?cè)谀睦?？康奈爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種成像工具，可以創(chuàng)建數(shù)百種不同微生物物種的位置和特征的復(fù)雜空間地圖，例如構(gòu)成腸道微生物區(qū)系的微生物。這個(gè)工具將幫助科學(xué)家了解復(fù)雜的微生物群落如何相互作用以及它們的環(huán)境，也就是我們。

該小組的論文“微生物群落高度可重復(fù)使用的空間圖”于12月2日發(fā)表在雜志《自然》上。本文的主要作者是博士生石昊。'18。

“我們體內(nèi)的細(xì)菌群落在人類健康和生物學(xué)中起著重要作用，這些微生物種類繁多。我們從DNA測(cè)序等技術(shù)中知道這一點(diǎn)，這些技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)存在于社區(qū)中的細(xì)菌物種列表，”羅伯特n諾伊斯說(shuō)，他是梅尼格生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)的助理教授，也是這篇論文的資深作者伊維因德勃拉曼克。

他說(shuō)：“然而，了解這些微生物之間空間相互作用的工具非常有限，了解這些微生物的代謝以及它們?nèi)绾闻c宿主相互作用非常重要?！?

德和施著手建立一種兩步成像方法，即利用熒光原位雜交技術(shù)(HiPR-FISH)以較高的系統(tǒng)發(fā)育分辨率定位微生物組。他們與生物醫(yī)學(xué)工程副教授、蒙哥家族生物醫(yī)學(xué)工程70周年院士助理教授Warren Zipfel以及Ilana Brito實(shí)驗(yàn)室合作，整合更多影像學(xué)和微生物學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)。

為了定位微生物群落，研究人員設(shè)計(jì)了一種寡核苷酸探針，根據(jù)特征基因序列16S核糖體RNA的存在，靶向特定的細(xì)菌細(xì)胞。他們制作了另一套探針，用熒光團(tuán)標(biāo)記細(xì)胞。然后，該團(tuán)隊(duì)使用共焦顯微鏡用激光照射熒光標(biāo)記，然后他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)和定制軟件解碼熒光光譜并解釋圖像，從而產(chǎn)生了一種高效且具有成本效益的單細(xì)胞分辨率技術(shù)。

研究人員為他們的空間地圖創(chuàng)建了一個(gè)調(diào)色板，其中包含10種基本顏色的混合，總共可以“繪制”出1023種大腸桿菌可能的顏色組合，每種顏色都用獨(dú)特的二進(jìn)制條形碼進(jìn)行熒光標(biāo)記。

德勃拉曼克說(shuō)：“成像本身會(huì)產(chǎn)生非常美麗和豐富的圖像，其中所有細(xì)菌細(xì)胞都有不同的顏色?！薄叭欢瑸榱藢?duì)微生物的相互作用有一個(gè)定量的了解，細(xì)胞之間的距離、簇的大小等。您需要能夠通過計(jì)算機(jī)以自動(dòng)化的方式解釋這些信息，以便將此圖像轉(zhuǎn)換為微生物的數(shù)字表示。社區(qū)?！?

該團(tuán)隊(duì)將其技術(shù)應(yīng)用于兩個(gè)不同的系統(tǒng)：小鼠腸道菌群和人類口腔菌斑菌群。對(duì)于腸道微生物群，他們可以證明抗生素治療是如何破壞不同細(xì)菌之間的空間聯(lián)系的。

空間圖譜可能是研究和可能治療一系列主要由細(xì)菌引起的疾病的重要工具，如炎癥性腸病、結(jié)直腸癌和感染。

“我們想進(jìn)一步研究微生物區(qū)系在其中發(fā)揮重要作用的系統(tǒng)的生物學(xué)，并試圖了解當(dāng)你生病時(shí)，這些空間動(dòng)態(tài)是如何變化的，”石說(shuō)?！拔覀兿肟纯词欠衲芴峁┤魏尉€索和治療見解，我們可以用它們來(lái)幫助人們?！?

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