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，它們在哪里？康奈爾大學的研究人員開發(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。這個工具將幫助科學家了解復(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)的細菌群落在人類健康和生物學中起著重要作用，這些微生物種類繁多。我們從DNA測序等技術(shù)中知道這一點，這些技術(shù)創(chuàng)建了一個存在于社區(qū)中的細菌物種列表，”羅伯特n諾伊斯說，他是梅尼格生物醫(yī)學工程學院生命科學與技術(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：“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)學工程副教授、蒙哥家族生物醫(yī)學工程70周年院士助理教授Warren Zipfel以及Ilana Brito實驗室合作，整合更多影像學和微生物學方面的專業(yè)知識。

為了定位微生物群落，研究人員設(shè)計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，靶向特定的細菌細胞。他們制作了另一套探針，用熒光團標記細胞。然后，該團隊使用共焦顯微鏡用激光照射熒光標記，然后他們使用機器學習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，每種顏色都用獨特的二進制條形碼進行熒光標記。

德勃拉曼克說：“成像本身會產(chǎn)生非常美麗和豐富的圖像，其中所有細菌細胞都有不同的顏色。”“然而，為了對微生物的相互作用有一個定量的了解，細胞之間的距離、簇的大小等。您需要能夠通過計算機以自動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)?！?

該團隊將其技術(shù)應(yīng)用于兩個不同的系統(tǒng)：小鼠腸道菌群和人類口腔菌斑菌群。對于腸道微生物群，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，并試圖了解當你生病時，這些空間動態(tài)是如何變化的，”石說?！拔覀兿肟纯词欠衲芴峁┤魏尉€索和治療見解，我們可以用它們來幫助人們?！?

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