HIRI的研究人员建立了肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron的形态和功能之间的联系。
尽管基因完全相同，细菌在形状和大小上可以有很大的差异。这些变化是否会影响细菌的功能一直是一个未解之谜。Helmholtz RNA感染研究所（HIRI）和维尔茨堡大学（JMU）微生物学系的研究人员现在表征了肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron不同形态之间的功能差异。他们证明了细胞类型与代谢功能之间的联系。这些发现为我们深入理解肠道微生物多样性，并为基于微生物组的治疗开辟了新的可能性。该研究最近发表在《细胞报告》杂志上。
人体肠道内寄居着一个多样化的微生物群落。这些细菌通过支持消化和防止疾病，在维持我们的健康方面发挥着重要作用。它们表现出极端的多样性，不仅在物种水平上存在差异，即使来自同一物种且具有相同遗传组成的细菌也可能看起来不同。
一个很好的例子是拟杆菌属，它代表了一些最常见的肠道细菌，并表现出显著的形态变异。这意味着它们有不同的形状和大小，称为形态型。直到现在，这种多样性背后的分子机制及其对细菌功能的潜在影响尚不清楚。Helmholtz RNA感染研究所（HIRI）、布伦瑞克亥姆霍兹感染研究中心（HZI）与维尔茨堡大学（JMU）合作，以及JMU微生物学系的研究人员调查了Bacteroides thetaiotaomicron不同形态之间的功能差异。
形式决定功能
分析显示，即使在一个看似均匀的细菌培养物中，不同细胞形态之间的基因活性也存在显著差异。“许多这些基因负责产生参与代谢的蛋白质。这表明形态分化是由于代谢特化。”主要作者Alexander Westermann解释道，他是HIRI的附属科学家和JMU教授。
“我们的结果出乎意料，”Westermann实验室的博士生、该研究的第一作者Elise Bornet补充说，“它们表明，细菌细胞大小的差异不仅仅是因为细胞周期。相反，这似乎是共生菌为了在像人类肠道这样动态的环境中生存而采取的一种有意策略。”
一种新方法
首先，研究人员根据细菌的大小将其分离并分类。为了表征基因活性的差异，团队与HIRI的Emmanuel Saliba小组密切合作，开发了一种超灵敏的RNA测序方法。这项技术可以确定并分析生物样本中的核糖核酸（RNA）含量。此外，研究人员使用了一种称为荧光原位杂交的染色方法，使他们能够直接在细胞中可视化转录本。这使得团队能够识别出不同表达的基因作为特定细胞形状的生物标志物。研究人员发现，这些标记不仅是细胞类型的特征；其中一些甚至在细胞大小的确定中起因果作用。
新方法的一个优势是它只需要少量的材料。事实上，只需几个细胞就足以进行分析。“我们的协议不仅对我们当前的研究很重要，而且对研究界来说也是一个有价值的工具，”Westermann说。“在未来，我们的技术可以帮助研究人员识别单个细胞中的基因活性差异——不仅在Bacteroides中，还在其他微生物种类中。”Bornet补充道。
获得的见解可能为医学开辟新的可能性：由于Bacteroides细菌执行重要功能，更好地了解其多样性可以为新型微生物组疗法奠定基础。
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