HIRI研究人员建立了肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron形态与功能之间的联系
尽管基因相同，细菌在形状和大小上可以有很大差异。这些变异是否影响细菌的功能一直是一个悬而未决的问题。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对肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron的不同形态进行了表征，展示了细胞类型与代谢功能之间的联系。这些发现为微生物肠道多样性提供了更深入的了解，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。
人体肠道内居住着一个多样化的微生物群落。这些细菌通过支持消化和保护免受疾病，在维持我们的健康方面发挥着重要作用。它们表现出极大的多样性，不仅在物种水平上存在差异，即使是在具有相同遗传组成的同种细菌中，其外观也可能不同。
Bacteroides属就是一个很好的例子，它代表了一些最常见的肠道细菌，并表现出显著的形态变化。这意味着它们有不同的形状和大小，称为形态型。直到现在，这种多样性的分子机制及其对细菌功能的潜在影响仍然知之甚少。来自Helmholtz RNA感染研究所（HIRI）、布伦瑞克Helmholtz感染研究中心（HZI）和维尔茨堡大学（JMU）微生物学系的研究人员调查了Bacteroides thetaiotaomicron各种形态型之间的功能差异。
形式决定功能
分析显示，即使在看似均匀的细菌培养物中，不同细胞形态型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造成的，”主要作者Alexander Westermann解释道。他是HIRI的附属科学家和JMU的教授。
“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Élise Bornet补充说。“它们表明，细菌细胞大小的差异不仅仅是由于细胞周期。相反，这似乎是共生菌为了在像人体肠道这样动态的环境中生存而采取的一种策略。”
一种新颖的方法
首先，研究人员根据细菌的大小将其分离并排序。为了表征基因活性的差异，研究团队与HIRI的Emmanuel Saliba小组密切合作，开发了一种超灵敏的RNA测序方法。这项技术使得能够确定和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，可以直接在细胞中可视化转录本。这使团队能够识别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典型特征；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只需要少量材料。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种有价值的工具，”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基因活性的差异——不仅在Bacteroides中，也在其他微生物群物种中。”Bornet补充道。
所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，更好地理解其多样性可以为新型微生物组疗法奠定基础。
合作：
这项研究是HIRI、JMU、HZI、波尔斯泰莱布尼茨肺中心、美国斯坦福大学和加拿大多伦多大学的研究小组之间的合作成果。
资助：
该研究得到了欧洲研究委员会、德国研究基金会（DFG）资助的维尔茨堡大学微生物单细胞RNA测序中心（MICROSEQ）、美国国立卫生研究院的支持。它还得到了DFG优先项目“细菌多细胞性新兴功能”（SPP 2389）、DFG研究生院“3D-Infect”（GRK2157）和DFG协作研究中心DECIDE（SFB 1583）的资助。Élise Bornet获得了HIRI研究生项目“RNA & Infection”的支持。Kerwyn Casey Huang是Chan Zuckerberg Biohub研究员。
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