Nature：科学家成功绘制出肠道微生物组的空间复杂图谱 有望帮助改善人类健康研究

2020年12月5日 讯 /生物谷BIOON/ --人类机体肠道中有哪些微生物？这些微生物具体都在哪里？近日，一篇刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自康奈尔大学等机构的科学家们通过研究开发了一种成像工具来绘制出成百上千种不同微生物菌群所在位置及其身份的复杂空间图谱，比如组成肠道微生物组的微生物菌群等，这种新型工具未来或将帮助科学家们理解复杂微生物群落之间及与其所处环境之间的相互作用。

图片来源：Cornell University

研究者Iwijn De Vlaminck表示，我们机体中生活着多种微生物群落，其在机体健康和生物学特性中国扮演着非常关键的作用，这些微生物拥有丰富的多样性，我们也能通过诸如DNA测序等技术了解到这一点，这些技术能帮助创建一个微生物群落中所存在的多种细菌物种的列表；然而目前研究人员仅拥有有限的工具来理解不同微生物之间的空间相互作用，而拥有强大的工具对于理解微生物菌群的代谢特性以及其与宿主之间的相互作用或许非常重要。

这项研究中，研究人员通过荧光原位杂交技术绘制出了高系统发育分辨率的微生物组图谱(HiPR-FISH)，基于这两步的过程，他们开发了这种成像方法。为了定位微生物菌群，研究人员设计出了寡核苷酸探针，其能根据特征性的基因序列（16S核糖体RNA）的存在来锁定特定的细菌细胞，同时他们还开发出了另一组探针来利用荧光基团标记细胞。接下来研究人员使用共聚焦显微镜技术利用荧光点亮了荧光标记，并使用机器学习和定制的软件来解码荧光广谱并对图像进行了相应解释，从而就获得了一种高效且经济的单细胞分辨率技术。

研究人员使用10种基本颜色的混合物为其所绘制的空间图谱创建了“调色板”，这样他们就能绘制出大肠杆菌所拥有的共1023种可能性的颜色组合，每一个荧光标记都有一个独特的二进制条形码。研究者De Vlaminck说道，成像本身会带来非常漂亮且丰富的图像，而所有的细菌都是不同的颜色，但为了能够对微生物之间的相互作用、不同细胞之间的距离和群落大小等信息进行定量解析，我们就需要能够通过计算机以自动化的方式来对其进行解释，这样就能将这种图像信息转化成为群落的数字表示方式。

随后研究人员将这种技术应用于两种不同的系统中，即小鼠的肠道微生物组和人类口腔斑块微生物组，在肠道微生物组的研究案例中，研究人员能够证明不同细菌之间的空间关联性如何被抗生素疗法所破坏。而空间图谱的绘制可能是研究并治疗一系列细菌性疾病的重要工具，比如细菌诱发的炎性肠病、结直肠癌和感染等。

最后研究者表示，后期我们还想继续深入研究理解微生物组到底是如何扮演着重要的角色，以及尝试理解当疾病处于进展过程中这种类型的空间动态是如何发生改变的。研究人员想通过研究来提供线索和治疗性思路帮助开发出治疗更多人类疾病的新型疗法。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Shi, H., Shi, Q., Grodner, B. et al. Highly multiplexed spatial mapping of microbial communities. Nature (2020).doi：10.1038/s41586-020-2983-4