“传感器细菌”可获取肠道健康信息

2022年05月17日 07:15 次阅读 稿源:中国科技网 条评论

近日,瑞士科学家利用基因改造过的细菌做数据记录器,在不干扰正常生理的情况下获取了不同饮食和疾病背景下小鼠肠道内微生物群的基因活动信息。该研究将推动非侵入式肠道疾病诊断的发展,并且表明转录记录具有生物医学研究和未来生物医学诊断应用的潜力。相关成果发表在《科学》杂志上。

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对整个肠道的细菌基因表达模式进行无创测量,对于了解体内微生物群生理学和病理生理学很重要。但目前为止,还没有不干扰正常生理的方法来了解体内微生物群的动态信息。

瑞士苏黎世联邦理工学院研究人员对细菌进行了改造,使其能够充当数据记录器并记录基因活动的信息,并在小鼠身上成功测试了这些细菌。这是未来在医学中使用“传感器细菌”的重要一步,例如诊断营养不良或了解哪种饮食适合患者。

苏黎世联邦理工学院生物工程教授蓝道尔·普拉特领导研发了这种所谓的“传感器细菌”。他改进了自己数年前研发的Record-seq技术,将一种有益的梭菌细菌的CRISPR阵列引入到肠道细菌大肠杆菌的菌株中。通过从RNA获取CRISPR间隔子进行的转录记录使工程化细菌能够连续记录细菌群体中基因表达的历史。

安德鲁·麦克弗森教授领导的伯尔尼大学研究人员在实验室中对小鼠进行了以这种方式修饰的肠道细菌的实验。该团队收集了实验动物的粪便样本,从中分离出细菌DNA,并使用高通量DNA测序对其进行分析。利用生物信息学,研究人员能够从大量数据中重建信使RNA片段的遗传信息。因此,科学家们能够非侵入性地确定肠道细菌在体内停留期间产生哪种信使RNA分子的频率,从而确定哪些基因是活跃的。

通过将“传感器细菌”分别施用于患有肠道炎症的小鼠和健康小鼠,研究人员能够识别肠道中的炎症反应,并确定切换到炎症模式的肠道细菌的特定信使RNA谱。在对喂食不同食物的小鼠进行的实验中,研究人员还展示了细菌如何使它们的新陈代谢适应各自的营养供应。这项研究为饮食、炎症和体内微生物相互作用如何塑造哺乳动物宿主的健康提供了额外的视角。

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