利用MALDI質譜成像和原位熒光標記觀察宿主-微生物相互作用的新方法

作為共生體或寄生蟲生活在動物宿主體內的細菌的迷人世界對研究人員來說仍然是一個謎。基爾大學(CAU)和不來梅的馬克斯普朗克海洋微生物研究所正在通過研究微生物與宿主之間的相互作用來解決這個難題。在中國農業大學農業與營養科學學院代謝組學系主任Manuel Liebeke教授和馬克斯普朗克海洋微生物研究所代謝相互作用研究小組的領導下，一個研究小組取得了突破性進展，為這個神秘的微觀世界提供了見解。

通常，細菌不能在實驗室中培養，研究人員必須依靠從環境樣本中獲得的細菌基因組信息來獲得對微生物代謝的理論見解。然而，人們一直缺乏對它們在自然環境中實際活動的了解。為了解決這個難題，科學家們開始研究所謂的細菌代謝組——與細菌代謝有關的一切，包括糖或脂肪等代謝物。

在一項開創性的研究中，Liebeke的團隊開發了一種方法，可以識別單個細菌，同時確定細胞中存在哪些代謝物-所有這些都無需在實驗室培養細菌。這種方法使他們能夠研究細菌如何作為共生的分租戶生存，例如在貽貝中。研究小組在一個小于一平方毫米的區域內分析了數百種代謝物。基爾大學和不來梅大學的研究人員在9月份的《自然協議》雜志上發表了他們的研究結果。

一個定格的時刻有助于詳細的觀察

Liebeke解釋說:“可以說，我們創造了細菌在工作中的快照，就像它們在自然環境中活躍一樣，特別是在動物細胞中。”“我們可以以令人印象深刻的幾微米的分辨率做到這一點，大約比人類頭發細十倍。”

這種方法的一個特點是使用快速冷凍的組織，它被切得很薄。然后，研究人員使用一種稱為MALDI-MS成像的特殊質譜技術來創建細胞中化合物的快照。

然而，只有當他們知道哪些細菌產生或使用代謝物時，才有可能從代謝物的圖像中得出正確的結論。為了解決這個問題，研究人員還使用熒光原位雜交(FISH)來識別和定位樣品中的單個細菌細胞。

馬克斯·普朗克海洋微生物研究所的patrick Bourceau說:“將這種方法應用于宿主-微生物群落將為我們提供許多令人興奮的關于生物之間化學通訊的新見解。”他是該方法的主要作者。

這項開創性的工作為研究細菌及其與宿主的相互作用打開了新的大門。此外，這里提出的方法也為未來提供了有希望的潛在應用:由不來梅的馬克斯普朗克研究所開發，Liebeke在CAU的新工作組現在正在使用它來研究人類腸道微生物組及其對新陳代謝的影響。例如，這可以幫助我們更好地了解炎癥性腸病。隨著詳細方案的公布，這項技術的應用現在向世界各地的其他研究人員開放。

總之，顯微鏡和代謝組學(專門研究代謝物的研究領域的名稱)的應用提供了對宿主-微生物相互作用的功能和化學生態學的見解。MALDI-MSI技術的穩步發展使其能夠說明微生物菌落，生物膜和單個真核細胞，甚至細菌微菌落。今天，MALDI-MSI技術即將能夠提供單個細菌細胞的圖像。這里提出的方案構成了分析和理解代謝相互作用的基礎，精確到微米。

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