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近日，瑞士科學(xué)家利用基因改造過(guò)的細(xì)菌做數(shù)據(jù)記錄器，在不干擾正常生理的情況下獲取了不同飲食和疾病背景下小鼠腸道內(nèi)微生物群的基因活動(dòng)信息。該研究將推動(dòng)非侵入式腸道疾病診斷的發(fā)展，并且表明轉(zhuǎn)錄記錄具有生物醫(yī)學(xué)研究和未來(lái)生物醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用的潛力。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

對(duì)整個(gè)腸道的細(xì)菌基因表達(dá)模式進(jìn)行無(wú)創(chuàng)測(cè)量，對(duì)于了解體內(nèi)微生物群生理學(xué)和病理生理學(xué)很重要。但目前為止，還沒(méi)有不干擾正常生理的方法來(lái)了解體內(nèi)微生物群的動(dòng)態(tài)信息。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了改造，使其能夠充當(dāng)數(shù)據(jù)記錄器并記錄基因活動(dòng)的信息，并在小鼠身上成功測(cè)試了這些細(xì)菌。這是未來(lái)在醫(yī)學(xué)中使用“傳感器細(xì)菌”的重要一步，例如診斷營(yíng)養(yǎng)不良或了解哪種飲食適合患者。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物工程教授藍(lán)道爾·普拉特領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)了這種所謂的“傳感器細(xì)菌”。他改進(jìn)了自己數(shù)年前研發(fā)的Record-seq技術(shù)，將一種有益的梭菌細(xì)菌的CRISPR陣列引入到腸道細(xì)菌大腸桿菌的菌株中。通過(guò)從RNA獲取CRISPR間隔子進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄記錄使工程化細(xì)菌能夠連續(xù)記錄細(xì)菌群體中基因表達(dá)的歷史。

安德魯·麥克弗森教授領(lǐng)導(dǎo)的伯爾尼大學(xué)研究人員在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)小鼠進(jìn)行了以這種方式修飾的腸道細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。該團(tuán)隊(duì)收集了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的糞便樣本，從中分離出細(xì)菌DNA，并使用高通量DNA測(cè)序?qū)ζ溥M(jìn)行分析。利用生物信息學(xué)，研究人員能夠從大量數(shù)據(jù)中重建信使RNA片段的遺傳信息。因此，科學(xué)家們能夠非侵入性地確定腸道細(xì)菌在體內(nèi)停留期間產(chǎn)生哪種信使RNA分子的頻率，從而確定哪些基因是活躍的。

通過(guò)將“傳感器細(xì)菌”分別施用于患有腸道炎癥的小鼠和健康小鼠，研究人員能夠識(shí)別腸道中的炎癥反應(yīng)，并確定切換到炎癥模式的腸道細(xì)菌的特定信使RNA譜。在對(duì)喂食不同食物的小鼠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，研究人員還展示了細(xì)菌如何使它們的新陳代謝適應(yīng)各自的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。這項(xiàng)研究為飲食、炎癥和體內(nèi)微生物相互作用如何塑造哺乳動(dòng)物宿主的健康提供了額外的視角。(記者李山)