“傳感器細菌”可獲取腸道健康信息

科技日報柏林5月15日電 （記者 李山）近日，瑞士科學(xué)家利用基因改造過的細菌做數(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信息。該研究將推動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。

對整個腸道的細菌基因表達模式進行無創(chuàng)測量，對于了解體內(nèi)微生物群生理學(xué)和病理生理學(xué)很重要。但目前為止，還沒有不干擾正常生理的方法來了解體內(nèi)微生物群的動態(tài)信息。

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

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

安德魯·麥克弗森教授領(lǐng)導(dǎo)的伯爾尼大學(xué)研究人員在實驗室中對小鼠進行了以這種方式修飾的腸道細菌的實驗。該團隊收集了實驗動物的糞便樣本，從中分離出細菌DNA，并使用高通量DNA測序?qū)ζ溥M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。

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