“感測器細菌”可獲取腸道健康資訊

近日，瑞士科學家利用基因改造過的細菌做資料記錄器，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微生物群的基因活動資訊。該研究將推動非侵入式腸道疾病診斷的發展，並且表明轉錄記錄具有生物醫學研究和未來生物醫學診斷應用的潛力。相關成果發表在《科學》雜誌上。

對整個腸道的細菌基因表達模式進行無創測量，對於瞭解體內微生物群生理學和病理生理學很重要。但目前為止，還沒有不干擾正常生理的方法來了解體內微生物群的動態資訊。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院研究人員對細菌進行了改造，使其能夠充當資料記錄器並記錄基因活動的資訊，並在小鼠身上成功測試了這些細菌。這是未來在醫學中使用“感測器細菌”的重要一步，例如診斷營養不良或瞭解哪種飲食適合患者。

蘇黎世聯邦理工學院生物工程教授藍道爾·普拉特領導研發了這種所謂的“感測器細菌”。他改進了自己數年前研發的Record-seq技術，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間隔子進行的轉錄記錄使工程化細菌能夠連續記錄細菌群體中基因表達的歷史。

安德魯·麥克弗森教授領導的伯爾尼大學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，並使用高通量DNA測序對其進行分析。利用生物資訊學，研究人員能夠從大量資料中重建信使RNA片段的遺傳資訊。因此，科學家們能夠非侵入性地確定腸道細菌在體內停留期間產生哪種信使RNA分子的頻率，從而確定哪些基因是活躍的。

通過將“感測器細菌”分別施用於患有腸道炎症的小鼠和健康小鼠，研究人員能夠識別腸道中的炎症反應，並確定切換到炎症模式的腸道細菌的特定信使RNA譜。在對餵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各自的營養供應。這項研究為飲食、炎症和體內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。