在单细胞水平上解剖细菌感染

技术进步使得对单个细菌感染的人类细胞的分析变得可行，维尔茨堡的研究人员利用这项技术为沙门氏菌感染过程提供了新的见解。该研究刚刚发表在Nature Microbiology上。传染病是全世界死亡的主要原因。新型疗法或疫苗的开发需要更好地了解病毒，病原真菌或细菌如何引起疾病。一些细菌病原体如沙门氏菌侵入并在人体细胞内复制。科学正在稳步地将其重点转向研究受感染的细胞以及个体宿主细胞之间的差异如何影响细胞对病原体的反应。

由维尔茨堡大学的JörgVogel教授领导的研究小组在该领域取得了重大进展。他们开发了一种新技术，可以让他们研究个体宿主细胞与感染细菌的相互作用。本研究基于JörgVogel分子感染生物学研究所的团队，医学系的核心单位系统医学和伦敦帝国理工学院的研究人员之间的密切合作。他们的研究结果现已发表在科学杂志“ 自然微生物学”上。

沙门氏菌追求两种策略

该团队使用一种名为“单细胞RNA-seq”的技术来研究沙门氏菌对巨噬细胞的感染。巨噬细胞是属于白细胞群的免疫细胞。另一方面，沙门氏菌是可能被摄入受污染的水或食物引起的致病细菌，引起局部胃肠炎和腹泻。然而，在免疫功能低下的患者中，沙门氏菌可能在整个身体内传播并导致危及生命的疾病。

在巨噬细胞入侵后，沙门氏菌采取两种策略：细菌在宿主细胞内复制至高数量或采用非生长状态，使其能够在宿主体内持续存在多年。“这种不同的生长行为会影响疾病的进展，并在抗生素治疗的成功中起主要作用”，首席研究员JörgVogel说。

分析感染沙门氏菌的单个巨噬细胞

迄今为止，很少有人知道巨噬细胞是否以及如何对这些不同的细胞内沙门氏菌生活方式做出反应。为了回答这个问题，维尔茨堡科学家在实验室培养巨噬细胞并用沙门氏菌感染它们。

随后提取来自感染细胞的RNA并使用深度测序分析，导致每个巨噬细胞检测超过5,000种不同的转录物。这些关于宿主基因表达的数据与关于细胞内病原体的生长行为的信息相结合。

结果：含有非生长细菌的巨噬细胞采用与炎症相关的标志性特征。它们表达信号分子以将更多的免疫细胞吸引到感染部位。在这方面，他们对遇到沙门氏菌但未被感染的巨噬细胞的反应相似。“这些巨噬细胞无法检测到它们的细胞内细菌 - 它们低于它们的雷达，”该研究的第一作者Emmanuel Saliba解释道。

相反，具有快速生长的细菌的巨噬细胞产生抗炎反应。这些有趣的结果打开了许多问题，沙门氏菌会引发这种不同的反应吗?他们是否操纵巨噬细胞，因此他们不会发出警报以促进细菌逃避免疫反应?是否存在沙门氏菌无法执行此操作的情况?在这些情况下，是否还会有免疫反应迫使细菌转变为静息生长状态?

对许多生物医学领域感兴趣

“目前我们只是看了感染后的一个时间点，因此无法区分原因和后果”，团队的另一名成员Alexander Westermann解释道。需要进行后续研究。尽管如此，目前的研究结果已经为宿主对病原微生物的反应提供了新的视角。使用这项新技术，可以以前所未有的分辨率研究细菌感染 - 即在单细胞水平上。

在维尔茨堡核心单位系统医学中建立的方法应该对许多其他生物医学项目非常感兴趣。“其中，肿瘤细胞的异质性或药物对单细胞的影响可能会以不明的准确度进行分析，”Vogel教授说。