微生物组成像技术揭示了肠道细菌的混合组织

人体肠道微生物组的破坏与几种疾病相关，包括肥胖和癌症。然而，关于人类肠道中近1,000种细菌物种的空间组织知之甚少，这可能影响物种彼此之间以及与宿主相互作用的方式。

在一项新的合作研究中，伍兹霍尔海洋生物实验室，福赛思研究所和圣路易斯华盛顿大学的科学家们在无菌小鼠中建立了一个简化的模拟人体肠道微生物组，并通过在该系统开发的成像技术揭示其结构。 MBL。该研究发表在本周的“美国国家科学院院刊”上。

研究的第一作者，MBL科学家杰西卡马克韦尔奇说：“我们认为我们会看到细菌簇，一些物种聚集在食物颗粒周围，其他物种聚集在肠道粘液层中，这些物质将细菌与宿主组织分开。” 。“相反，我们看到了一个混合社区，每个细胞往往紧挨着不同物种的细胞。”粘液层附近和肠道内部(管腔)的细菌群落看起来相似，其中消化的食物被肌肉收缩所推动。

“该研究表明，宿主正在混合微生物，防止形成大量单一细菌，”Mark Welch说。“宿主通过将粘液和上皮细胞分解到腔内，并通过机械混合肠道内容物来实现这一点。可能这种混合创造了一个进化稳定的微生物群落。”

马萨诸塞州剑桥市福赛思研究所的资深作者加里·博里西说：“以前没有人以这种方式研究这种复杂的微生物群落。如果我们真的想了解微生物组的作用，只知道哪些微生物存在是不够的。我们还必须了解他们正在做什么，他们正在谈论什么以及为什么。这个问题的部分答案是弄清楚谁是旁边谁和谁在旁边什么。”

了解微生物组的空间结构是一个年轻的领域，这些研究人员正在通过他们的新型成像技术开拓。他们在模型肠道中看到的与他们之前对人类牙菌斑的研究形成鲜明对比，他们在那里发现了高度有组织的细菌物种组合。

“我们并不完全理解为什么微生物组织在口腔和肠道中的组织如此不同，”马克韦尔奇说。“它可能与流速有关。在口腔中，如果细菌不粘附在某物上 - 无论是彼此还是宿主 - 它们会在几秒钟内进入胃中。在肠道中，流动内容发生在几小时而不是几秒钟的时间范围内。“

Mark Welch和合作者目前正在探索许多人类和海洋生态系统中的微生物组织，包括人类舌头，墨鱼肠道，海藻表面和海洋塑料碎片。

他们的成像技术使研究人员能够使用称为组合标记和光谱成像 - 荧光原位杂交(CLASI-FISH)的技术同时成像和鉴定15种或更多微生物类群。该团队的模型肠道微生物组包含15种通常在人体肠道中丰富的细菌物种。