肠道内存在哪些微生物，它们在哪里？康奈尔大学的研究人员开发了一种成像工具，可以创建数百种不同微生物物种的位置和特征的复杂空间地图，例如构成肠道微生物区系的微生物。这个工具将帮助科学家了解复杂的微生物群落如何相互作用以及它们的环境，也就是我们。
该小组的论文“微生物群落高度可重复使用的空间图”于12月2日发表在杂志《自然》上。本文的主要作者是博士生石昊。'18。
“我们体内的细菌群落在人类健康和生物学中起着重要作用，这些微生物种类繁多。我们从DNA测序等技术中知道这一点，这些技术创建了一个存在于社区中的细菌物种列表，”罗伯特n诺伊斯说，他是梅尼格生物医学工程学院生命科学与技术的助理教授，也是这篇论文的资深作者伊维因德勃拉曼克。
他说：“然而，了解这些微生物之间空间相互作用的工具非常有限，了解这些微生物的代谢以及它们如何与宿主相互作用非常重要。”
德和施着手建立一种两步成像方法，即利用荧光原位杂交技术(HiPR-FISH)以较高的系统发育分辨率定位微生物组。他们与生物医学工程副教授、蒙哥家族生物医学工程70周年院士助理教授Warren Zipfel以及Ilana Brito实验室合作，整合更多影像学和微生物学方面的专业知识。
为了定位微生物群落，研究人员设计了一种寡核苷酸探针，根据特征基因序列16S核糖体RNA的存在，靶向特定的细菌细胞。他们制作了另一套探针，用荧光团标记细胞。然后，该团队使用共焦显微镜用激光照射荧光标记，然后他们使用机器学习和定制软件解码荧光光谱并解释图像，从而产生了一种高效且具有成本效益的单细胞分辨率技术。
研究人员为他们的空间地图创建了一个调色板，其中包含10种基本颜色的混合，总共可以“绘制”出1023种大肠杆菌可能的颜色组合，每种颜色都用独特的二进制条形码进行荧光标记。
德勃拉曼克说：“成像本身会产生非常美丽和丰富的图像，其中所有细菌细胞都有不同的颜色。”“然而，为了对微生物的相互作用有一个定量的了解，细胞之间的距离、簇的大小等。您需要能够通过计算机以自动化的方式解释这些信息，以便将此图像转换为微生物的数字表示。社区。”
该团队将其技术应用于两个不同的系统：小鼠肠道菌群和人类口腔菌斑菌群。对于肠道微生物群，他们可以证明抗生素治疗是如何破坏不同细菌之间的空间联系的。
空间图谱可能是研究和可能治疗一系列主要由细菌引起的疾病的重要工具，如炎症性肠病、结直肠癌和感染。
“我们想进一步研究微生物区系在其中发挥重要作用的系统的生物学，并试图了解当你生病时，这些空间动态是如何变化的，”石说。“我们想看看是否能提供任何线索和治疗见解，我们可以用它们来帮助人们。”
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