尽管基因相同，细菌在形状和大小上可以有很大差异。这些变异是否影响细菌的功能一直是个未解之谜。亥姆霍兹RNA感染研究所（HIRI）和维尔茨堡大学（JMU）微生物学系的研究人员现在对肠道细菌Bacteroides thetaiotaomicron的不同形态进行了表征。
他们证明了细胞类型与代谢功能之间的联系。这些发现为我们深入了解肠道微生物多样性以及开发基于微生物组的新疗法提供了新的可能性。该研究最近发表在《细胞报告》杂志上。
人体肠道内寄居着一个多样化的微生物群落。这些细菌通过支持消化和保护机体免受疾病，在维持我们的健康方面发挥着至关重要的作用。它们表现出极大的多样性，不仅在物种层面存在差异，即使是同一物种、具有相同遗传组成的细菌也可能看起来不同。
以Bacteroides属为例，这是最常见的肠道细菌之一，其形态变化显著。这意味着它们有不同的形状和大小，称为形态型。直到现在，这种多样性背后的分子机制及其对细菌功能的潜在影响尚不清楚。
形态决定功能
分析显示，即使在看似均匀的细菌培养物中，不同细胞形态之间的基因活性也存在显著差异。“许多这些基因负责产生参与代谢的蛋白质。这表明形态分化是由于代谢特化所致，”主要作者Alexander Westermann解释道。他是HIRI的附属科学家和JMU的教授。
“我们的结果出乎意料，”Westermann实验室的博士生、该研究的第一作者Élise Bornet补充说。“它们表明，细菌细胞大小的差异不仅仅是因为细胞周期。相反，这似乎是共生菌为了在动态的人类肠道环境中生存而采取的一种策略。”
一种新方法
首先，研究人员根据细菌的大小对其进行分离和分类。为了表征基因活性的差异，研究团队与HIRI的Emmanuel Saliba小组密切合作，开发了一种超灵敏的RNA测序方法。这项技术使得能够确定并分析生物样本中的核糖核酸（RNA）含量。
此外，研究人员使用了一种称为荧光原位杂交的染色方法，可以直接在细胞中可视化转录本。这使团队能够识别不同表达的基因作为特定细胞形状的生物标志物。研究人员发现，这些标记不仅仅是细胞类型的典型特征；其中一些甚至在细胞大小的决定中起因果作用。
新方法的一个优势是它只需要少量的材料。实际上，只需几个细胞就足够进行分析。“我们的协议不仅对我们当前的研究很重要，而且对整个研究界也是一个有价值的工具，”Westermann说。“未来，我们的技术可以帮助研究人员识别单个细胞——无论是Bacteroides还是其他微生物群物种——中的基因活性差异，”Bornet补充道。
这些见解可能为医学开辟新的可能性。由于Bacteroides细菌执行重要功能，对其多样性的更好理解可能为新型基于微生物组的疗法奠定基础。
(全文结束)
