尽管基因相同，细菌在形状和大小上可能会有很大差异。这些差异是否影响细菌的功能一直是一个未解之谜。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的不同形式进行了表征，并证明了细胞类型与代谢功能之间的联系。这些发现为深入了解肠道微生物多样性铺平了道路，并为基于微生物组的治疗开辟了新的可能性。该研究最近发表在《Cell Reports》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，即使是来自同一物种且具有相同遗传组成的细菌也可能会有不同的外观。
Bacteroides属就是一个很好的例子，它代表了一些最常见的肠道细菌，并表现出显著的形态变异。这意味着它们有不同的形状和大小，被称为形态型。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仍不甚了解。
形态决定功能
分析显示，即使在一个看似同质的细菌培养物中，不同细胞形态之间也存在显著的基因活性差异。“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Élise Bornet补充道，“它们表明细菌细胞大小的差异不仅仅是由于细胞周期。相反，这似乎是一种共生体为了在像人体肠道这样动态的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和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，这些标记不仅典型地存在于细胞类型中，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只需要少量材料。事实上，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，也为研究界提供了一个有价值的工具，”Westermann说。“未来，我们的技术可以帮助研究人员识别单个细胞中的基因活性差异——不仅在Bacteroides中，也在其他微生物群物种中，”Bornet补充道。
获得的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，更好地理解其多样性可以为新型微生物组疗法奠定基础。
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