细菌具有录音功能创建监控肠道健康
我们的直觉是无数的细菌,帮助我们消化食物。但体内微生物到底会怎么做呢?酶做生产,什么时候?如何帮助我们避免疾病的细菌代谢促进健康的食物吗?
得到这些问题的答案,研究生物系统科学与工程学系苏黎世ETH巴塞尔改造过的细菌,它们作为数据记录器的基因活动的信息。与科学家们一起伯尔尼大学医院和伯尔尼大学的,他们现在在老鼠身上测试了这些细菌。这是一个重要的一步利用传感器的细菌在未来在医学诊断等应用营养不良和理解,饮食对一个人有好处。
免疫系统成为数据记录器
数据记录器功能被开发在过去的几年中兰德尔·普拉特所领导的研究小组,苏黎世联邦理工学院的生物工程教授。要做到这一点,他们雇佣CRISPR-Cas机制,这是一种天然的免疫系统存在很多细菌物种。如果细菌病毒的攻击,他们可以将病毒DNA或RNA片段合并到自己的部分基因组称为CRISPR数组。这让他们的细菌“记住”病毒有联系,使他们能够抵御未来的病毒攻击以更大的速度。
把这个机制作为一个数据记录器,研究人员并不关心病毒入侵的DNA片段,但关注别的事情:机制可以利用,这样细菌合并片段自己的信使核糖核酸(mRNA) CRISPR数组。信使rna分子细胞用来制造蛋白质的蓝图。因此,信使rna片段可以揭示哪些基因被用于构建蛋白质执行细胞功能。
为了使这个方法有效,科学家们介绍了CRISPR数组的细菌物种Fusicatenibacter saccharivorans的肠道细菌大肠杆菌菌株,这被认为是安全的人类和可以作为益生菌。包括转移酶逆转录酶的蓝图,这是能够转录RNA到DNA。这种酶也把信使rna中的信息转录到DNA的形式,以及陪同CRISPR-associated蛋白质是必要的DNA片段整合到CRISPR数组。
获取信息没有打扰
接下来,伯尔尼大学医院的研究人员和伯尔尼大学的安德鲁·麦克弗森领导的管理这些修改后的肠道细菌在实验室老鼠。他们收集了动物的粪便样本,隔离细菌DNA,然后用高通量DNA测序分析。后续生物信息学评估,执行和评估合作,他们能够完成的质量数据和重建信使rna片段的遗传信息。这使得科学家们决定通过无创性手段多久肠道细菌制造的一个给定的信使rna分子在体内的时间,因此哪些基因是活跃的。
“这新方法让我们直接从肠道获取信息,而不必打扰肠道功能,”安德鲁·麦克弗森说,教授和大学医院胃肠病学主任伯尔尼。因此,方法主要优势内窥镜检查,可对患者不愉快,总是涉及到令人不安的肠道功能,内部需要的考试。
确定的饮食状况
“细菌非常擅长注册环境条件和饮食等新陈代谢适应新形势变化,”麦克弗森说。与不同的食物的老鼠实验,研究人员能够展示细菌新陈代谢适应各自的营养供应。一份报告的发现已经发表在最新一期的《Sciencecall_made》杂志上。
研究人员想要进一步发展的方法,这一天他们可以研究人类患者如何饮食影响肠道生态系统以及这如何影响健康。在未来,他们希望使用这种方法来确定儿童或成人的饮食状况。有了这些信息,医生能够诊断营养不良或决定病人是否需要营养补充剂。
此外,研究人员能够识别在肠道炎症反应。研究人员管理传感器细菌小鼠肠道炎症以及健康的小鼠。通过这种方式,他们可以识别特定的信使rna的肠道细菌,切换到炎症模式。
区分不同的细菌
目前在《科学》杂志上发表的研究包括一个科学发展,使研究人员能够区分两个互相的菌株基于个体遗传“条形码”。在未来,这将有可能调查实验室动物基因突变细菌的功能。这将使科学家能够比较不同细菌的mRNA概要文件,如正常相比,突变体细菌。由于分子数据记录器,可以确定此概要,首次通过肠道不仅达到粪便细菌时,这样的信息显示发生了什么当细菌仍生活在肠道。
另一个可能的大道是进一步发展系统区分细菌的RNA概要文件小,大肠。此外,数据记录器功能可以被纳入其他类型的细菌。这将打开门在环境监测中的应用。分析土壤细菌从作物领域,例如,将建立除草剂是否被使用。
安全应用程序可能
方法本身的研究人员提交专利申请和RNA特点概要文件签名的某些营养分子和肠道健康的指标。
传感器可以使用细菌之前走出实验室,包括在人类患者,科学家们仍然需要澄清各种安全和法律问题,随着转基因细菌。“原则上,有使用转基因微生物生活的方式作为医学诊断或治疗代理,提供某些条件满足,”普拉特说。这是有可能的,例如,修改传感器的细菌,以便他们需要一定的营养,因此只能存活一个病人的肠道内。一旦这些特定的肠道细菌离开,他们会死。下一步是将合适的安全机制对在医学上的应用方法。
参考:施密特F,齐默尔曼J,坦拿T, et al。的无创性评估肠道功能使用转录录音前哨细胞。科学。2022,376 (6594):eabm6038。doi:10.1126 / science.abm6038
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