Nat Commun：微生物組的可靠“時鐘”
小楊 / 2019-10-14 06:43:08
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 盡管人類微生物組在過去幾年中受到了人們的廣泛關(guān)注，但一直以來難以觀察其在各種刺激下隨時間變化的情況。最常見的分析方法是從糞便樣本中提取細菌，然后對它們的基因組進行測序，但是這種方法會丟失腸道中細菌的位置和時間等關(guān)鍵信息。
如今，來自哈佛大學的研究人員創(chuàng)建的一種新工具提供了解決此問題的方法，他們設(shè)計改造了一部分細菌基因，可以用于檢測和記錄菌群隨著時間變化的情況。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近的《Nature communications》雜志上。
（圖片來源：pixabay）
該系統(tǒng)使用“基因電路”，作為測量細菌生長的遺傳“時鐘”。該調(diào)控因子由三個細菌基因組成，這些細菌基因編碼三種蛋白質(zhì)（tetR，cl和lacI），每種蛋白質(zhì)均阻斷其他一種蛋白質(zhì)的表達。這些基因被鏈接到一個負反饋回路中，因此當一種阻斷蛋白的濃度降低到一定水平以下時，受其影響的蛋白就會順利表達出來，從而阻止了第三種蛋白的表達，并且進行不斷重復，形成周期效應(yīng)。
當將所有三個基因都插入質(zhì)粒并轉(zhuǎn)入細菌后，完成的負反饋循環(huán)次數(shù)可以作為細菌經(jīng)歷了多少次細胞分裂的記錄。每當細菌分裂時，存在于細胞質(zhì)中的任何負調(diào)控蛋白都會被稀釋，因此它們的濃度會逐漸下降并觸發(fā)循環(huán)中下一個蛋白的表達。
研究人員將這三種阻抑蛋白中的每一種與不同顏色的熒光分子偶聯(lián)，并開發(fā)了一種稱為RINGS（單細胞水平基于阻抑劑的生長推斷）的成像工作流程，以追蹤細菌生長過程中不同時間點表達的蛋白。作者說：“基于這些負調(diào)控蛋白在起始菌落的單一細菌中具有活性，隨著細菌菌落的向外生長，菌落隨之產(chǎn)生了不同的熒光，呈樹環(huán)狀特征。熒光環(huán)的模式記錄了自生長開始以來發(fā)生了多少次循環(huán)，我們可以分析該模式以研究不同細菌之間和不同環(huán)境下的生長速率如何變化?！?br />
使用RINGS，該團隊能夠成功追蹤體外培養(yǎng)的幾種不同細菌的細胞分裂，并觀察到，當細菌在小鼠腸道提取的樣品上生長（模擬復雜的微環(huán)境），或暴露于抗生素中時，細菌的再加壓周期的長度保持一致。（以模擬壓力條件和不一致的生長方式）?？傊髡呦Ｍ麄兊男滦凸ぞ哂兄趧討B(tài)追蹤腸道微生物的生長情況。
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