對整個腸道的細(xì)菌基因表達(dá)模式進(jìn)行無創(chuàng)測量，對于了解體內(nèi)微生物群生理學(xué)和病理生理學(xué)很重要。但目前為止，還沒有不干擾正常生理的方法來了解體內(nèi)微生物群的動態(tài)信息。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員對細(xì)菌進(jìn)行了改造，使其能夠充當(dāng)數(shù)據(jù)記錄器并記錄基因活動的信息，并在小鼠身上成功測試了這些細(xì)菌。這是未來在醫(yī)學(xué)中使用“傳感器細(xì)菌”的重要一步，例如診斷營養(yǎng)不良或了解哪種飲食適合患者。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物工程教授藍(lán)道爾·普拉特領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)了這種所謂的“傳感器細(xì)菌”。他改進(jìn)了自己數(shù)年前研發(fā)的Record-seq技術(shù)，將一種有益的梭菌細(xì)菌的CRISPR陣列引入到腸道細(xì)菌大腸桿菌的菌株中。通過從RNA獲取CRISPR間隔子進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄記錄使工程化細(xì)菌能夠連續(xù)記錄細(xì)菌群體中基因表達(dá)的歷史。

安德魯·麥克弗森教授領(lǐng)導(dǎo)的伯爾尼大學(xué)研究人員在實驗室中對小鼠進(jìn)行了以這種方式修飾的腸道細(xì)菌的實驗。該團隊收集了實驗動物的糞便樣本，從中分離出細(xì)菌DNA，并使用高通量DNA測序?qū)ζ溥M(jìn)行分析。利用生物信息學(xué)，研究人員能夠從大量數(shù)據(jù)中重建信使RNA片段的遺傳信息。因此，科學(xué)家們能夠非侵入性地確定腸道細(xì)菌在體內(nèi)停留期間產(chǎn)生哪種信使RNA分子的頻率，從而確定哪些基因是活躍的。

通過將“傳感器細(xì)菌”分別施用于患有腸道炎癥的小鼠和健康小鼠，研究人員能夠識別腸道中的炎癥反應(yīng)，并確定切換到炎癥模式的腸道細(xì)菌的特定信使RNA譜。在對喂食不同食物的小鼠進(jìn)行的實驗中，研究人員還展示了細(xì)菌如何使它們的新陳代謝適應(yīng)各自的營養(yǎng)供應(yīng)。這項研究為飲食、炎癥和體內(nèi)微生物相互作用如何塑造哺乳動物宿主的健康提供了額外的視角。