介绍一种新型 GPS(胃肠益生菌监测)

一种技术可以实时追踪益生菌

在过去的三十年里,公众对益生菌的认识显著提高。曾经只被认为是一种有趣的健康衍生物,支持细菌在我们日常生活中有益作用的证据已经变得司空见惯。几种益生菌已被证明是预防感染和慢性疾病的手段。

然而,有一个问题一直困扰着医学专业人士和微生物学研究人员:“益生菌在体内能存活多久?” 之所以没有答案,并非因为没有人尝试过。多年来,研究人员一直试图用各种方法来提供一个确切的时间表。

实验室模型提供了一些视角,但它们没有考虑到人类胃肠道的生态性质。对小鼠等动物的研究表明,益生菌可以存活数天,但这些数据无法与人体内的情况相匹配。最近涉及模仿肠道系统的分析和人体志愿者显示,时间会显著缩短。

但现在,可能有一种方法可以更好地了解益生菌在肠道内的旅程。上周,一个瑞典研究小组公布了一种追踪细菌实时运动的新方法,至少在小鼠身上是这样。这个过程是各种科学进步的迷人融合,并可能提供机会来具体回答益生菌持久性这一普遍存在的问题。

这项研究选择的细菌是注册乳杆菌 (Lactobacillus reuteri)。它是一种公认的益生菌,已被用于研究以帮助预防多种慢性疾病,如婴儿绞痛和高胆固醇。在小鼠身上,这种益生菌已被证明能够定植,并可能在肠道中存活。对研究人员来说,这是测试的理想菌种。

该团队在实验室中使用了多种方法来实时观察细菌。对于实验室培养,他们侧重于荧光,其中一种名为mCherry的蛋白质在暴露于黄光后会发出红光。该蛋白质可以被整合到细菌中以进行可视化。利用这种蛋白质,他们可以轻松识别注册乳杆菌如何与肠道细胞相互作用。但要识别小鼠体内的细菌,他们需要采用另一种方法。

他们选择了一种称为体内分子成像的技术。与磁共振成像(MRI)类似,将一个人体或本研究中的小鼠等活体生物置于一个腔室中,并暴露于各种不可见射线。但与使用磁场和无线电波的MRI不同,这种成像技术不发射任何东西。相反,它只检测能够发出自然光(一种称为发光的现象)的分子。结果是生物体的黑暗轮廓,内部可见明亮的斑点。

为了确保注册乳杆菌可以在小鼠体内被追踪,该团队必须给这种细菌一个发光的可能性。幸运的是,有一个方法可以做到这一点。来自叩头虫的一种已知能形成红光的蛋白质已被用于细菌研究,以观察小鼠体内的感染。该研究小组决定使用相同的蛋白质来观察益生菌的进展。通过基因技术,研究团队将负责产生这种蛋白质的基因赋予了他们测试的细菌。

实验的下一阶段是最关键的。给小鼠喂食不同浓度的细菌,然后进行成像,希望能发现体内的细菌。该团队观察了小鼠三个小时,希望看到肠道内的实时运动。

测试结束后,图像被对齐,正如预期的那样,细菌被追踪到了。喂食后立即,他们可以在胃中看到细菌。一小时后,一些细菌已经迁移到肠道的尽头,但大多数仍在肠道中。到第三个小时,益生菌似乎大部分已经消失了。

对作者来说,实时分析揭示了一种追踪体内益生菌的新方法。该技术提供了一种非侵入性的方法,可以更好地了解这些细菌在体内的行为。虽然这项研究是初步的,而且仍然只在小鼠身上进行,但人们对持久性问题有了答案的希望。那么,我们就能最终知道益生菌在体内停留多久,以及我们可以期望它们的益处持续多久。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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