技術(shù)進(jìn)步使得對(duì)單個(gè)細(xì)菌感染的人類細(xì)胞的分析變得可行，維爾茨堡的研究人員利用這項(xiàng)技術(shù)為沙門氏菌感染過程提供了新的見解。該研究剛剛發(fā)表在Nature Microbiology上。傳染病是全世界死亡的主要原因。新型療法或疫苗的開發(fā)需要更好地了解病毒，病原真菌或細(xì)菌如何引起疾病。一些細(xì)菌病原體如沙門氏菌侵入并在人體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制?？茖W(xué)正在穩(wěn)步地將其重點(diǎn)轉(zhuǎn)向研究受感染的細(xì)胞以及個(gè)體宿主細(xì)胞之間的差異如何影響細(xì)胞對(duì)病原體的反應(yīng)。

由維爾茨堡大學(xué)的JörgVogel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在該領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。他們開發(fā)了一種新技術(shù)，可以讓他們研究個(gè)體宿主細(xì)胞與感染細(xì)菌的相互作用。本研究基于JörgVogel分子感染生物學(xué)研究所的團(tuán)隊(duì)，醫(yī)學(xué)系的核心單位系統(tǒng)醫(yī)學(xué)和倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員之間的密切合作。他們的研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在科學(xué)雜志“ 自然微生物學(xué)”上。

沙門氏菌追求兩種策略

該團(tuán)隊(duì)使用一種名為“單細(xì)胞RNA-seq”的技術(shù)來研究沙門氏菌對(duì)巨噬細(xì)胞的感染。巨噬細(xì)胞是屬于白細(xì)胞群的免疫細(xì)胞。另一方面，沙門氏菌是可能被攝入受污染的水或食物引起的致病細(xì)菌，引起局部胃腸炎和腹瀉。然而，在免疫功能低下的患者中，沙門氏菌可能在整個(gè)身體內(nèi)傳播并導(dǎo)致危及生命的疾病。

在巨噬細(xì)胞入侵后，沙門氏菌采取兩種策略：細(xì)菌在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制至高數(shù)量或采用非生長(zhǎng)狀態(tài)，使其能夠在宿主體內(nèi)持續(xù)存在多年。“這種不同的生長(zhǎng)行為會(huì)影響疾病的進(jìn)展，并在抗生素治療的成功中起主要作用”，首席研究員JörgVogel說。

分析感染沙門氏菌的單個(gè)巨噬細(xì)胞

迄今為止，很少有人知道巨噬細(xì)胞是否以及如何對(duì)這些不同的細(xì)胞內(nèi)沙門氏菌生活方式做出反應(yīng)。為了回答這個(gè)問題，維爾茨堡科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)巨噬細(xì)胞并用沙門氏菌感染它們。

隨后提取來自感染細(xì)胞的RNA并使用深度測(cè)序分析，導(dǎo)致每個(gè)巨噬細(xì)胞檢測(cè)超過5,000種不同的轉(zhuǎn)錄物。這些關(guān)于宿主基因表達(dá)的數(shù)據(jù)與關(guān)于細(xì)胞內(nèi)病原體的生長(zhǎng)行為的信息相結(jié)合。

結(jié)果：含有非生長(zhǎng)細(xì)菌的巨噬細(xì)胞采用與炎癥相關(guān)的標(biāo)志性特征。它們表達(dá)信號(hào)分子以將更多的免疫細(xì)胞吸引到感染部位。在這方面，他們對(duì)遇到沙門氏菌但未被感染的巨噬細(xì)胞的反應(yīng)相似。“這些巨噬細(xì)胞無法檢測(cè)到它們的細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌 - 它們低于它們的雷達(dá)，”該研究的第一作者Emmanuel Saliba解釋道。

相反，具有快速生長(zhǎng)的細(xì)菌的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生抗炎反應(yīng)。這些有趣的結(jié)果打開了許多問題，沙門氏菌會(huì)引發(fā)這種不同的反應(yīng)嗎?他們是否操縱巨噬細(xì)胞，因此他們不會(huì)發(fā)出警報(bào)以促進(jìn)細(xì)菌逃避免疫反應(yīng)?是否存在沙門氏菌無法執(zhí)行此操作的情況?在這些情況下，是否還會(huì)有免疫反應(yīng)迫使細(xì)菌轉(zhuǎn)變?yōu)殪o息生長(zhǎng)狀態(tài)?

對(duì)許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域感興趣

“目前我們只是看了感染后的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，因此無法區(qū)分原因和后果”，團(tuán)隊(duì)的另一名成員Alexander Westermann解釋道。需要進(jìn)行后續(xù)研究。盡管如此，目前的研究結(jié)果已經(jīng)為宿主對(duì)病原微生物的反應(yīng)提供了新的視角。使用這項(xiàng)新技術(shù)，可以以前所未有的分辨率研究細(xì)菌感染 - 即在單細(xì)胞水平上。

在維爾茨堡核心單位系統(tǒng)醫(yī)學(xué)中建立的方法應(yīng)該對(duì)許多其他生物醫(yī)學(xué)項(xiàng)目非常感興趣。“其中，腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性或藥物對(duì)單細(xì)胞的影響可能會(huì)以不明的準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，”Vogel教授說。