Science I 空间分辨细菌转录组解析：bacterial-MERFISH技术的革新应用

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来源：胡少芳

2025-02-18 14:51:02

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核心提示：近日，《Science》发表了一项革新技术——bacterial-MERFISH，该技术结合膨胀显微镜和MERFISH，实现了细菌转录组的高分辨率空间解析，为研究细菌生理、抗性及致病性提供了新视角，尤其擅长分析不可培养菌的转录组，开启了微生物学研究的新篇章。

在微生物学领域，对细菌转录组的深入解析一直是揭示细菌生理活动、抗性机制及致病性的关键。特别是在复杂的生物膜（biofilms）结构和肠道微环境等高度拥挤的环境中，细菌间的转录异质性对于理解微生物群落的功能和动态变化至关重要。然而，传统的分析方法往往受限于这些复杂环境，难以提供高分辨率的转录组信息。近日，一项发表在《Science》上的研究，通过开发bacterial-MERFISH技术，为空间分辨地解析细菌转录组带来了革命性的突破。

Bacterial-MERFISH概览；以及结合此技术分析原位分析细菌转录的异质性等[1]。

bacterial-MERFISH技术结合了优化的膨胀显微镜（expansion microscopy）和多重错误校正荧光原位杂交（MERFISH），实现了对细菌细胞的千倍膨胀，从而能够标记并分析上千个操纵子。这一技术上的革新，使得研究人员能够在单个细菌细胞内以及细菌间，以前所未有的分辨率观察转录组的异质性。

该技术的应用前景广阔。首先，通过分析细菌在碳源营养转换和饥饿过程中的转录反应，研究人员能够揭示细菌群体在环境变化中的协同与异质性，这对于理解细菌的生态适应性和群落演替具有重要意义。其次，bacterial-MERFISH技术还能够揭示细菌内mRNA的定位与基因组/编码蛋白之间的关联，为揭示基因表达调控的精细机制提供了有力工具。此外，该技术还被用于研究共生菌如何调节转录以适应肠道微环境，这对于理解肠道微生物群落的功能及其对宿主健康的影响具有深远意义。

细菌基因组协调mRNA的空间定位[1]。

尤为值得一提的是，bacterial-MERFISH技术对不可培养菌的研究具有独到优势。在传统方法中，由于不可培养菌难以在实验室条件下生长，因此对其转录组的研究一直是一大难题。而bacterial-MERFISH技术则能够在不依赖细菌培养的情况下，直接观察并分析其转录组，为这类细菌的研究开辟了新的途径。

综上所述，bacterial-MERFISH技术的开发和应用，标志着细菌转录组研究迈入了一个新的阶段。这一技术不仅提供了高分辨率的转录组信息，还为揭示细菌生理活动、抗性机制及致病性等关键问题提供了有力工具。随着该技术的不断发展和完善，我们有理由相信，它将在微生物学领域发挥越来越重要的作用，为揭示微生物世界的奥秘做出更大贡献。

参考文献：

[1] A. Sarfatis, Y. Wang, N. Twumasi-Ankrah, and J. R. Moffitt, “Highly multiplexed spatial transcriptomics in bacteria,” Science (80-. )., vol. 387, no. 6732, p. eadr0932, Jan. 2025, doi: 10.1126/science.adr0932.

[2] F. Chen, P. W. Tillberg, and E. S. Boyden, “Optical imaging. Expansion microscopy.,” Science, vol. 347, no. 6221, pp. 543–548, Jan. 2015, doi: 10.1126/science.1260088.

[3] H. G. J. Damstra, B. Mohar, M. Eddison, A. Akhmanova, L. C. Kapitein, and P. W. Tillberg, “Visualizing cellular and tissue ultrastructure using Ten-fold Robust Expansion Microscopy (TREx).,” Elife, vol. 11, Feb. 2022, doi: 10.7554/eLife.73775.

[4] D. Sarkar et al., “Revealing nanostructures in brain tissue via protein decrowding by iterative expansion microscopy.,” Nat. Biomed. Eng., vol. 6, no. 9, pp. 1057–1073, Sep. 2022, doi: 10.1038/s41551-022-00912-3.

[5] K. H. Chen, A. N. Boettiger, J. R. Moffitt, S. Wang, and X. Zhuang, “Spatially resolved, highly multiplexed RNA profiling in single cells,” Science (80-. )., vol. 348, no. 6233, p. aaa6090, Apr. 2015, doi: 10.1126/science.aaa6090.

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr0932