一、核心摘要

在微生物学领域，尤其是病原菌的研究中，科学家们一直致力于探索病原菌在宿主体内的传播、定植以及与宿主相互作用的复杂过程。然而，由于病原菌在宿主体内的动态变化难以直接观察，这些过程长期以来一直是微生物学研究中的“黑匣子”。随着条码标记技术的出现，这一局面正在被打破。近期发表在《eLife》杂志上的一项研究，通过使用STAMPR(Sequence Tag-based Analysis of Microbial Populations in R)分析框架和一个包含约55000个独特条码的鼠伤寒沙门氏菌库，揭开了鼠伤寒沙门氏菌在小鼠体内传播与定植的神秘面纱，展现了这一技术在病原菌研究中的巨大潜力。

关键词：鼠伤寒沙门氏菌；传播动态；条码标记技术

二、条码标记技术

条码标记技术是一种通过在微生物基因组中插入独特的短序列（条码）来标记不同菌株的方法。这些条码可以被看作是每个菌株的“身份标识”，通过高通量测序技术，研究人员可以在复杂的微生物群落中追踪和区分这些带有不同条码的菌株。

三、用“条码”追踪细菌

在这项研究中，研究人员构建了一个包含约55000个独特条码的鼠伤寒沙门氏菌菌株库。这些条码被整合到菌株的基因组中，使得每个菌株都具有独特的“身份标识”，通过追踪这些条码，能够精确地观察到细菌在小鼠体内的传播路径和定植情况。这种高分辨率的追踪技术，清晰地展示了鼠伤寒沙门氏菌在宿主体内的动态变化。

四、肠道的“严防死守”

实验结果显示，鼠伤寒沙门氏菌在小鼠肠道内的定植过程非常艰难。研究人员发现，在未经链霉素处理的小鼠中，只有约百万分之一的细菌能够成功在肠道内定植，形成感染的“桥头堡”。这一结果表明，小鼠的肠道对鼠伤寒沙门氏菌有着极其严格的限制机制。然而，当研究人员用链霉素预处理小鼠后，这种限制被显著削弱，肠道内不同区域的菌群分隔现象大幅减少，且肠道与粪便中的菌群共享度增加。链霉素能够破坏肠道内的微生物群落，而这些微生物群落原本是抵御鼠伤寒沙门氏菌的重要防线。实验中，经过链霉素处理的小鼠，肠道内的鼠伤寒沙门氏菌定植数量大幅增加，这进一步证明了肠道微生物群在限制鼠伤寒沙门氏菌定植和在肠道内移动的关键作用。

图1. 链霉素处理后，鼠伤寒沙门氏菌在灌胃接种小鼠肠道定植的瓶颈变宽

五、跟踪病原菌的系统性传播

研究人员还发现，鼠伤寒沙门氏菌在肠道内建立显著的复制菌群之前，已经迅速地从肠道传播到肠道外的器官。在感染后仅 5 小时，肝脏样本中就已检测到约 100 个鼠伤寒沙门氏菌菌落形成单位，且此时肝脏中的条码数量与 5 天后相当，表明在肠道内尚未发生大量复制时，鼠伤寒沙门氏菌已通过早期传播在肝脏中建立了初始菌群。此外，无论是否经过链霉素处理，肠道与肠道外器官（如肠系膜淋巴结、脾脏等）之间的条码相似性都非常低。

图2. 鼠伤寒沙门氏菌在大量复制前从肠道向外传播

六、探索肠道再定植的途径

在通过静脉或腹腔注射绕过肠道定植瓶颈后，研究人员观察到鼠伤寒沙门氏菌能够通过至少两条不同的途径重新进入肠道。其中一条途径导致肠道内出现多样化的菌群，而另一条途径则是通过胆汁，其中的菌往往呈现克隆性，进而导致肠道内出现克隆性菌群，并且这一途径与胆囊病理变化密切相关。具体来说，那些肠道内出现克隆性菌群的小鼠，往往同时伴有胆汁的克隆性菌群以及胆囊的病理变化，而肠道内菌群多样性较高的小鼠则通常胆囊和胆汁未见明显病理变化。这表明胆囊内的鼠伤寒沙门氏菌通过胆汁途径重新定植肠道，且这一过程与胆囊病理变化存在关联。

图3. 不同接种途径后鼠伤寒沙门氏菌的种群动态