新太阳城(中国)官方网站

新太阳城(中国)官方网站

新太阳城(中国)官方网站

首页 >> 探索发现 >> 科研进展 >> 正文
“菌”海追踪!我校高锦豪、杨朝勇课题组在肠道菌群长时程多通道动态监测方面取得新突破
发布时间:2023年02月23日 来源:化学化工学院

在我们的肠道里,住着一群数量多达百万亿的细菌,统称为肠道菌群。肠道菌群不但会帮助我们消化吸收,还会形成一道天然的生物屏障,抵御外来致病菌的入侵。可以说,肠道菌群的状态直接关系到我们的身体健康。一旦肠道菌群失调,将引发一系列疾病。

正因如此,如果能对肠道菌群的位置分布和生长代谢活性进行长时间的无创实时观测,在生物学和医学上具有十分重要的意义。此外,由于肠道菌群中的细菌数量庞大、种类繁多,为了能够更加清晰直观地区分不同细菌/亚群的状态,还有必要对菌群的成像进行多种颜色的“上色”。但是,这些技术需求对于现有的菌群成像方法而言仍然是一个巨大的挑战。

近日,我校化学化工学院高锦豪、杨朝勇课题组与合作者在破解这些难题方面取得了重要进展——他们发展了活体代谢氟标记19F磁共振成像进行长时程多通道动态监测肠道菌群的新方法,相关成果发表在《科学·进展》(Science Advances)。该项研究工作在高锦豪教授、杨朝勇教授、林泓域副教授和上海交通大学医学院王炜副研究员的共同指导下完成。我校化学化工学院2020级博士研究生陈冬霞和郭俊南为论文的共同第一作者。

其实,此前学界已有几类细菌(尤其是病原菌)活体成像的方法见诸报道。例如,使用带有红外荧光标签的抗生素探针对细菌进行高穿透性的活体成像,但其应用会受到抗生素本身对细菌扰动的影响。另一策略是利用细菌对某些营养化合物的选择性摄取来递送含有放射性同位素(如11C和18F)的成像探针,但这类方法的成像窗口往往很短(小于2小时),并且同位素探针合成难度大、应用限制多,也不具备多通道成像能力。

简而言之,现有的方法要么对身体有创伤,要么会对细菌造成干扰影响,要么可观测的时长太短,要么成像通道比较单一,都存在一定的不足。

如何破局?高锦豪、杨朝勇课题组与合作团队将解决问题的关键点放在了元素氟-19(19F)身上。

19F具有优良的磁共振灵敏度、100%的自然丰度、可忽略的生物背景信号、可定量的信号输出及组织穿透力强等优势。此外,19F的化学位移对其所处的化学环境非常敏感,可通过设计不同19F化学位移的探针用于多通道成像。因此,利用不同19F化学位移的探针有望实现活体肠道菌群的多通道无创原位成像。

基于此,高锦豪、杨朝勇课题组与合作团队将活体代谢氟标记与19F磁共振成像相结合,设计了一种基于D型氨基酸(DAA)代谢标记对活体肠道细菌进行原位代谢氟标记(metabolic fluorine labeling,MEFLA)的策略,通过对DAA侧链修饰含19F的分子标签,再利用活体标记后肠道细菌所带的19F信号,对菌群进行19F磁共振成像,从而实时监测肠道菌群的动态变化。

作为一种无创的、菌群扰动小、组织穿透力强、成像窗口长、具备多通道成像能力的菌群原位分析新方法,这种策略不仅能用于活体肠道菌群的原位成像,还能进行较为准确的定量分析。除了用于肠道菌群的研究,该方法还有可能拓展至活体细菌感染等研究领域。总的来说,该方法在非侵入地实时评估肠道微生物高度动态的代谢活性和空间位置方面具有很好的应用潜力。

本项研究工作主要得到了国家自然科学基金委(22125702、22122702、22077107和92059109)、湖南省自然科学基金(2020J02001)、株洲青年创新基金项目(3502Z20206051)和上海交通大学医学院高水平地方高校创新团队项目(SSMU-ZLCX20180701)的支持。

(化学化工学院 文/曹京柱 综合整理 图/高锦豪、杨朝勇课题组提供)

【新太阳城】