新型腸道微生物研究模型——HIO

當(dāng)一個(gè)生命出生時(shí)，大自然為小家伙們的消化系統(tǒng)準(zhǔn)備了可用一輩子的無(wú)價(jià)的饋禮——益生菌。《eLife》新文章表明，人體非常常見(jiàn)的大腸桿菌有助于新生兒腸道內(nèi)襯排布，能為即將入住的多樣化菌群繁殖激增做好準(zhǔn)備。

植入了大腸桿菌（綠色）的HIO

大家都知道糞便中的主要細(xì)菌是大腸桿菌，它們除了分解食物產(chǎn)生能量，對(duì)人體還有什么作用呢？

新聞文章結(jié)論，非致病性大腸桿菌能新生腸道從容應(yīng)對(duì)隨后到來(lái)的微生物，包括穩(wěn)定有益微生物和攻擊有害微生物。這有助于解釋腸道微生物與新生兒免疫系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系，以及幫助尋找罕見(jiàn)新生兒疾病“壞死性小腸結(jié)腸炎”的拯救策略。

研究人員的研究對(duì)象是最早進(jìn)入消化道的先驅(qū)大腸桿菌，在許多新生兒尿布上都有發(fā)現(xiàn)。他們用干細(xì)胞培育出微型人體腸壁，即人腸道細(xì)胞器（簡(jiǎn)稱human intestinal organoid，HIO）。數(shù)千個(gè)培養(yǎng)細(xì)胞經(jīng)人工引導(dǎo)生長(zhǎng)成具有模仿人體腸道管道中空結(jié)構(gòu)的腔（lumen）。

研究人員讓HIO自由生長(zhǎng)，模仿子宮中胎兒腸道發(fā)育。然后在HIO腔內(nèi)引入這種大腸桿菌，觀察腔道壁細(xì)胞表面和腔內(nèi)空間，隨著時(shí)間推移，檢測(cè)引入細(xì)菌后的細(xì)胞基因激活變化。

結(jié)果是，植入大腸桿菌后，腔面的細(xì)胞開(kāi)始成熟，彼此之間聯(lián)系更加緊密，并產(chǎn)生了覆蓋細(xì)胞表面的粘液。參與細(xì)胞通訊的基因和聯(lián)系相鄰細(xì)胞的物理結(jié)構(gòu)變得活躍起來(lái)。參與抗菌物質(zhì)和粘液分泌的基因也被激活，這些物質(zhì)被運(yùn)送到細(xì)胞表面。還有使細(xì)胞適應(yīng)細(xì)菌代謝引起的低氧環(huán)境的基因。這些都是成熟的成人腸道標(biāo)志，使腸道可以更好地的應(yīng)對(duì)炎癥、病原物等刺激。

這篇文章不僅揭示了非致病性大腸桿菌對(duì)腸道的詳細(xì)影響，還提供了一系列宿主-微生物相互作用研究的人體腸道模型。

密歇根大學(xué)腸胃病學(xué)博后研究員、文章一作者David Hill說(shuō)：“我們還希望用這個(gè)模型檢查其他不同細(xì)菌是否會(huì)引起腸道的不同反應(yīng)，理解為什么這些腸道細(xì)菌會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生正面或負(fù)面的結(jié)果。”

研究團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備推出一個(gè)“核心”服務(wù)為其他研究學(xué)者提供HIO模型。