NBT新技术震撼来袭，一张切片揭示空间宿主-微生物组互作

2020年，Nature Methods将空间转录组技术评为“年度技术”，空间转录组的科研应用也从此开始了爆发式增长。空间转录组既能获得高分辨率的转录组数据，还能和位置信息相对应，确定不同细胞亚型或转录状态在空间上的分布和位置关系。

然而目前的空间转录组主要应用于临床医学研究中，重点关注与组织及分子病理学相关的空间转录组特征，2023年11月，Nature Biotechnology的一篇文章介绍了一种空间宿主-微生物组测序（SHM-seq）的新方法。

1、文章思路

粘膜和屏障组织中包括宿主细胞和微生物群落，宿主免疫反应和微生物组分子机制共同维护肠道屏障，防止病原体定植。炎症性肠病（IBD）等疾病会导致肠道屏障功能障碍。为了表征和理解宿主-微生物群落空间生态位，需要确定宿主和微生物的分子特征及其空间关系。目前的单细胞测序和空间转录组都存在一定的局限性，研究结合空间转录组学开发的SHM-seq测序方法，同时结合组织学、空间RNA-seq和空间16S测序，分析宿主在微生物生物地理学方面的表达反应。

文章利用C57BL/6小鼠结肠模型（无特定病原体(SPF)，无菌(GF)和改变的Schaedler菌群(ASF)小鼠）和深度机器学习算法，展示了宿主与细菌存在相关的空间基因表达程序。

2、创新点

01、SHM-seq技术

将冰冻组织切片置于玻璃表面，进行组织学染色并成像。成像后，细胞被通透化，利用特定探针捕获宿主转录本和16S rRNA的高变区。直接形成宿主转录本和细菌物种的空间DNA条形码，随后使用Illumina进行测序。

文章利用该技术研究小鼠肠道中细菌与宿主细胞之间的相互作用，展示了细菌在小鼠肠道中的存在情况，发现细菌的存在会影响宿主细胞的表达模式，并且不同菌株之间存在差异。

02、验证方法

通过将SHM-seq的结果与常规16s rRNA测序和荧光原位杂交(FISH)相比，评估了细菌捕获率的特异性和敏感性。发现SHM-seq技术可以同时获得宿主基因表达和微生物群落的空间分布信息，识别效率与传统方法有一致性且灵敏度更好，能够更全面地了解肠道微生态系统的特点和功能。

03、展望

SHM-seq作为一种全新的技术，具有很大的潜力和发展空间。未来可以通过进一步优化实验条件和技术参数，提高SHM-seq的灵敏度和特异性，并探索SHM-seq在其他生物样本中的应用。此外，可以结合其他多组学手段，如单细胞转录组测序、代谢组学等，深入探究微生物与宿主之间的相互作用机制，为疾病的预防和治疗提供新的思路和策略。