作为共生体或寄生虫生活在动物宿主体内的细菌的迷人世界对研究人员来说仍然是一个谜。基尔大学(CAU)和不来梅的马克斯普朗克海洋微生物研究所正在通过研究微生物与宿主之间的相互作用来解决这个难题。在中国农业大学农业与营养科学学院代谢组学系主任Manuel Liebeke教授和马克斯普朗克海洋微生物研究所代谢相互作用研究小组的领导下，一个研究小组取得了突破性进展，为这个神秘的微观世界提供了见解。

通常，细菌不能在实验室中培养，研究人员必须依靠从环境样本中获得的细菌基因组信息来获得对微生物代谢的理论见解。然而，人们一直缺乏对它们在自然环境中实际活动的了解。为了解决这个难题，科学家们开始研究所谓的细菌代谢组——与细菌代谢有关的一切，包括糖或脂肪等代谢物。

在一项开创性的研究中，Liebeke的团队开发了一种方法，可以识别单个细菌，同时确定细胞中存在哪些代谢物-所有这些都无需在实验室培养细菌。这种方法使他们能够研究细菌如何作为共生的分租户生存，例如在贻贝中。研究小组在一个小于一平方毫米的区域内分析了数百种代谢物。基尔大学和不来梅大学的研究人员在9月份的《自然协议》杂志上发表了他们的研究结果。

一个定格的时刻有助于详细的观察

Liebeke解释说:“可以说，我们创造了细菌在工作中的快照，就像它们在自然环境中活跃一样，特别是在动物细胞中。”“我们可以以令人印象深刻的几微米的分辨率做到这一点，大约比人类头发细十倍。”

这种方法的一个特点是使用快速冷冻的组织，它被切得很薄。然后，研究人员使用一种称为MALDI-MS成像的特殊质谱技术来创建细胞中化合物的快照。

然而，只有当他们知道哪些细菌产生或使用代谢物时，才有可能从代谢物的图像中得出正确的结论。为了解决这个问题，研究人员还使用荧光原位杂交(FISH)来识别和定位样品中的单个细菌细胞。

马克斯·普朗克海洋微生物研究所的patrick Bourceau说:“将这种方法应用于宿主-微生物群落将为我们提供许多令人兴奋的关于生物之间化学通讯的新见解。”他是该方法的主要作者。

这项开创性的工作为研究细菌及其与宿主的相互作用打开了新的大门。此外，这里提出的方法也为未来提供了有希望的潜在应用:由不来梅的马克斯普朗克研究所开发，Liebeke在CAU的新工作组现在正在使用它来研究人类肠道微生物组及其对新陈代谢的影响。例如，这可以帮助我们更好地了解炎症性肠病。随着详细方案的公布，这项技术的应用现在向世界各地的其他研究人员开放。

总之，显微镜和代谢组学(专门研究代谢物的研究领域的名称)的应用提供了对宿主-微生物相互作用的功能和化学生态学的见解。MALDI-MSI技术的稳步发展使其能够说明微生物菌落，生物膜和单个真核细胞，甚至细菌微菌落。今天，MALDI-MSI技术即将能够提供单个细菌细胞的图像。这里提出的方案构成了分析和理解代谢相互作用的基础，精确到微米。