查便便，驗細菌，也有酷炫高科技？

很多時候，人生病去醫院做檢查，需要查便便。

比如，用顯微鏡給孩子查寄生蟲卵：

比如，通過大便培養來確定致病菌：

比如，通過愈創木脂大便潛血試驗（FOBT）、大便免疫化學試驗（FIT）等來篩查大腸癌：

這些醫院里最廣泛使用的常規方法幫助很多病人確認病因，但在腸道菌群研究和新技術革命如火如荼的當下，人們充分認識到全面而準確地檢查便便中細菌的重要性，也就充分意識到常規方法的局限性。

比如，每個人腸道里的細菌可能都有幾百種，而常規方法只能檢查出其中幾種；另外，很多對人的健康有重大意義的細菌是厭氧菌（討厭氧氣，有氧氣就活不了），常規培養環境一般是有氧的，這些細菌不能被培養出來。

關注熱心腸先生的人應該已經知道，可以通過DNA測序了解便便里的細菌。

熱心腸先生認為，這即將會被醫院廣泛使用！

但矯（jiào）情（zhēn）而嚴謹的科學家覺得，便便里的細菌是可以大概代表腸子里的細菌，但腸道那么長（人大腸就有約1.5米），腸子每一段里有什么？誰是老大（占優勢地位）？隨時會有什么動態變化？便便沒有成型前里面都有什么？這都是需要正視的問題。

拿動物做實驗的時候好辦，咔咔，殺掉，解剖，切腸子，取樣，測序，結果杠杠地完美！

可問題來了，要了解人的情況怎么辦？

熱心腸先生偷偷告訴你一下，真有科學家利用過人的尸體進行研究。這些人有些是因為交通事故等意外死亡，而有些是犯事被咔咔（不用說在哪個國家了吧？不過現在這樣的實驗已經沒有了）。。。

呃，我不會是知道得太多了吧。

但還是有巨大的問題，用死人做研究，終究不能解決很多問題，科學是為活人服務的！

還好，科學家的思想和方法是活的，各種可以在活人體內取樣的方法和工具正在被研發。這其中，我覺得這兩種方法很快會有突破：

用腸鏡取樣：就是從肛（jú）門（huā）伸入到腸道里不同段取樣。這個蠻靠譜的，但也有局限性，一是一般要排空腸道，腸子里沒有“宿便”（暫且用上這扯淡的詞），不太能代表腸道日常的情況；二是有一定的危險性，比如穿孔（就是扎破腸子）。

用腸道機器人取樣：這個新奇酷！把小機器人吃下去，它經過你的食道、胃、小腸，然后到達大腸開工，一段段挖！最后和便便一起拉出來，就可以取它挖出來的樣本去檢測了。這個看起來不錯，不過科學家還在努力，讓它更小一點更安全一點，要不它容易造成腸梗阻（就是堵住腸道，這個可能要命）。

“呃，熱心腸先生，小機器人跟便便一起拉出來，要找到它好惡心啊”

“嫌惡心？有本事你一輩子別生病唄。

你知道每天有多少科學家在跟便便打交道嗎？

你知道每天有多少臺測序儀在測便便里提出來的DNA嗎？

“啊？熱心腸先生你別激動嘛，向科學家和你致敬啦！”

哈哈，這還差不多，那就繼續向大家介紹一種最新的技術，那就是給腸道里的細菌喂上特殊的食物，讓它們發光！只要它們發光，科學家就可以隨時掌控它們的動向。

這個新技術，熱心腸先生請師弟小黑向大家介紹：

“看見”腸道細菌

by 小黑 PhD Candicate

眼見為實。

可是，對于看不見的腸道細菌來說呢？

2015年8月發表在《自然醫學》上的一篇文章里，科學家們在細菌身上巧妙地做了些小小的標記，于是，我們可以“看見”腸道細菌了~

先介紹一下今天的主角：

姓名：脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）

性別：革蘭氏陰性

家庭住址：人類的結腸和口腔中

最討厭的東西：氧氣（專性厭氧）

愛吃的食物：N-乙酰半乳糖胺（N-acetyl-galactosamine, GalNAc）

特長：免疫調節

科學家們選定了脆弱擬桿菌君——一種常見的人體內的共生菌——作為研究對象，科學家們在這種細菌的培養環境中加入帶有特殊標記的食物——疊氮化物修飾的N-乙酰半乳糖胺，以及帶有熒光標記的特殊化學物質。

脆弱擬桿菌“消化”了帶標記的食物后，利用食物在自身表面合成了帶標記的多聚糖，這些帶有疊氮化物標記的多聚糖能夠特異性地與帶有熒光標記的特殊化學物質結合，于是，脆弱擬桿菌就像穿上了一身帶有熒光的衣服，與其他“裸奔”的細菌們區分開來了。

值得一提的是，脆弱擬桿菌其實并不名副其實，科學家們的標記對“脆弱”的它的生長并沒有造成影響，它還是那個“頑強”的“脆弱”細菌……

接著，科學家們把帶有熒光標記的脆弱擬桿菌腹腔注射至無菌小鼠體內，在長達96個小時的觀察中，它們看到了什么？

在顯微鏡的幫助下，我們“看到”了小鼠體內的脆弱擬桿菌哎~（可惜圖分辨率不高，不然可以作桌面……）

認（sang）真（xin）嚴（bing）謹（kuang）的科學家們還專門觀察了小鼠的腸道，可以看到，一開始，脆弱擬桿菌君出現在小腸（就是前面曲曲折折的一坨~）中的比例比較高，之后，它就慢慢地往它的常住地址——結腸（就是那一條長長的直線啦）移動了，到第12小時，幾乎所有的脆弱擬桿菌都“回家”了~

覺得只看一種腸道細菌不夠過癮？用同樣的方法，科學家同時觀察了小鼠體內的3種腸道細菌：除了我們的主角脆弱擬桿菌外，還有卵圓類桿菌（B.ovatus）以及普通類桿菌（B.vulgatus），放張圖片讓你們感受一下，這是小鼠的回腸（小腸分為十二指腸、空腸、回腸三部分）中的場景：

那么，能“看到”腸道細菌，對我們有什么好處呢？

如果你想關注你的腸道菌群實時動態變化情況？也許今天介紹的這篇文章在未來能夠滿足你。

如果你是一個研究腸道菌群的科學家，你又不想成天和便便打交道？也許今天介紹的這項技術在未來能夠拯救你。

如果你是個密集恐懼癥患者，也許上面這張圖能治好你？

參考文獻

Geva-Zatorsky, Naama, et al. "In vivo imaging and tracking of host-microbiota interactions via metabolic labeling of gutanaerobic bacteria." Nature medicine (2015).

（熱心腸先生原創文章！授權轉發請郵件聯系：lanch@biomed.tsinghua.edu.cn）

發表于 2015-09-06 00:00
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