利用流式细胞术量化细菌与酵母细胞的粘附

niwanmao

细菌和酵母之间的相互作用对于理解微生物群落的组织和功能至关重要。此外，酵母和细菌之间的相互作用在健康和营养领域也很重要，因为可用于开发益生菌。为了在细胞和分子水平上研究这些微生物相互作用，需要一种简单、可靠和定量的方法。

方法

Schiavone， M.等人在9月9日Scientific Reports上发表的文章中，使用了流式细胞术来检测和计算与荧光细菌结合的酵母细胞，从而量化细菌-酵母相互作用。

首先，他们通过前向散射(FSC)和侧向散射(SSC)区分细菌和酵母细胞。酵母细胞的自发荧光强度较低(200-300 A.U.)，而表达绿色荧光蛋白的大肠杆菌细胞的荧光强度较高(300，000-400，000 A.U.)。将酵母细胞与大肠杆菌细胞共孵育90分钟后，流式细胞术检测到酵母细胞群中有高荧光强度的事件，表明细菌已粘附到酵母细胞上。

为了量化这种相互作用，研究人员只考虑具有相似细胞大小和颗粒度的单个酵母细胞(单细胞)。他们计算了"荧光"酵母细胞的数量，并将其除以总的单细胞酵母数量，得到粘附指数(Ai)，即至少有一个细菌粘附到酵母细胞的单细胞酵母的比例。



结果
使用成像流式细胞术，研究人员可以清楚地观察到细菌-酵母相互作用，并量化每个酵母细胞上粘附的细菌数量。

• 当细菌数量远高于酵母细胞时(细菌:酵母 > 50:1)，每个酵母细胞上粘附的细菌数量服从高斯分布，中值为6个，最大值为14个。
• 当细菌数量接近酵母细胞数量时(细菌:酵母 ~ 1:1)，每个酵母细胞上粘附的细菌数量最大为5个，中值为1个。
• 此外，研究人员发现，酵母细胞聚集状态会影响粘附指数的准确性。使用易形成细胞聚集的gas1Δ突变株时，粘附指数比野生型高3倍，但在破坏聚集体后，粘附指数与野生型相当。
  

讨论
流式细胞术是研究细菌-酵母相互作用的一种合适方法，与之前开发的技术相比，它具有以下优势:
1. 可以在单细胞水平上分析相互作用，因为可以根据细菌和酵母细胞的大小和颗粒度进行区分，避免由于细胞聚集而产生的假阳性结果。
2. 可以通过与成像流式细胞术相结合来可视化细菌粘附到酵母细胞的情况。
3. 可以很容易地改为高通量筛选格式，以评估多种细菌-酵母相互作用参数。

研究人员发现，细菌-酵母相互作用的动力学类似于朗格缪尔吸附模型，但这种相互作用是快速且几乎不可逆的。尽管无法满足朗格缪尔模型的全部条件，但研究人员提出了一个相关参数"α"，它对应于1/Ai与1/细菌浓度的回归线的斜率，可用于区分不同细菌株或物种的粘附能力。

流式细胞术是研究细菌-酵母粘附的一种合适方法，也可用于筛选可能促进或抑制这种相互作用的候选分子。这种方法为进一步了解微生物群落中的细菌-酵母相互作用提供了一种有价值的工具。

如果感觉读下来还是没法理解，那么请看科普版：

研究人员通过一种巧妙的方法，让酵母细胞和细菌在试管里“相亲”，然后通过流式细胞术来观察它们是否“牵手成功”。结果发现，当细菌数量多于酵母时，每个酵母细胞上平均能“约会”6个细菌，而当它们数量相等时，每个酵母细胞上平均只有1个细菌“伴侣”。

更有趣的是，酵母细胞如果喜欢“群居”，那么它们的“约会成功率”会大大提高，但只要稍微“破坏”一下它们的“群居生活”，成功率就会回归正常。

参考文献：Schiavone, M., Dagkesamanskaya, A., Vieu, PG. et al. A flow cytometry method for quantitative measurement and molecular investigation of the adhesion of bacteria to yeast cells. Sci Rep 14, 20935 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-72030-w