2025年6月12日，一項(xiàng)發(fā)表在《Nature Genetics》上的重磅研究成果（A scalable gut epIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)helial organoid model reveals the genome-wide colonization landscape of a human-adapted pathogen）為人類對(duì)抗志賀氏菌等難以研究的腸道病原體帶來(lái)了革命性進(jìn)展。該研究結(jié)合了類器官技術(shù)、TraDIS高通量突變篩選與新型統(tǒng)計(jì)建模方法，首次系統(tǒng)繪制出志賀氏菌感染人體腸道細(xì)胞所需的全基因組“功能地圖”，揭示了其入侵機(jī)制的關(guān)鍵基因網(wǎng)絡(luò)，并為其他人類特異性病原體的研究提供了可推廣的新范式。
一、構(gòu)建“迷你腸道”：前所未有的真實(shí)感染模型
為了研究志賀氏菌如何侵襲人體腸道上皮，研究人員從健康人群和結(jié)直腸癌患者體內(nèi)分離出腸道干細(xì)胞，并在三維培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)生成了高度仿真的腸道類器官（enteroids 和 colonoids），模擬小腸和結(jié)腸結(jié)構(gòu)。
這些類器官不僅具備正常腸道上皮的細(xì)胞多樣性（如吸收細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞等）、空間結(jié)構(gòu)（隱窩-絨毛樣組織），還具有明確的極性方向。通過(guò)調(diào)控培養(yǎng)條件，研究人員實(shí)現(xiàn)了兩種極性控制：
基底外側(cè)朝外（Basal-out, BO）：模擬細(xì)菌從免疫防御較弱的“背后”進(jìn)入；
頂端朝外（Apical-out, AO）：模擬細(xì)菌從腸腔正面進(jìn)攻。
這一設(shè)計(jì)使研究人員能夠精準(zhǔn)模擬不同感染路徑下的宿主-病原互作過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)中，攜帶綠色熒光蛋白（GFP）的野生型志賀氏菌成功入侵BO類器官，并展現(xiàn)出典型的肌動(dòng)蛋白“彗星尾”介導(dǎo)的細(xì)胞間傳播現(xiàn)象，驗(yàn)證了該模型對(duì)完整感染過(guò)程的再現(xiàn)能力。
二、百萬(wàn)突變大軍出征：TraDIS揭示感染必需基因全景圖
研究人員構(gòu)建了一個(gè)包含數(shù)十萬(wàn)種轉(zhuǎn)座子插入突變體的志賀氏菌庫(kù)，利用**TraDIS（轉(zhuǎn)座子導(dǎo)向插入測(cè)序）**技術(shù)，系統(tǒng)評(píng)估每個(gè)基因在感染過(guò)程中的作用。
他們將這些突變體混合后感染BO類器官，隨后回收(http://www.weberwork.com/buy/)存活下來(lái)的細(xì)菌并進(jìn)行高通量測(cè)序。通過(guò)分析哪些突變體顯著減少或消失，研究人員可以識(shí)別出感染所必需的基因。
但這項(xiàng)技術(shù)面臨一個(gè)巨大挑戰(zhàn)——感染瓶頸效應(yīng)（Infection bottleneck）。由于生理屏障限制，大量突變體在初始階段就被隨機(jī)淘汰，導(dǎo)致結(jié)果噪音極大。
為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于零膨脹負(fù)二項(xiàng)分布（ZINB）的貝葉斯統(tǒng)計(jì)模型，能夠區(qū)分真正的功能缺陷突變體與因“運(yùn)氣不好”被淘汰的假陽(yáng)性突變體。這種創(chuàng)新性建模方法大幅提高了數(shù)據(jù)的信噪比，使得研究人員能夠從數(shù)萬(wàn)個(gè)突變體中精準(zhǔn)識(shí)別出關(guān)鍵致病因子。
三、意想不到的發(fā)現(xiàn)：志賀氏菌“武裝到牙齒”的代價(jià)
研究中最引人注目的發(fā)現(xiàn)之一是，許多編碼毒力因子的基因（如III型分泌系統(tǒng)T3SS、效應(yīng)蛋白、脂多糖合成相關(guān)基因等）在感染過(guò)程中表現(xiàn)出顯著的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，這與已知的致病機(jī)制一致。
然而，研究人員也觀察到一個(gè)令人意外的現(xiàn)象：一些與毒力無(wú)關(guān)的代謝或復(fù)制相關(guān)基因缺失反而提高了細(xì)菌的適應(yīng)性。這表明，在面對(duì)宿主環(huán)境壓力時(shí)，某些“過(guò)度武裝”的細(xì)菌反而會(huì)因?yàn)槟芰控?fù)擔(dān)過(guò)重而處于劣勢(shì)。
換句話說(shuō)，志賀氏菌并非越“強(qiáng)大”越好，它必須在毒力表達(dá)與生長(zhǎng)效率之間取得平衡，才能在宿主體內(nèi)存活并傳播。
這一發(fā)現(xiàn)為抗感染治療策略提供了新思路：靶向細(xì)菌的“生存成本”而非直接攻擊其毒力裝置，可能是一種更為有效的干預(yù)手段。
四、功能圖譜揭示新靶點(diǎn)，開啟精準(zhǔn)抗感染時(shí)代
通過(guò)整合類器官感染模型與TraDIS-ZINB平臺(tái)，研究人員首次繪制出了志賀氏菌感染人類腸道細(xì)胞的全基因組適應(yīng)性圖譜，涵蓋了數(shù)百個(gè)此前未知的感染相關(guān)基因。其中包括：
新型粘附因子；
營(yíng)養(yǎng)獲取通路；
抗氧化應(yīng)激機(jī)制；
毒力調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
這些新靶點(diǎn)不僅有助于深入理解志賀氏菌的致病機(jī)制，也為未來(lái)開發(fā)新型抗生素、疫苗或益生菌干預(yù)手段提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
五、從志賀氏菌到更廣泛的病原體研究：范式轉(zhuǎn)變的起點(diǎn)
這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)不止于志賀氏菌本身。它提供了一個(gè)通用的、可擴(kuò)展的類器官-TraDIS聯(lián)合研究框架，適用于多種人類特異性病原體，如霍亂弧菌、沙門氏菌、艱難梭菌，甚至包括病毒（如諾如病毒、輪狀病毒）。
過(guò)去，由于缺乏合適的體外感染模型，許多重要的人類病原體長(zhǎng)期處于“研究黑箱”狀態(tài)。如今，這一障礙正在被打破。
正如研究者所說(shuō)：“我們終于擁有了窺探‘戰(zhàn)場(chǎng)’的望遠(yuǎn)鏡，也配備了清點(diǎn)敵軍裝備的‘雷達(dá)’。”
