解析微生物间“代谢对话”的新工具

马克斯·普朗克植物育种研究所的科学家们开发了一种名为MetaFlowTrain的创新系统，该系统可以在不同的环境条件下研究微生物群落内的代谢交换和相互作用。这项研究现已发表在《自然通讯》上。

微生物群落由细菌、真菌和其他微小生命形式组成，它们共存在特定环境中。尽管肉眼看不见，但这些群落在生态系统中起着关键作用，如营养循环、食物网动态和污染物降解。此外，它们对植物、动物和人类的健康也至关重要，通过增强营养吸收、加强免疫系统和抵御有害病原体来发挥作用。

微生物群落中的微小生物不仅通过物理接触相互作用，还通过代谢物的交换进行互动。这些所谓的外代谢物是由微生物在环境中分泌的小分子，如氨基酸、有机酸、醇类和次级代谢物。它们在塑造微生物群落方面发挥着重要作用，通过合作和竞争影响相互作用。

在这种高度动态的系统中，科学家们一直难以识别哪些微生物产生特定的代谢物以及这些代谢物如何影响其他微生物成员。

Stéphane Hacquard和他的团队致力于理解植物相关微生物群落成员之间的相互作用。他们意识到，将微生物隔离开来可以排除物理接触的影响；因此，任何剩余的现象都可以归因于代谢物和信号的交换。

这一认识的成果就是MetaFlowTrain，这是一个专门设计的流体系统，允许科学家将不同的微生物引入特殊的3D打印微室。这些微室被过滤器包围，允许代谢物交换，同时防止微生物转移。这些微室可以单独使用，也可以串联起来（例如像一列火车的不同车厢），每个微室包含不同的微生物组。

例如，将细菌放在第一个腔室，真菌放在第二个腔室，科学家们现在可以通过简单地切换腔室来观察细菌如何影响真菌——反之亦然。

连接这些腔室的持续流动的新鲜培养基允许向系统中引入不同的压力因素，并防止微室内营养物质耗尽。这代表了识别具有生物活性或信号性质的新微生物外代谢物的关键创新。

MetaFlowTrain易于构建且价格实惠，具有巨大的潜力，可以识别介导微生物-微生物相互作用和微生物-宿主关联的分子。具体来说，科学家们现在可以更好地“窃听”驱动微生物群落合作或竞争的代谢对话。

此外，利用该系统的能力发现抑制破坏性植物病原体的新抗菌剂，为可持续农业和作物保护提供了新的机会。该系统还可以用于识别医学和其他领域的天然化合物。

Hacquard表示：“微生物产生的分子多样性是数百万年进化的结果。这些分子具有不同的功能，帮助这些群落在各种环境中生存、适应和繁荣。了解其中一些分子的功能和作用机制将推动农业创新。”

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