解析微生物之间“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开发了一种名为MetaFlowTrain的创新系统，可以研究不同环境条件下微生物群落内的代谢交换和相互作用。该研究现已发表在《自然通讯》上

微生物群落由在特定环境中共存的微生物群组成，如细菌、真菌和其他微观生命形式。虽然肉眼看不见，但这些群落是营养循环、食物网动态和生态系统污染物降解的关键。它们还通过增强营养获取、增强免疫系统和保护免受有害病原体的侵害，对支持植物、动物和人类的健康至关重要

微生物群落中的微小生物不仅通过物理接触，还通过代谢物的交换与环境和彼此相互作用。这些所谓的外源代谢物是环境中微生物分泌的小分子，如氨基酸、有机酸、醇类和次生代谢物。它们在塑造微生物群落、通过合作和竞争影响相互作用方面发挥着至关重要的作用

在这些高度动态的系统中，科学家们很难确定哪些微生物产生特定的代谢物，以及这些代谢物如何影响微生物群落的其他成员

Stéphane Hacquard和他的团队致力于了解植物相关微生物群落成员之间的相互作用。他们意识到，对微生物进行分区可以排除身体接触的影响；因此，任何剩余的现象都可以完全归因于代谢物和信号的交换

这一认识的成果是MetaFlowTrain，这是一种专门构建的流体系统，允许科学家将不同的微生物引入特殊的3D打印微腔。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。这些微室可以独立存在，也可以排列成一系列（例如，一列有不同车厢的火车），每个车厢都装有不同的微生物群

例如，细菌在第一个腔室，真菌在第二个腔室，科学家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

连接这些腔室的新鲜介质的恒定流动允许将不同的应力因素引入系统，并防止微腔室中的营养物质耗尽。这代表了在识别具有生物活性或信号特性的新型微生物外泌代谢物方面的一项关键创新，这些代谢产物塑造了微生物群落

MetaFlowTrain易于构建且价格合理，在鉴定介导微生物-微生物相互作用和微生物-宿主关联的分子方面具有巨大的潜力。具体来说，科学家现在可以更好地“窃听”推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型抗菌剂，为可持续农业和作物保护提供了新的机遇。此外，该系统还可用于鉴定医学和其他领域的天然化合物

“微生物产生的分子的惊人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方式将推动农业创新，”Hacquard说 More information: Guillaume Chesneau et al, MetaFlowTrain: a highly parallelized and modular fluidic system for studying exometabolite-mediated inter-organismal interactions, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58530-x

Journal information: Nature Communications