ECHO REVOLVE顯微鏡在環(huán)境鎘、細菌和宿主相互作用研究中的應用

前言

環(huán)境鎘的膳食攝入量高，生物半衰期長，直接或通過腸道微生物群損害生理功能，是一種嚴重的健康風險。然而，環(huán)境鎘對微生物和宿主系統(tǒng)的毒性機制尚不清楚。中科院營養(yǎng)代謝與食品安全重點實驗室和上海交通大學醫(yī)學院的科學家在《Hazardous Materials》雜志聯(lián)合發(fā)表了一篇名為《Cadmium accelerates bacterial oleic acid production to promote fat accumulation in Caenorhabditis elegans》的文章，本研究建立了三個線蟲和大腸桿菌培養(yǎng)系統(tǒng)，以研究微生物在鎘誘導的脂質毒性中的重要作用，闡明了鎘通過細菌代謝物在體內誘導脂質積累的機制，并揭示了環(huán)境鎘、微生物和宿主之間的相互作用。
 

本研究使用ECHO REVOLVE正倒置一體熒光顯微鏡（RVL-100-G，Discover ECHO，US）檢測VS29蠕蟲的GFP熒光。激發(fā)和檢測波長分別為470–495 nm和510–550 nm。使用圖像處理和分析軟件對熒光圖像進行分析，計算其平均熒光密度。
 

圖A  ECHO REVOLVE正倒置一體熒光顯微鏡拍攝轉基因VS29蠕蟲中GFP：dgat-2表達的代表性圖像（左圖）和相對定量（右圖）（n≥ 15） 在成年期的第1、3、5和7天。比例尺：210µm。
 

研究表明，鎘暴露導致細菌代謝物的組成存在顯著差異。油酸被確定為表達差異最大的代謝物。鎘暴露顯著增加了油酸的含量，表明鎘具有特定的誘導效應。通過在正常和代謝失活系統(tǒng)中直接添加到秀麗隱桿線蟲，進一步證實了油酸對體脂積累的影響。因此，研究發(fā)現(xiàn)鎘誘導的復合差異（尤其是油酸的增加）而不是數(shù)量變化介導了鎘對宿主的影響。除了油酸的產生外，還發(fā)現(xiàn)低劑量鎘暴露可提高細菌中油酸合成相關基因（fabA、fabB、fabD、fabG、fabH、fabI、fabZ和accA）的表達。并且添加油酸增加了秀麗隱桿線蟲的脂質合成和代謝相關基因（fat-5、fat-7、acs-11和sbp-1）的表達，這與鎘暴露線蟲中的現(xiàn)象相似。值得注意的是，與鎘暴露不同，油酸對秀麗隱桿線蟲體內脂質積累的影響是直接且獨立于培養(yǎng)系統(tǒng)的，這表明升高的細菌油酸是環(huán)境鎘促進宿主體內脂質積累的效應器。綜上所述，本研究提出了一個模型來說明環(huán)境鎘、細菌和線蟲之間的相互作用。本研究首先集中于環(huán)境中低劑量鎘引起的細菌代謝產物改變及其對鎘暴露與宿主毒性之間關系的影響。

本研究還探究了維生素D3在鎘誘導的脂肪積累中的作用。補充維生素D3可顯著降低低劑量鎘加速的秀麗隱桿線蟲體內的脂肪含量，表明補充維生素D3有可能防止環(huán)境鎘暴露引起的脂肪異常積累。
 

研究亮點：

▶  本研究發(fā)現(xiàn)在有活細菌系統(tǒng)中的線蟲，鎘提高了細菌代謝產物油酸的產生，并提高了其合成基因的表達。從而進一步促進了線蟲脂肪代謝相關基因的表達和脂肪沉積。

▶   本研究發(fā)現(xiàn)了維生素D3的潛在保護作用，可以顯著防止鎘或油酸誘導的脂肪沉積，可以降低環(huán)境鎘的脂質毒性，這些發(fā)現(xiàn)為鎘引起的健康風險和毒理學機制提供了深入的見解。

原文：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126723

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